Il ribozimi Sono RNA (acido ribonucleico) con capacità catalitica, cioè in grado di accelerare le reazioni chimiche che avvengono nell'organismo. Alcuni ribozimi possono agire da soli, mentre altri richiedono la presenza di una proteina per catalizzare efficacemente..
I ribozimi scoperti finora partecipano a reazioni di generazione di molecole di RNA di trasferimento e a reazioni di giunzione: transesterificazione coinvolta nella rimozione di introni da molecole di RNA, siano essi messaggeri, transfer o ribosomiali. A seconda della loro funzione, sono classificati in cinque gruppi.
La scoperta dei ribozimi ha suscitato l'interesse di molti biologi. Questi RNA catalitici sono stati proposti come potenziali candidati per le molecole che probabilmente hanno dato origine alle prime forme di vita..
Inoltre, come molti virus usano l'RNA come materiale genetico e molti di loro sono catalitici. Pertanto, i ribozimi offrono opportunità per la creazione di farmaci che cercano di attaccare questi catalizzatori..
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Per molti anni si è creduto che le uniche molecole in grado di partecipare alla catalisi biologica fossero le proteine.
Le proteine sono costituite da venti amminoacidi, ciascuno con proprietà fisiche e chimiche diverse, che consentono loro di raggrupparsi in un'ampia varietà di strutture complesse, come alfa eliche e fogli beta..
Nel 1981 avvenne la scoperta del primo ribozima, ponendo fine al paradigma secondo cui le uniche molecole biologiche in grado di catalizzare sono le proteine..
Le strutture degli enzimi consentono di prendere un substrato e trasformarlo in un determinato prodotto. Le molecole di RNA hanno anche questa capacità di piegare e catalizzare le reazioni..
In effetti, la struttura di un ribozima assomiglia a quella di un enzima, con tutte le sue parti più importanti, come il sito attivo, il sito di legame del substrato e il sito di legame del cofattore..
RNAse P è stato uno dei primi ribozimi ad essere scoperto ed è costituito sia da proteine che da RNA. Partecipa alla generazione di molecole di RNA di trasferimento a partire da precursori più grandi..
I ribozimi sono molecole di RNA catalitico in grado di accelerare le reazioni di trasferimento del gruppo fosforile di ordini di grandezza 105 a 10undici.
In esperimenti di laboratorio, hanno anche dimostrato di partecipare ad altre reazioni, come la transesterificazione del fosfato..
Esistono cinque classi o tipi di ribozimi: tre di questi partecipano a reazioni auto-modificanti, mentre i restanti due (ribonucleasi P e RNA ribosomiale) utilizzano un substrato diverso nella reazione catalitica. In altre parole, una molecola diversa dall'RNA catalitico.
Questo tipo di introni è stato trovato nei geni mitocondriali di parassiti, funghi, batteri e persino virus (come il batteriofago T4).
Ad esempio, nei protozoi della specie Tetrahymena thermofila, un introne viene rimosso dal precursore dell'RNA ribosomiale in una serie di passaggi: in primo luogo, un nucleotide o nucleoside di guanosina reagisce con il legame fosfodiestere che collega l'introne all'esone - reazione di transesterificazione.
Quindi l'esone libero esegue la stessa reazione al legame fosfodiestere esone-introne all'estremità del gruppo accettore dell'introne.
Gli introni del gruppo II sono noti come "self-splicing", poiché questi RNA sono in grado di auto-splicing. Gli introni di questa categoria si trovano nei precursori dell'RNA mitocondriale nella stirpe fungina..
I gruppi I e II e le ribonucleasi P (vedi sotto) sono ribozimi caratterizzati dal fatto di essere grandi molecole, che possono raggiungere fino a diverse centinaia di nucleotici di lunghezza e formare strutture complesse..
Gli introni del gruppo III sono chiamati RNA "auto-taglianti" e sono stati identificati nei virus patogeni delle piante..
Questi RNA hanno la particolarità di potersi tagliare nella reazione di maturazione degli RNA genomici, a partire da precursori con molte unità..
In questo gruppo è presente uno dei ribozimi più popolari e studiati: il ribozima martello. Questo si trova negli agenti ribonucleici infettivi delle piante, chiamati viroidi.
Questi agenti richiedono il processo di auto-scissione per propagarsi e produrre più copie di se stesso in una catena di RNA continua..
I viroidi devono essere separati l'uno dall'altro e questa reazione è catalizzata dalla sequenza di RNA che si trova su entrambi i lati della regione di giunzione. Una di queste sequenze è la “testa del martello” e prende il nome dalla somiglianza della sua struttura secondaria a questo strumento..
Il quarto tipo di ribozima è costituito da molecole sia di RNA che di proteine. Nelle ribonucleasi, la struttura dell'RNA è vitale per eseguire il processo catalitico.
Nell'ambiente cellulare, la ribonucleasi P agisce allo stesso modo dei catalizzatori proteici, tagliando i precursori dell'RNA di trasferimento per generare un'estremità 5 'matura..
Questo complesso è in grado di riconoscere motivi le cui sequenze non sono cambiate nel corso dell'evoluzione (o sono cambiate molto poco) dei precursori dell'RNA di trasferimento. Per legare il substrato con il ribozima, non utilizza ampiamente la complementarità tra le basi..
Differiscono dal gruppo precedente (ribozimi martello) e dagli RNA simili a questo, per il prodotto finale del taglio: la ribonucleasi produce un'estremità di fosfato 5 '.
Gli studi sulla struttura del ribosoma dei batteri hanno portato alla conclusione che ha anche proprietà di un ribozima. Il sito responsabile della catalisi si trova nella subunità 50S.
La scoperta di RNA con capacità catalitiche ha portato alla generazione di ipotesi legate all'origine della vita e alla sua evoluzione negli stadi incipienti.
Questa molecola è alla base dell'ipotesi del "mondo primordiale dell'RNA". Diversi autori supportano l'ipotesi che, miliardi di anni fa, la vita debba essere iniziata con una certa molecola che ha la capacità di catalizzare le proprie reazioni.
Pertanto, i ribozimi sembrano essere potenziali candidati per queste molecole che hanno originato le prime forme di vita..
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