bg‑cyan

Czym są rybozymy?

RyswCjXzX9gr31
Rybozym typu hammerhead.
Źródło: William G. Scott, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 3.0.

Rybozymy to związki zbudowane z kwasu rybonukleinowego (RNA), złożonego z nukleotydów. W skład każdego nukleotydu wchodzą: cukier ryboza, reszta kwasu fosforowego i jedna z czterech zasad azotowych – adenina, guanina, cytozyna lub uracyl. Rybozymy mają właściwości enzymów. Oznacza to, że tak jak klasyczne enzymy (o budowie białkowej) są katalizatorami reakcji biochemicznych.

Rybozymy zdolne są do hydrolizy wiązań fosfodiestrowych w cząsteczkach RNA, katalizują one także ich estryfikacjęestryfikacjaestryfikację. Hydroliza wiązań w RNA sprawia, że ta cząsteczka jest dzielona na drobniejsze fragmenty lub na nukleotydy. Enzymy o takich właściwościach nazywane są rybonukleazamirybonukleazyrybonukleazami. Aby mogły one katalizować reakcje chemiczne, muszą mieć strukturę trzeciorzędową, którą osiągają dzięki odpowiedniemu pofałdowaniu i obecności wiązań wodorowych.

Przykładem rybozymu jest transferaza peptydylowa – enzym wchodzący w skład rybosomów, który katalizuje tworzenie wiązania peptydowego pomiędzy kolejnymi aminokwasami w procesie translacji.

Rybozymy odgrywają istotną rolę w procesie dojrzewania pre‑mRNApre‑mRNApre‑mRNA. Odpowiedzialne są za wycinanie intronów, dzięki czemu pre‑mRNA przekształca się w dojrzały mRNA. Introny to niekodujące sekwencje genów, które rozdzielają fragmenty kodujące, czyli eksony, a dojrzewanie pre‑mRNA polega właśnie na wycinaniu fragmentów niekodujących, co nazywane jest splicingiem lub obróbką potranskrypcyjną.

Ciekawostka

Odkrycie katalitycznych właściwości rybozymów zaowocowało w 1989 r. Nagrodą Nobla w dziedzinie chemii. Otrzymali ją amerykańscy naukowcy Sidney Altman i Thomas Cech (pierwszy był polskiego, a drugi czeskiego pochodzenia).

bg‑cyan

Świat RNA

Zgodnie z hipotezami dotyczącymi powstawania życia białka nie mogą istnieć bez kwasów nukleinowych, a kwasy nukleinowe - bez białek. Jak w takim razie mogły powstać rybozymy, które są zbudowane wyłącznie z RNA? Wątpliwość ta doprowadziła do sformułowania hipotezy, zgodnie z którą na początku powstania życia to nie DNADNADNA był nośnikiem informacji genetycznej, lecz służył do tego RNA. Jednocześnie pełnił on funkcję enzymów. Co więcej, podkreśla się, że w komórkach zawierających DNA to kwas rybonukleinowy stanowi matrycę, na której zachodzi proces syntezy białek. W tej hipotetycznej fazie rozwoju świata ożywionego, zwanej światem RNA, cząsteczki RNA odgrywały więc rolę tzw. przedkomórkowego życia, a dopiero potem wykształcił się bardziej złożony DNA, który jako stabilniejszy nośnik informacji genetycznej zastąpił RNA. Obecnie znane są struktury, w których RNA odgrywa najważniejszą rolę − są to wirusy, np. wirus nabytego upośledzenia odporności (czyli HIV). Przeciwko hipotezie świata RNA może przemawiać fakt, że cząsteczka ta jest niestabilna i łatwo ulega rozkładowi (hydrolizie).

R5C9oEiORffkU
Schematyczny wygląd cząsteczki RNA (po lewej) i DNA (po prawej).
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑cyan

Znaczenie rybozymów w medycynie

R1QHC3Z5VxyJJ1
Wirus brodawczaka ludzkiego (HPV).
Źródło: Laboratory of Tumor Virus Biology – NIH-Visuals Online, Wikimedia Commons, domena publiczna.

Fragmentacja mRNA sprawia, że dana komórka nie może poprawnie syntetyzować swoich białek, co istotnie upośledza jej funkcjonowanie i namnażanie. Z tego powodu zdolność rybozymów do cięcia cząsteczek mRNA jest wykorzystywana w medycynie w terapii genowej, m.in. w leczeniu zakażenia wirusem brodawczaka ludzkiego (HPV). Wirus ten atakuje nabłonek, przez co zwiększa ryzyko wystąpienia nowotworów złośliwych − raka szyjki macicy czy odbytu. Rybozymy, doprowadzając do fragmentacji RNA wirusa, ograniczają jego namnażanie i w ten sposób sprzyjają jego eliminacji z ludzkich komórek.

Ze względu na swoje właściwości rybozymy mogą być nowym, obiecującym rozwiązaniem w onkologii. Ich zdolność do fragmentacji mRNA i wpływ tego procesu na ograniczanie rozwoju chorób nowotworowych jest ciągle badany.

Słownik

DNA
DNA

kwas deoksyrybonukleinowy; dwuniciowy związek chemiczny zbudowany z nukleotydów, będący podstawowym nośnikiem informacji genetycznej

estryfikacja
estryfikacja

reakcja chemiczna, w wyniku której powstają estry; typowo zachodzi między kwasami zawierającymi grupę karboksylową a alkoholami z grupą hydroksylową

pre‑mRNA
pre‑mRNA

bezpośredni produkt syntezy RNA na matrycy DNA (produkt transkrypcji) zbudowany z sekwencji kodujących i niekodujących; pre‑mRNA poddawany jest obróbce potranskrypcyjnej, w wyniku której powstaje dojrzały mRNA

rybonukleazy
rybonukleazy

RN‑azy; enzymy nukleolityczne z klasy hydrolaz, katalizujące hydrolizę wiązania fosfodiestrowego w kwasach rybonukleinowych (RNA), poli- i oligorybonukleotydach