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11.13:

Ribozimas

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Molecular Biology
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Ribozymes

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As ribozimas são tipos especiais de RNA que podem atuar como enzimas. Os substratos para as ribozimas mais naturais são ligações de fosfodiésteres RNA. A única exceção conhecida a esta é o RNA ribossómico de 23s na ribossomose bacteriana, que catalisa a formação da ligação peptídica.Ribozimas foram encontradas em todos os tipos de organismos e são semelhantes às enzimas baseadas em proteínas, já que ambas aumentam a taxa de reações. Muitas ribozimas precisam de íons metálicos, como o magnésio, como cofatores para reações catalisantes. Algumas classes de intrões podem atuar como ribozimas.Os intrões são categorizados em cinco classes distintas mRNA nuclear, tRNA nuclear, archaeal, intrões do grupo I e do grupo II.Os intrões dos grupos I e II são grandes ribozimas que têm várias centenas de nucleótidos de comprimento e são encontrados em mitocôndrias fúngicas e vegetais, cloroplastos, bacteriófagos e vírus eucarióticos. Eles podem unir sem a ajuda de quaisquer proteínas. Enquanto que intrões nucleares são unidos pelo spliceossoma, um RNA e proteína contendo complexo enzimático.As ribozimas pequenas têm geralmente 50 a 150 nucleótidos de comprimento e são motivos de sequência autoclivagem de nucleótidos. Estes podem ser encontrados em muitos vírus de planta de RNA, assim como, o vírus do delta da hepatite, um patógeno humano. O processo de replicação nestes vírus produz RNA longo com múltiplas unidades do genoma viral, onde cada unidade carrega uma ribozima pequena como hammerhead.Estas enzimas de hammerhead regularmente espaçadas são submetidas a autoclivagem, r resultando na quebra do RNA longo em segmentos individuais do genoma. A maioria das ribozimas clivam sua própria sequência de nucleotídeos. No entanto, a ribonuclease P pode clivar outras moléculas de RNA.A ribonuclease P é encontrada em algumas bactérias e processa o tRNA precursor para gerar uma extremidade madura de 5 primos. As ribozimas naturalmente disponíveis são conhecidas por catalisar uma gama estreita de reações, como a transferência de fosforilo em ácidos nucleicos e a formação de ligações peptídicas em proteínas. Cientistas sintetizaram ribozimas artificiais no laboratório, que podem realizar uma ampla gama de reações, como a formação de ligação carbono-carbono e reações de redução de oxidação.

11.13:

Ribozimas

O termo ribozima é utilizado para RNA que pode atuar como enzima. Ribozimas são encontradas principalmente em certos vírus, bactérias, organelos de plantas, e eucariotas inferiores. As ribozimas foram descobertas pela primeira vez em 1982, quando o laboratório de Tom Cech observou intrões de Grupo I a agir como enzimas. Isto foi logo seguido pela descoberta de outra ribozima, a Ribonuclease P, pelo laboratório de Sid Altman. Tanto Cech como Altman receberam o Prémio Nobel de Química em 1989 pelo seu trabalho em ribozimas.

As ribozimas podem ser categorizadas em dois grupos, dependendo do seu tamanho – grandes e pequenas. As ribozimas grandes podem variar em tamanho de algumas centenas a vários milhares de nucleótidos. Intrões do tipo I e II e a Ribonuclease P bacteriana são ribozimas grandes. As ribozimas pequenas têm 30 a 150 nucleótidos de comprimento. Elas são encontradas em muitos vírus patogénicos de plantas e no vírus da hepatite delta (HDV), um agente patogénico humano. Hammerhead, hairpin, HDV e Varkud satellite são tipos comuns de ribozimas pequenas. A maioria das ribozimas grandes precisa de iões metálicos, especialmente Mg2, para a sua atividade, mas iões metálicos não são necessários para a maioria das ribozimas pequenas. A ribozima glmS, no mRNA de glmS, é uma ribozima única, pois também atua como um riboswitch quando a glucosamina 6-fosfato está presente em altas concentrações.

A maioria das ribozimas que ocorrem naturalmente catalisam auto-clivagem, quebrando ligações fosfodiéster presentes no seu próprio RNA. Ao contrário de uma enzima proteica típica, a maioria das ribozimas realiza apenas uma única reação porque, após a auto-clivagem, elas deixam de estar ativas. No entanto, duas ribozimas – Ribonuclease P e o RNA 23S na subunidade ribossómica 50S realizam diferentes reações. A Ribonuclease P bacteriana é um complexo de RNA-proteína que tem atividade de endonuclease e precisa de iões Mg2+. O seu componente de RNA atua na extremidade 5' do tRNA prematuro para produzir a extremidade 5' madura. O RNA 23S presente no ribossoma é diferente de todas as outras ribozimas naturais conhecidas uma vez que em vez de reações de transferência de fosforilo, realiza reações de formação de ligações peptídicas durante a tradução.

Uma vez que o RNA pode agir como portador de informação genética e como enzimas, hipotetiza-se que no passado possa ter existido um “mundo de RNA” onde o RNA tenha desempenhado um papel importante no desenvolvimento das formas de vida iniciais.  No entanto, com a evolução de formas de vida complexas, proteínas com vinte aminoácidos podem ter começado a agir como enzimas e a assumir as muitas reações realizadas pelas ribozimas. Essa teoria é apoiada por ribozimas artificiais desenvolvidas in vitro que podem realizar uma miríade de reações, como formação de ligações de amida, formação de ligações glicosídicas, formação de ligações carbono-carbono, e reações de oxidação-redução.

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.