11.13: Рибозимы
Термин рибозим используется для обозначения РНК, которая может действовать как фермент. Рибозимы в основном обнаруживаются в некоторых вирусах, бактериях, органеллах растений и низших эукариотах. Рибозимы были впервые обнаружены в 1982 году, когда в лаборатории Тома Чека наблюдали интроны группы I, действующие как ферменты. Вскоре за этим последовало открытие другого рибозима, рибонуклеазы P, лабораторией Сида Альтмана. И Чек, и Альтман получили Нобелевскую премию по химии в 1989 году за свою работу с рибозимами.
Рибозимы можно разделить на две группы в зависимости от их размера – большие и малые. Большие рибозимы могут иметь размер от нескольких сотен до нескольких тысяч нуклеотидов. Интроны типа I и II и бактериальная рибонуклеаза P являются большими рибозимами. Малые рибозимы имеют длину от 30 до 150 нуклеотидов. Они обнаружены во многих патогенных вирусах растений и вирусе гепатита дельта (HDV), возбудителе болезни человека. Рибозим hammerhead (головка молотка), рибозим, содержащий шпильку, HDV и сателлит Варкуда - распространенные типы малых рибозимов. Большинству больших рибозимов для активности нужны ионы металлов, особенно Mg2+, но для большинства малых рибозимов ионы металлов не нужны. Рибозим glmS в мРНК glmS является уникальным а-рибозимом, поскольку он также действует как рибопереключатель, когда глюкозамин-6-фосфат присутствует в высоких концентрациях.
Большинство встречающихся в природе рибозимов катализируют саморасщепление, разрушая фосфодиэфирные связи, присутствующие в их собственной РНК. В отличие от типичного белкового фермента, большинство рибозимов выполняют один оборот реакции, потому что после саморасщепления они перестают быть активными. Однако два рибозима - рибонуклеаза P и 23S РНК в рибосомной 50S субъединице осуществляют отличающиеся реакции. Бактериальная рибонуклеаза P представляет собой комплекс РНК-белок, обладающий эндонуклеазной активностью и требующий ионов Mg2+. Ее РНК-компонент действует на 5'-конце незрелой тРНК для образования зрелого 5'-конца. 23S РНК, присутствующая в рибосоме, отличается от всех других известных природных рибозимов, поскольку вместо реакций переноса фосфорильной группы она выполняет реакции образования пептидных связей во время трансляции.
Поскольку РНК может выступать в качестве носителя генетической информации, а также фермента, предполагается, что, возможно, в прошлом существовал “мир РНК“, в котором РНК играла важную роль в развитии ранних форм жизни. Однако с развитием сложных форм жизни белки с двадцатью аминокислотами могли начать действовать как ферменты и взять на себя многие реакции, проводимые рибозимами. Эта теория получила поддержку за счет искусственных рибозимов, разработанных in vitro, которые могут выполнять множество реакций, таких как образование амидной связи, образование гликозидной связи, образование углерод-углеродной связи и окислительно-восстановительные реакции.
