Ein ribozyme ist ein RNS-Molekül mit einer gut definierten tertiären Struktur, die ihm ermöglicht, eine chemische Reaktion zu katalysieren. Ribozyme hat Ribonukleinsäure-Enzym vor. Es kann auch ein RNS-Enzym oder katalytische RNS genannt werden. Es enthält eine aktive Seite, die völlig aus der RNS besteht. Viele natürliche ribozymes katalysieren irgendeinen die Spaltung von einer ihrer eigenen phosphodiester Obligationen (ribozymes selbstklebend) oder die Spaltung von Obligationen in anderem RNAs. Wie man gefunden hat, haben einige die aminotransferase Tätigkeit des ribosome katalysiert. Beispiele von ribozymes schließen den Hammerhai ribozyme, GEGEN ribozyme und die Haarnadel ribozyme ein.

Ermittlungsbeamte, die den Ursprung des Lebens studieren, haben ribozymes im Laboratorium erzeugt, die dazu fähig sind, ihre eigene Synthese unter sehr spezifischen Bedingungen, wie eine RNS polymerase ribozyme zu katalysieren. Mutagenesis und Auswahl sind durchgeführt worden, auf Isolierung von verbesserten Varianten der "Runde 18" polymerase ribozyme von 2001 hinauslaufend. "B6.61" ist im Stande, sich auf 20 nucleotides zu einer Zündvorrichtungsschablone in 24 Stunden zu belaufen, bis er sich durch die Spaltung seiner phosphodiester Obligationen zersetzt. Der "tC19Z" ribozyme kann sich auf 95 nucleotides mit einer Treue von 0.0083 mutations/nucleotide belaufen.

Ein ribozymes kann eine wichtige Rolle als therapeutische Agenten als Enzyme spielen, die definierte RNS-Folgen, als biosensors, und für Anwendungen in funktionellem genomics und Genentdeckung schneidern.

Entdeckung

Vor der Entdeckung von ribozymes waren Enzyme, die als katalytische Proteine definiert werden, die einzigen bekannten biologischen Katalysatoren. 1967 waren Carl Woese, Francis Crick und Leslie Orgel erst, um darauf hinzuweisen, dass RNS als ein Katalysator handeln konnte. Diese Idee hat auf die Entdeckung basiert, dass RNS komplizierte sekundäre Strukturen bilden kann. Die ersten ribozymes wurden in den 1980er Jahren von Thomas R. Cech entdeckt, der das RNS-Verstärken in bewimpertem protozoischem Tetrahymena thermophila und Sidney Altman studierte, der am bakteriellen RNase P Komplex arbeitete. Diese ribozymes wurden im intron einer RNS-Abschrift gefunden, die sich aus der Abschrift, sowie im RNS-Bestandteil des RNase P Komplex entfernt hat, der an der Reifung von pre-tRNAs beteiligt wird. 1989 haben Thomas R. Cech und Sidney Altman den Nobelpreis in der Chemie für ihre "Entdeckung von katalytischen Eigenschaften der RNS gewonnen." Der Begriff ribozyme wurde zuerst von Kelly Kruger. 1982 in einer in der Zelle veröffentlichten Zeitung eingeführt.

Es war ein fest feststehender Glaube an die Biologie gewesen, dass Katalyse für Proteine vorbestellt wurde. Im Rückblick hat katalytische RNS viel Sinn. Das basiert auf der alten Frage bezüglich des Ursprungs des Lebens: Welcher kommt zuerst, Enzyme die tun die Arbeit der Zelle oder Nukleinsäuren, die tragen die Information, die erforderlich ist, die Enzyme zu erzeugen? Die Ribonukleinsäure als Katalysatoren überlistet dieses Problem. RNS, kann hauptsächlich sowohl das Huhn als auch das Ei sein.

