Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Вторичная структура последовательности свинецзима, полученная с использованием mfold. Он состоит из асимметричной внутренней петли, состоящей из шести нуклеотидов. Стрелка указывает сайт расщепления.
На рисунке показаны мультипликационные изображения основной и докаталитической конформаций свинцового фермента. Зеленые сферы представляют ионы Mg 2+ , а красные сферы представляют ионы Sr2 +. Рисунок, отрендеренный в пимоле с использованием координат из файла pdb 1NUV.

Свинец - это небольшой рибозим (каталитическая РНК), который катализирует расщепление определенной фосфодиэфирной связи . Это было обнаружено с помощью исследования эволюции in vitro, в ходе которого исследователи отбирали РНК, которые специфически расщеплялись в присутствии свинца . [1] [2] Однако с тех пор он был обнаружен в нескольких природных системах. [3] [4] Свинец оказался эффективным и динамичным [5] в присутствии микромолярных концентраций ионов свинца . [6] В отличие от других небольших саморасщепляющихся рибозимов., ионы других двухвалентных металлов не могут заменить Pb 2+ в свинцовзиме. [7] Из-за обязательного требования к свинцу рибозим называют металлорибозимом.

Свинец подвергся обширным биохимическим и структурным характеристикам. [8] Минимальная вторичная структура свинца на удивление очень проста. Он включает асимметричную внутреннюю петлю, состоящую из шести нуклеотидов, и спиральную область с каждой стороны внутренней петли. Сайт расщепления свинецзима расположен внутри четырехнуклеотидной асимметричной внутренней петли, которая также состоит из спиралей РНК с обеих сторон. Это показано на верхнем рисунке справа, который представляет собой вторичную структуру свинцзима, полученную с использованием mfold. Структуры свинецзима также были определены с помощью рентгеновской кристаллографии и ЯМР. [9] [10] Кристаллические структуры двух конформаций свинецзима показаны на нижнем рисунке справа.

Каталитический механизм свинецзима [ править ]

Считается, что свинец выполняет катализ, используя двухступенчатый механизм. [11] На первой стадии реакции фосфодиэфирная связь расщепляется на два продукта: продукт 5 ', оканчивающийся на 2'3' циклический фосфат, и продукт 3 'на 5'-гидроксиле. Этот шаг похож на другие небольшие саморасщепляющиеся рибозим , такие как рибозит Hammerhead и HDV рибозима . [12] Оба этих рибозима производят продукт, содержащий 2 ', 3' -циклический фосфат. Однако в свинецзиме этот продукт является лишь промежуточным звеном. На второй стадии этого пути реакции 2 '3' -циклический фосфат подвергается гидролизу.с образованием 3 'монофосфата. Этот способ катализа подобен тому, как функционируют рибонуклеазы (белки), а не любому известному маленькому саморасщепляющемуся рибозиму.

Считается, что свинецзим имеет очень динамичную структуру. [13] [14] Многие исследования, включая ЯМР , рентгеновскую кристаллографию и молекулярное моделирование , выявили несколько иные структуры. Недавно с помощью спектроскопии с временным разрешением было показано, что активный центр свинецзима очень динамичен. [15] Он показывает множество различных конформаций в растворе, и что дельта G взаимного преобразования между различными конформациями очень мала. В соответствии с этими исследованиями кристаллическая структура с высоким разрешением также выявила две различные конформации свинцового фермента с разными сайтами связывания для Mg 2+ и Sr 2+.( Заменители Pb 2+ ) в двух конформациях. [16] В основном состоянии свинецзим связывает один ион Sr 2+ на нуклеотидах G43, G45 и A45. Этот сайт связывания находится далеко от ножничной связи (сайта расщепления) и, таким образом, не объясняет участие Pb 2+ в катализе. Однако во второй конформации, называемой «докаталитическим» состоянием, рибозим показывает два сайта связывания Sr 2+ . G43 и G42 взаимодействуют с одним Sr 2+, тогда как второй Sr 2+ взаимодействует с A45, C23 и G24. Этот второй Sr 2+сайт связывания также потенциально взаимодействует с 2'-OH C23 через молекулу воды. Этот второй сайт связывания объясняет, как Pb 2+ может способствовать катализу, отвлекая протон 2-ОН и подготавливая его к действующей нуклеофильной атаке на подвижный фосфат. Это также подтверждается тем фактом, что реакция свинцового фермента зависит от pH. Таким образом, Pb 2+ может действовать как кислота Льюиса и активировать 2-ОН C23. Кристаллическая структура соответствует двухметаллическому ионному механизму, который был предложен для катализа свинецзимом. [17]

Отравление свинцом через свинец [ править ]

