Ribozimas: características e tipos

As ribozimas são ARN (ácido ribonucleico) com capacidade catalítica, isto é, capaz de acelerar as reacções químicas que ocorrem no corpo. Algumas ribozimas podem atuar sozinhas, enquanto outras precisam da presença de uma proteína para efetivamente realizar a catálise.

As ribozimas descobertas até agora participam de reações de geração de moléculas de RNA de transferência e de reação de splicing : transesterificação envolvida na remoção de íntrons das moléculas de RNA, sejam elas mensageiras, de transferência ou ribossômicas. Dependendo de sua função, eles são classificados em cinco grupos.

Ribozimas: características e tipos 1

Fonte: Por Frédéric Dardel [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html), CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) ou CC BY-SA 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)], do Wikimedia Commons

A descoberta de ribozimas despertou o interesse de muitos biólogos. Esses RNAs catalíticos foram propostos como potenciais candidatos às moléculas que possivelmente deram origem às primeiras formas de vida.

Além disso, como muitos vírus usam o RNA como material genético e muitos deles são catalíticos. Portanto, as ribozimas oferecem oportunidades para a criação de drogas que buscam atacar esses catalisadores.

Perspectiva histórica

Por muitos anos, acreditava-se que as únicas moléculas capazes de participar da catálise biológica eram as proteínas.

As proteínas são compostas por vinte aminoácidos – cada um com propriedades físicas e químicas diferentes – que permitem agrupá-los em uma ampla variedade de estruturas complexas, como hélices alfa e folhas beta.

Em 1981, ocorreu a descoberta da primeira ribozima, encerrando o paradigma de que as únicas moléculas biológicas capazes de realizar a catálise são proteínas.

As estruturas enzimáticas permitem pegar um substrato e transformá-lo em um determinado produto. As moléculas de RNA também têm essa capacidade de dobrar e catalisar reações.

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De fato, a estrutura de uma ribozima se assemelha à de uma enzima, com todos os seus destaques, como o local ativo, o local de ligação ao substrato e o local de ligação ao cofator.

O RNAse P foi uma das primeiras ribozimas a serem descobertas e consiste em proteínas e RNA. Ele participa da geração de moléculas de RNA de transferência a partir de precursores maiores.

Características da catálise

As ribozimas são moléculas de RNA catalítico capazes de acelerar as reações de transferência do grupo fosforil em ordens de magnitude de 10 5 a 10 11 .

Em experimentos de laboratório, eles também demonstraram participar de outras reações, como a transesterificação de fosfato.

Tipos de ribozimas

Existem cinco classes ou tipos de ribozimas: três delas participam de reações auto-modificadoras, enquanto as duas restantes (ribonuclease P e RNA ribossômico) usam um substrato diferente na reação catalítica. Em outras palavras, uma molécula que não seja o RNA catalítico.

Intrones do grupo I

Esse tipo de íntron foi encontrado em genes mitocondriais de parasitas, fungos, bactérias e até vírus (como o bacteriófago T4).

Por exemplo, no protozoário da espécie Tetrahymena thermofila, um íntron é removido do precursor do RNA ribossômico em uma série de etapas: primeiro, um nucleotídeo ou um nucleosídeo de guanosina reage com a ligação fosfodiéster que une o íntron à reação de exon. de transesterificação.

Então, o exon livre realiza a mesma reação na ligação fosfodiéster exon-íntron no final do grupo aceitador de íntrons.

Intrones do grupo II

Os íntrons do grupo II são conhecidos como “auto-priming”, uma vez que esses RNAs são capazes de auto-priming. Os íntrons dessa categoria são encontrados nos precursores do RNA mitocondrial na linhagem de fungos.

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As ribonucleases dos grupos I e II e P (ver abaixo) são ribozimas caracterizadas por serem grandes moléculas, podendo atingir várias centenas de nucleoticos de comprimento e formar estruturas complexas.

Intrões do grupo III

Os íntrons do grupo III são chamados RNA “auto-cut” e foram identificados em vírus patogênicos de plantas.

Esses RNAs têm a particularidade de poderem se cortar na reação de maturação dos RNAs genômicos, começando com precursores com muitas unidades.

Nesse grupo, é uma das ribozimas mais populares e estudadas: a ribozima do martelo. Isso é encontrado em agentes infecciosos ribonucleicos de vegetais, chamados viróides.

Esses agentes requerem que o processo de autocissão se propague e produza várias cópias de si mesmo em uma cadeia de RNA contínua.

Os viróides devem ser separados um do outro, e essa reação é catalisada pela sequência de RNA encontrada em ambos os lados da região de ligação. Uma dessas seqüências é a “cabeça de martelo” e é nomeada pela semelhança de sua estrutura secundária com este instrumento.

Ribonuclease P

O quarto tipo de ribozimas é formado por moléculas de RNA e proteínas. Nas ribonucleases, a estrutura do RNA é vital para realizar o processo catalítico.

No ambiente celular, a ribonuclease P atua da mesma maneira que os catalisadores de proteínas, cortando precursores de RNA de transferência para gerar uma extremidade 5 ‘madura.

Este complexo é capaz de reconhecer motivos cujas seqüências não mudaram no curso da evolução (ou mudaram muito pouco) dos precursores do RNA de transferência. Para ligar o substrato à ribozima, ele não usa extensivamente a complementaridade entre as bases.

Eles diferem do grupo anterior (ribozimas cabeça de martelo) e RNA semelhante a este, pelo produto final do corte: a ribonuclease produz uma extremidade 5′-fosfato.

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Ribossoma bacteriano

Estudos da estrutura do ribossomo das bactérias nos permitiram concluir que ele também possui propriedades de uma ribozima. O local responsável pela catálise está localizado na subunidade 50S.

Implicações evolutivas das ribozimas

A descoberta de RNAs com capacidade catalítica levou à geração de hipóteses relacionadas à origem da vida e sua evolução em estágios incipientes.

Essa molécula é a base da hipótese do “mundo primitivo do RNA”. Vários autores sustentam a hipótese de que, bilhões de anos atrás, a vida teve que começar com uma certa molécula que possui a capacidade de catalisar suas próprias reações.

Assim, as ribozimas parecem ser potenciais candidatos a essas moléculas que originaram as primeiras formas de vida.

Referências

  1. Devlin, TM (2004). Bioquímica: manual com aplicações clínicas . Eu inverti
  2. Müller, S., Appel, B., Balke, D., Hieronymus, R. e Nübel, C. (2016). Trinta e cinco anos de pesquisa em ribozimas e catálise de ácidos nucléicos: onde estamos hoje? F1000Research, 5, F1000 Faculdade Rev-1511.
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  4. Voet, D., Voet, JG, & Pratt, CW (2014). Fundamentos de Bioquímica. Pan-American Medical Ed.
  5. Walter, NG e Engelke, DR (2002). Ribozimas: RNAs catalíticos que cortam coisas, produzem coisas e fazem trabalhos ímpares e úteis. Biólogo (Londres, Inglaterra) , 49 (5), 199.
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