In den 1970er Jahren studierte Thomas Cech, an der Universität Colorados am Felsblock, die Ausschneidung von introns in einem ribosomal RNS-Gen in Tetrahymena thermophila. Während er versucht hat, das Enzym zu reinigen, das dafür verantwortlich ist, Reaktion zu spleißen, hat er gefunden, dass intron ohne jeden zusätzlichen Zellextrakt gesplissen werden konnte. So viel, wie sie versucht haben, konnten Cech und seine Kollegen kein mit der Verstärken-Reaktion vereinigtes Protein identifizieren. Nach viel Arbeit hat Cech vorgeschlagen, dass der intron Folge-Teil der RNS brechen konnte und Reform phosphodiester Obligationen. In ungefähr derselben Zeit studierte Sidney Altman, ein Professor an der Yale Universität, den Weg tRNA Moleküle werden in der Zelle bearbeitet, als er und seine Kollegen ein Enzym genannt RNase-P isoliert haben, der für die Konvertierung eines Vorgängers tRNA in den aktiven tRNA verantwortlich ist. Viel zu ihrer Überraschung haben sie gefunden, dass RNase-P RNS zusätzlich zum Protein enthalten hat, und dass RNS ein wesentlicher Bestandteil des aktiven Enzyms war. Das war solch eine Auslandsidee, dass sie Schwierigkeit hatten, ihre Ergebnisse veröffentlichend. Im nächsten Jahr hat Altman demonstriert, dass RNS als ein Katalysator durch die Vertretung handeln kann, dass die RNase-P RNS-Subeinheit die Spaltung des Vorgängers tRNA in aktiven tRNA ohne jeden Protein-Bestandteil katalysieren konnte.

Seit der Entdeckung von Cech und Altmans haben andere Ermittlungsbeamte andere Beispiele der selbstklebenden RNS oder katalytischen RNS-Moleküle entdeckt. Viele ribozymes haben entweder eine Haarnadel - oder Hammerhai - hat aktives Zentrum und eine einzigartige sekundäre Struktur gestaltet, die ihnen erlaubt, andere RNS-Moleküle an spezifischen Folgen zu zerspalten. Es ist jetzt möglich, ribozymes zu machen, der jedes RNS-Molekül spezifisch zerspalten wird. Diese RNS-Katalysatoren können pharmazeutische Anwendungen haben. Zum Beispiel ist ein ribozyme entworfen worden, um die RNS des HIV zu zerspalten. Wenn solch ein ribozyme durch eine Zelle gemacht würde, würden alle eingehenden Virus-Partikeln ihr RNS-Genom durch den ribozyme zerspalten lassen, der Infektion verhindern würde.

Tätigkeit

Obwohl die meisten ribozymes in der Zelle ziemlich selten sind, sind ihre Rollen manchmal für das Leben notwendig. Zum Beispiel ist der funktionelle Teil des ribosome, die molekulare Maschine, die RNS in Proteine übersetzt, im Wesentlichen ein ribozyme, der aus der RNS tertiäre Strukturmotive zusammengesetzt ist, die häufig zu Metallionen wie Mg als cofactors koordiniert werden. Es gibt keine Voraussetzung für divalent cations in einer fünf-nucleotide RNS, die trans-phenylalanation eines vier-nucleotide Substrats katalysieren kann, das drei hat, stützen Ergänzungsfolge mit dem Katalysator. Der Katalysator und das Substrat wurden durch die Stutzung von C3 ribozyme ausgedacht.

RNS kann auch als ein erbliches Molekül handeln, das Walter Gilbert dazu ermuntert hat vorzuschlagen, dass in der entfernten Vergangenheit die Zelle RNS sowohl als das genetische Material als auch als das strukturelle und katalytische Molekül verwendet hat, anstatt diese Funktionen zwischen DNA und Protein zu teilen, wie sie heute sind. Diese Hypothese ist bekannt als die "RNS-Welthypothese" des Ursprungs des Lebens geworden.

Wenn ribozymes die ersten molekularen durch das frühe Leben verwendeten Maschinen waren, dann konnte heutiger restlicher ribozymes — wie die ribosome Maschinerie — als lebende Fossilien eines Lebens gestützt in erster Linie auf Nukleinsäuren betrachtet werden.

