Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Гидролиз РНК - это реакция, в которой фосфодиэфирная связь в сахарофосфатной основе РНК разрывается, расщепляя молекулу РНК. РНК подвержена такому катализируемому основанием гидролизу, потому что сахар рибозы в РНК имеет гидроксильную группу в положении 2 '. [1] Эта особенность делает РНК химически нестабильной по сравнению с ДНК , которая не имеет этой 2'-ОН группы и, следовательно, не подвержена гидролизу, катализируемому основаниями. [1]

Механизм катализируемого основаниями гидролиза РНК. 1) Катализируемое основанием депротонирование 2'-ОН группы, позволяющее депротонированному 2'-гидроксилу нуклеофильно атаковать соседний фосфор. 2) Переходное состояние. 3) Фосфодиэфирная связь разрывается, расщепляя основную цепь РНК. 4) 2 ', 3'-циклическая фосфатная группа (на стадии 3) гидролизуется до 2' или 3 'фосфата.

Механизм [ править ]

Гидролиз РНК происходит, когда депротонированный 2' -ОН рибозы, действуя как нуклеофил , атакует соседний фосфор в фосфодиэфирной связи сахарофосфатного остова РНК. [1] Существует переходное состояние (показано выше), когда фосфор связан с пятью атомами кислорода. [2] Затем фосфор отделяется от кислорода, соединяя его с соседним сахаром, что приводит к расщеплению сложного эфира основной цепи РНК. (Этот механизм также называется расщеплением РНК.) При этом образуется 2 ', 3'-циклический фосфат, который затем может давать 2'- или 3'-нуклеотид при гидролизе. Этот процесс показан на рисунке 1. [1]

Автогидролиз [ править ]

Гидролиз или расщепление РНК может происходить спонтанно, без присутствия катализатора или фермента. Этот процесс известен как автогидролиз или реакция саморасщепления. Спонтанное расщепление в молекуле РНК гораздо более вероятно, если она одноцепочечная. [2] Реакции автогидролиза или саморасщепления происходят в основных растворах, где свободные гидроксид-ионы в растворе могут легко депротонировать 2 'ОН рибозы. Это депротонирование делает реакцию катализируемой основанием и увеличивает спонтанность реакции. [2]

Расщепление ферментов [ править ]

Когда РНК двухцепочечная или участвует в спаривании нуклеотидных оснований, она более стабильна и спонтанное расщепление значительно менее вероятно. В этих случаях расщепление осуществляется с использованием каталитических ферментов . Несколько разных ферментов катализируют расщепление в определенных сайтах молекулы РНК. [2]

Одним из таких ферментов является рибонуклеаза А (РНКаза А), белковый фермент. РНКаза A содержит гистидин в своем активном центре и использует его для выполнения кислотно-основного катализа и расщепления РНК. [2] Некоторые остатки гистидина в активном центре действуют как основания для удаления протонов из 2 'гидроксилов сахаров рибозы, в то время как другие действуют как кислоты, отдавая протоны 5' кислороду соседних рибоз, чтобы они лучше уходили из групп. Лизина остаток, а также в активном центре РНКазы А, стабилизирует отрицательно заряженные атомы кислорода в переходном состоянии. [2]

Категория рибозимов, называемых малыми рибонуклеолитическими рибозимами, усиливает спонтанность расщепления собственной РНК с использованием кислотно-основного катализа. Примеры таких рибозимов включают молот рибозит , тем вируса гепатита дельта (HDV) рибозит , и шпильку рибозит . [2] Большие рибозимо, такие как интроны группы I , интроны группы II и РНКазы Р , катализирует сплайсинг и другие пост-trascriptional модификаций при обработке мРНКа, используя механизм расщепления описано выше. [2]

Возможные приложения [ править ]

Исследователи разрабатывают и используют различные приложения для гидролиза РНК, которые можно проводить контролируемым образом. Применения включают использование рибозимов в генной терапии для контроля экспрессии генов у бактерий и эукариот, а также для подавления репликации вирусов. [2] Рибозимы в форме головки молотка, в частности, могут быть сконструированы так, чтобы они расщепляли желаемую РНК. [3] Эти рибозимы могут быть созданы, например, для предотвращения экспрессии определенного гена. [4]

Помимо ингибирования экспрессии генов, сплайсирующие рибозимы можно использовать для восстановления поврежденной или дефектной РНК. Сплайсинг рибозимы катализируют сплайсинг РНК, удаляя участок РНК, содержащий мутацию, и заменяя его хорошо функционирующей РНК. [5] Существующие рибозимы также могут быть изменены таким образом, чтобы изменить реакцию (ы), которые катализирует рибозим. [6]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d Воет, Дональд; Воет, Джудит (2011). Биохимия (4-е изд.). Нью-Йорк: J. Wiley & Sons. п. 85.
  2. ^ a b c d e f g h я Эллиот, Дэвид; Ладомери, Майкл (2011). Молекулярная биология РНК (1-е изд.). Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. С. 34–64.
  3. ^ Леонидас А. Phylactou = рибозима Gene Therapy (2001). Старки, Майкл; Эласварапу, Рамнатх (ред.). Протоколы геномики . Тотова, Нью-Джерси: Humana Press. С.  521–529 . ISBN 978-0-89603-774-8.
  4. ^ Томпсон, JD; Macejak, D; Couture, L; Стинчкомб, Д.Т. (1995). «Рибозимы в генной терапии». Природная медицина . 1 (3): 277–278. DOI : 10.1038 / nm0395-277 . PMID 7585047 . 
  5. ^ Sullenger, BA; Чех, Т.Р. (1994). «Рибозим-опосредованная репарация дефектной мРНК путем направленного транс-сплайсинга». Природа . 371 (6498): 619–622. DOI : 10.1038 / 371619a0 . PMID 7935797 . 
  6. ^ Бодри, Эмбер; Джойс, Джеральд (1992). «Направленная эволюция фермента РНК». Наука . 257 (5070): 635–641. DOI : 10.1126 / science.1496376 .