Back to chapter

11.13:

Ribozimler

JoVE Core
Molecular Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Molecular Biology
Ribozymes

Languages

Share

Ribozimler, enzim işlevi görebilen özel RNA tipleridir. Doğal olarak oluşan çoğu ribozim için substratlar, RNA fosfodiester bağlarıdır. Bunun bilinen tek istisnası, bakteriyel ribozomda, peptit bağı oluşumunu katalize eden, 23s ribozomal RNA’dır.Ribozimler her organizma tipinde saptanmıştır ve reaksiyonların hızını artırma yönünden protein bazlı enzimlere benzerler. Pek çok ribozim, reaksiyonları katalize etmek için, kofaktör olarak magnezyum gibi metal iyonlarına ihtiyaç duyar. Bazı intron sınıfları, ribozim işlevi görebilir.İntronlar beş farklı sınıfa ayrılmıştır:çekirdek mRNA, çekirdek tRNA, arkeal, grup I ve grup II intronlar. Grup I ve II intronlar, birkaç yüz nükleotid uzunluğunda, büyük ribozimlerdir ve fungal ve bitki mitokondrilerinde, kloroplastlarda, bakteriyofajlarda ve ökaryotik virüslerde bulunurlar. Bir proteinden yardım almadan self-splicing gerçekleştirebilir.Çekirdek intronları ise, RNA ve protein içeren bir enzim kompleksi olan spliceozom tarafından birleştirilir. Küçük ribozimler genellikle 50 ila 150 nükleotit uzunluğundadır ve kendi kendine bölünen nükleotit dizisi motifleridir. Bunlar, birçok RNA bitki virüsünde ve bir insan patojeni olan hepatit delta virüsünde bulunur.Bu virüslerdeki replikasyon işlemi, viral genomun birçok birimini taşıyan uzun RNA üretir;burada her birim, hammerhead gibi küçük bir ribozim taşır. Bu düzenli aralıklı hammerhead enzimleri, kendi kendine bölünme gerçekleştirerek, uzun RNA’nın ayrı genom segmentlerine bölünmesini sağlar. Çoğu ribozim, kendi nükleotid dizisini böler.Bununla birlikte ribonükleaz P, diğer RNA moleküllerini bölebilir. Bazı bakterilerde bulunan ribonükleaz P, öncü tRNA’yı işleyerek olgun bir 5’ucu oluşturur. Doğal olarak elde edilebilen ribozimlerin, nükleik asitlerde fosforil transferi ve proteinlerde peptid bağı oluşumu gibi, dar bir reaksiyon aralığını katalize ettiği bilinmektedir.Bilim adamlarının laboratuvarda sentezledikleri yapay ribozimler, karbon-karbon bağı oluşumu ve oksidasyon-indirgeme reaksiyonları gibi çok çeşitli reaksiyonları gerçekleştirebilmektedir.

11.13:

Ribozimler

Ribozim terimi, bir enzim olarak hareket edebilen RNA için kullanılır. Ribozimler esas olarak seçilen virüslerde, bakterilerde, bitki organellerinde ve alt ökaryotlarda bulunur. Ribozimler ilk olarak 1982'de Tom Cech’in laboratuvarında enzim olarak hareket eden Grup I intronlarını gözlemlediğinde keşfedildi. Bu kısa bir süre başka ribozim keşfi izledi, Ribonülsaz P, Sid Altman tarafından keşfedildi. Hem Cech hem de Altman, ribozimler üzerindeki çalışmaları için 1989 yılında Nobel kimya Ödülü'nü aldı.

Ribozimler boyutlarına bağlı olarak iki gruba ayrılabilir – büyük ve küçük. Büyük ribozimler birkaç yüz ila birkaç bin nükleotid arasında değişebilir. Tip I ve II intronları ve bakteriyel Ribonükleaz P büyük ribozimlerdir. Küçük ribozimler 30 ila 150 nükleotid uzunluğundadır. Birçok patojenik bitki virüsünde ve bir insan patojeni olan hepatit delta virüsünde (HDV) bulunurlar. Çekiç, saç tokası, HDV ve Varkud uydusu yaygın küçük ribozim türleridir. Çoğu büyük ribozim, aktiviteleri için metal iyonlarına, özellikle Mg2+'a ihtiyaç duyar, ancak küçük ribozimlerin çoğu için metal iyonları gerekli değildir. glms ribozim, glms mRNA'da, glukozamin 6-fosfat yüksek konsantrasyonlarda mevcut olduğunda bir ribozwitch olarak da işlev gördüğü için benzersiz bir a-ribozimdir.

Doğal olarak oluşan ribozimlerin çoğu, kendi RNA'larında bulunan fosfodiester bağlarının kendiliğinden parçalanmasını katalize eder. Tipik bir protein enziminin aksine, çoğu ribozim tek devreli bir reaksiyon gerçekleştirir, çünkü kendi kendine bölünmeden sonra artık aktif değildirler. Bununla birlikte, iki ribozim – Ribonülsaz P ve 50S ribozomal alt ünitesindeki 23S RNA farklı reaksiyonlar gerçekleştirir. Bakteriyel Ribonükleaz P, endonükleaz aktivitesine sahip ve Mg2+ iyonları gerektiren bir RNA-protein kompleksidir. RNA bileşeni, olgun 5' ucunu üretmek için prematüre tRNA'nın 5' ucuna etki eder. Ribozomda bulunan 23S RNA, bilinen tüm doğal ribozimlerden farklıdır, çünkü fosforil transfer reaksiyonları yerine, translasyon sırasında peptid-bağ oluşumu reaksiyonları gerçekleştirir.

RNA, enzimlerin yanı sıra genetik bilginin taşıyıcısı olarak da hareket edebileceğinden, geçmişte RNA'nın erken yaşam formlarının gelişiminde önemli bir rol oynadığı bir “RNA dünyası” olabileceği varsayılmaktadır.  Bununla birlikte, karmaşık yaşam formlarının evrimi ile, yirmi amino asitli proteinler enzim olarak hareket etmeye başlamış ve ribozimler tarafından gerçekleştirilen birçok reaksiyonu devralmış olabilir. Bu teori, amid bağı oluşumu, glikozidik bağ oluşumu, karbon-karbon bağı oluşumu ve oksidasyon-redüksiyon reaksiyonları gibi sayısız reaksiyonu gerçekleştirebilen in vitro geliştirilen yapay ribozimlerden destek alır.

Suggested Reading

  1. Doherty, Elizabeth A., and Jennifer A. Doudna. "Ribozyme structures and mechanisms." Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure 30, no. 1 (2001): 457-475.
  2. Weinberg, Christina E., Zasha Weinberg, and Christian Hammann. "Novel ribozymes: discovery, catalytic mechanisms, and the quest to understand biological function." Nucleic Acids Research 47, no. 18 (2019): 9480-9494.  
  3. Ferré-D'Amaré, Adrian R., and William G. Scott. "Small self-cleaving ribozymes." Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 2, no. 10 (2010): a003574.
  4. Tanner, N. Kyle. "Ribozymes: the characteristics and properties of catalytic RNAs." FEMS Microbiology Reviews 23, no. 3 (1999): 257-275.