Токсичные металлы, такие как свинец, представляют опасность для окружающей среды и здоровья и могут проникать в биологические системы при воздействии. Свинец - это стойкий металл, который со временем может накапливаться в организме человека из-за его частого использования в промышленности и присутствия в окружающей среде. Вдыхание свинца может иметь последствия, варьирующиеся от незначительных симптомов до серьезных заболеваний. Возможно, присутствие свинца в наших биологических системах может вызвать катализ ионами свинца. [18] Поскольку свинецзим является относительно простым мотивом, т.е. имеет простую складку, оказывается, что в геномах многих природных систем есть много последовательностей, которые потенциально могут складываться в структуру свинцового фермента. Простой поиск этого мотива РНК в геномах человека,Drosophila melanogaster , Caenorhabditis elegans и Arabidopsis thaliana выявили, что в среднем этот мотив присутствует с частотой 2-9 мотивов на 1 Мбит / с последовательности ДНК. [19] Они также показали, что мотив свинецзима очень часто встречается в последовательностях мРНК этих организмов. Таким образом, эти последовательности потенциально могут саморасщепляться в присутствии ионов свинца. Нацеливание на эти РНК-мотивы свинцом в мРНК и других РНК может объяснить опосредованную свинцом токсичность, приводящую к гибели клеток. [20]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Пан, Т .; Уленбек, О.К. (1992). «Небольшой металлорибозим с двухступенчатым механизмом». Природа . 358 : 560–563. DOI : 10.1038 / 358560a0 . PMID  1501711 .
  2. ^ Пан, Т .; Уленбек, О.К. (1992). «Отбор in vitro РНК, которые подвергаются автолитическому расщеплению свинцом (2+)». Биохимия . 31 : 3887–3895. DOI : 10.1021 / bi00131a001 .
  3. ^ Barciszewska, MZ; Wyszko, E .; Лысый, Р .; Erdmann, VA; Barciszewski, J. (2003). «5S рРНК - это свинец. Молекулярная основа токсичности свинца». Журнал биохимии . 133 : 309–315. DOI : 10.1093 / Jb / mvg042 .
  4. ^ Kikovska, E .; Mikkelsen, N.-E .; Кирсебом, Л.А. (2005). «Естественно транс-действующая РНК рибозима РНКаза P обладает свойствами свинца» . Исследования нуклеиновых кислот . 33 : 6920–6930. DOI : 10.1093 / NAR / gki993 . PMC 1310964 . PMID 16332695 .  
  5. ^ Kadakkuzha, ВМ; Zhao, L .; Ся, Т. (2009). «Конформационное распределение и сверхбыстрая базовая динамика свинца». Биохимия . 48 : 3807–3809. DOI : 10.1021 / bi900256q . PMID 19301929 . 
  6. ^ Пан, Т .; Уленбек, О.К. (1992). «Небольшой металлорибозим с двухступенчатым механизмом». Природа . 358 : 560–563. DOI : 10.1038 / 358560a0 . PMID 1501711 . 
  7. ^ Arciszewska, MZ; и другие. (2005). «Отравление свинцом через свинецзим». Мутационные исследования / Обзоры в Мутационных исследованиях . 589 : 103–110. DOI : 10.1016 / j.mrrev.2004.11.002 .
  8. ^ Сигель, Астрид; Operschall, Bert P .; Сигель, Хельмут (2017). «Глава 11. Комплексное образование свинца (II) с нуклеотидами и их составляющими». В Astrid, S .; Helmut, S .; Сигель, РКО (ред.). Свинец: его влияние на окружающую среду и здоровье . Ионы металлов в науках о жизни. 17 . де Грюйтер. С. 319–402. DOI : 10.1515 / 9783110434330-011 .
  9. ^ Ведекинд, JE; Маккей, ДБ (1999). «Кристаллическая структура свинец-зависимого рибозима, выявляющего участки связывания металла, имеющие отношение к катализу». Структурная биология природы . 6 : 261. DOI : 10.1038 / 6700 .
  10. ^ Ведекинд, JE; Маккей, ДБ (2003). «Кристаллическая структура свинца при разрешении 1,8 Å: связывание ионов металлов и последствия для каталитического механизма и регуляции ионов алло-сайта †». Биохимия . 42 : 9554–9563. DOI : 10.1021 / bi0300783 . PMID 12911297 . 
  11. ^ Пан, Т .; Уленбек, О.К. (1992). «Небольшой металлорибозим с двухступенчатым механизмом». Природа . 358 : 560–563. DOI : 10.1038 / 358560a0 . PMID 1501711 . 
  12. ^ Ферра-D'Amaré, АР; Скотт, WG (2010). «Мелкие саморасщепляющиеся рибозимы» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 2 : a003574. DOI : 10.1101 / cshperspect.a003574 . PMC 2944367 . PMID 20843979 .  