Eine neue Reagenzglas-Studie der Prion-Falte weist darauf hin, dass eine RNS die pathologische Protein-Angleichung auf diese Art eines Anstandsdame-Enzyms katalysieren kann.

gezeigt hat, sind Ribozymes an der concatemer Virenspaltung beteiligt worden, die der Verpackung des genetischen Virenmaterials in virions vorangeht.

Bekannter ribozymes

Natürlich das Auftreten ribozymes schließt ein:

• 23 von Peptidyl transferase rRNA
• RNase P
• Gruppe I und Gruppe II introns
• GIR1, der sich ribozyme verzweigt
• Leadzyme - Obwohl am Anfang geschaffen, in vitro sind natürliche Beispiele gefunden worden
• Haarnadel ribozyme
• Hammerhai ribozyme
• HDV ribozyme
• Säugetier-CPEB3 ribozyme
• GEGEN ribozyme
• glmS ribozyme
• CoTC ribozyme

Künstlicher ribozymes

Seit der Entdeckung von ribozymes, die in lebenden Organismen bestehen, hat es Interesse an der Studie von neuem synthetischem im Laboratorium gemachtem ribozymes gegeben. Zum Beispiel ist das künstlich erzeugte Selbstkleben RNAs, die gute enzymatische Tätigkeit haben, erzeugt worden. Griffzapfen und Brecher haben das Selbstkleben RNAs durch in der vitro Auswahl an RNAs isoliert, der aus der Zufallsfolge RNAs entsteht. Einige der synthetischen ribozymes, die erzeugt wurden, hatten neuartige Strukturen, während einige dem natürlich vorkommenden Hammerhai ribozyme ähnlich waren.

Die Techniken, die verwendet sind, um künstlichen ribozymes zu entdecken, sind mit darwinistischer Evolution verbunden. Diese Annäherung nutzt die Doppelnatur der RNS sowohl als ein Katalysator als auch als ein Informationspolymer aus, es leicht für einen Ermittlungsbeamten machend, riesengroße Bevölkerungen von RNS-Katalysatoren mit polymerase Enzyme zu erzeugen. Die ribozymes werden durch die Rückseite verändert, die sie mit der Rückseite transcriptase in verschiedenen cDNA abschreibt, und mit mutagenic PCR verstärkt. Die Auswahl-Rahmen in diesen Experimenten unterscheiden sich häufig. Eine Annäherung, für einen ligase ribozyme auszuwählen, ist mit dem Verwenden biotin Anhängsel verbunden, die mit dem Substrat verbundener covalently sind. Wenn ein Molekül die gewünschte ligase Tätigkeit besitzt, kann eine streptavidin Matrix verwendet werden, um die aktiven Moleküle wieder zu erlangen.

Lincoln und Joyce haben ein RNS-Enzym-System entwickelt, das zu selbst Erwiderung in ungefähr einer Stunde fähig ist. Indem es molekulare Konkurrenz (in der vitro Evolution) einer Kandidat-Enzym-Mischung verwertet hat, ist ein Paar von RNS-Enzymen erschienen, in dem jeder anderen von synthetischem oligonucleotides ohne Protein-Gegenwart synthetisiert.

Anwendungen

Ein Typ von synthetischem gegen die HIV-RNS geleitetem ribozyme hat gerufen Gen mäht ist entwickelt worden und ist in klinische Prüfung für HIV-Infektion eingegangen.

Siehe auch

• Deoxyribozyme
• Ungeheuer von Spiegelman
• Katalyse
• Enzym
• RNS-Welthypothese
• Nukleinsäure von Peptide
• Nukleinsäure-Entsprechungen
• PAH Welthypothese
• SELEX
• OLE RNS

Weiterführende Literatur

Links

• Thomas Cech iBioMagazine Gespräch: "Ribozymes" entdeckend