  13. ^ Hoogstraten, CG; Legault, P .; Парди, А. (1998). «Структура раствора ЯМР свинец-зависимого рибозима: свидетельство динамики в РНК-катализе». Журнал молекулярной биологии . 284 : 337–350. DOI : 10.1006 / jmbi.1998.2182 . PMID 9813122 . 
  14. ^ Kadakkuzha, ВМ; Zhao, L .; Ся, Т. (2009). «Конформационное распределение и сверхбыстрая базовая динамика свинца». Биохимия . 48 : 3807–3809. DOI : 10.1021 / bi900256q . PMID 19301929 . 
  15. ^ Kadakkuzha, ВМ; Zhao, L .; Ся, Т. (2009). «Конформационное распределение и сверхбыстрая базовая динамика свинца». Биохимия . 48 : 3807–3809. DOI : 10.1021 / bi900256q . PMID 19301929 . 
  16. ^ Ведекинд, JE; Маккей, ДБ (2003). «Кристаллическая структура свинца при разрешении 1,8 Å: связывание ионов металлов и последствия для каталитического механизма и регуляции ионов алло-сайта †». Биохимия . 42 : 9554–9563. DOI : 10.1021 / bi0300783 . PMID 12911297 . 
  17. ^ Ohmichi, T .; Сугимото, Н. (1997). «Роль Nd3 + и Pb 2+ в реакции расщепления РНК малым рибозимом †». Биохимия . 36 : 3514–3521. DOI : 10.1021 / bi962030d . PMID 9132001 . 
  18. ^ Barciszewska, MZ; и другие. (2005). «Отравление свинцом через свинецзим». Мутационные исследования / Обзоры в Мутационных исследованиях . 589 : 103–110. DOI : 10.1016 / j.mrrev.2004.11.002 .
  19. ^ Barciszewska, MZ; и другие. (2005). «Отравление свинцом через свинецзим». Мутационные исследования / Обзоры в Мутационных исследованиях . 589 : 103–110. DOI : 10.1016 / j.mrrev.2004.11.002 .
  20. ^ Barciszewska, MZ; и другие. (2005). «Отравление свинцом через свинецзим». Мутационные исследования / Обзоры в Мутационных исследованиях . 589 : 103–110. DOI : 10.1016 / j.mrrev.2004.11.002 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Пан, Т .; Уленбек, О.К. (1992). «Небольшой металлорибозим с двухступенчатым механизмом». Природа . 358 : 560–563. DOI : 10.1038 / 358560a0 . PMID  1501711 .
  • Пан, Т .; Уленбек, О.К. (1992). «Отбор in vitro РНК, которые подвергаются автолитическому расщеплению свинцом (2+)». Биохимия . 31 : 3887–3895. DOI : 10.1021 / bi00131a001 .
  • Barciszewska, MZ; Wyszko, E .; Лысый, Р .; Erdmann, VA; Barciszewski, J. (2003). «5S рРНК - это свинец. Молекулярная основа токсичности свинца». Журнал биохимии . 133 : 309–315. DOI : 10.1093 / Jb / mvg042 .
  • Киковская, Э .; Mikkelsen, N.-E .; Кирсебом, Л.А. (2005). «Естественно транс-действующая РНК рибозима РНКаза P обладает свойствами свинца» . Исследования нуклеиновых кислот . 33 : 6920–6930. DOI : 10.1093 / NAR / gki993 . PMC  1310964 . PMID  16332695 .
  • Barciszewska, MZ; и другие. (2005). «Отравление свинцом через свинецзим». Мутационные исследования / Обзоры в Мутационных исследованиях . 589 : 103–110. DOI : 10.1016 / j.mrrev.2004.11.002 .
  • Ведекинд, JE; Маккей, ДБ (1999). «Кристаллическая структура свинец-зависимого рибозима, выявляющего участки связывания металла, имеющие отношение к катализу». Структурная биология природы . 6 : 261. DOI : 10.1038 / 6700 .
  • Hoogstraten, CG; Legault, P .; Парди, А. (1998). «Структура раствора ЯМР свинец-зависимого рибозима: свидетельство динамики в РНК-катализе». Журнал молекулярной биологии . 284 : 337–350. DOI : 10.1006 / jmbi.1998.2182 . PMID  9813122 .
  • Ведекинд, JE; Маккей, ДБ (2003). «Кристаллическая структура свинца при разрешении 1,8 Å: связывание ионов металлов и последствия для каталитического механизма и регуляции ионов алло-сайта †». Биохимия . 42 : 9554–9563. DOI : 10.1021 / bi0300783 . PMID  12911297 .
  • Ферре-Д'Амаре, АР; Скотт, WG (2010). «Мелкие саморасщепляющиеся рибозимы» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 2 : a003574. DOI : 10.1101 / cshperspect.a003574 . PMC  2944367 . PMID  20843979 .
  • Кадаккужа, БМ; Zhao, L .; Ся, Т. (2009). «Конформационное распределение и сверхбыстрая базовая динамика свинца». Биохимия . 48 : 3807–3809. DOI : 10.1021 / bi900256q . PMID  19301929 .
  • Ohmichi, T .; Сугимото, Н. (1997). «Роль Nd3 + и Pb2 + в реакции расщепления РНК малым рибозимом †». Биохимия . 36 : 3514–3521. DOI : 10.1021 / bi962030d . PMID  9132001 .