Ռիբոզիմներ

Ռիբոզիմ () (կրճատ` «ռիբոնուկլեինաթթու» և «Էնզիմ», կոչվում է նաև ֆերմենտատիվ ՌՆԹ կամ կատալիտիկ ՌՆԹ), կատալիտիկ ազդեցություն դրսևորող ՌՆԹ մոլեկուլ։ Բնական ծագում ունեցող բազմաթիվ ռիբոզիմներ կատալիզում են իրենք իրենց կամ ՌՆԹ-ի այլ մոլեկուլների ճեղքումը, բացի այդ, սպիտակուցներում պեպտիդային կապի ձևավորումը տեղի է ունենում ռիբոսոմի ռՌՆԹ-ի միջոցով։ Կյանքի ծագման վերաբերյալ ուսումնասիրությունների շրջանակներում հնարավոր եղավ ստեղծել արհեստական ​​ռիբոզիմներ, ինչպիսիք են ՌՆԹ պոլիմերազները, որոնք ունակ են որոշակի պայմաններում կատալիզել իրենց սեփական հավաքածուն։ Առաջին լաբորատոր նմուշները ցույց տվեցին ցածր կատալիտիկական ունակություն. նրանց հաջողվում է 24 ժամվա ընթացքում շղթայացնել ոչ ավելի, քան 14 նուկլեոտիդ, որից հետո դրանք քայքայվում են ֆոսֆոդիեֆիրային կապերի հիդրոլիզի պատճառով, բայց արդյունքն աստիճանաբար բարելավվում էր և 2011 թվականին հասանելի էին 95 նուկլեոտիդների նշանակությունը։

Հայտնագործում 

Ռիբոզիմների հայտնաբերումից առաջ ֆերմենտները` կատալիտիկ հատկություններով սպիտակուցները, համարում էին միակ օրգանական կատալիզատորները։ 1967 թվականին Կարլ Ուոզեսը, Ֆրենսիս Կրիկը և Լեսլի Օրգելը առաջինը առաջ քաշեցին ենթադրություն, որ ՌՆԹ-ն կարող է լինել կատալիզատոր։ Այս ենթադրությունը հիմնված էր այն փաստի վրա, որ ՌՆԹ-ն կարող է ձևավորել բարդ երկրորդական կառուցվածք։ Այժմ հայտնի է, որ ռիբոզիմները և շատ այլ ՌՆԹ մոլեկուլներ ունեն բարդ երրորդական կառուցվածք։

ՌՆԹ-ի կատալիտիկ ակտիվությունն առաջին անգամ հայտնաբերվել է պրե-ռՌՆԹ-ում 1980-ական թվականներին Թոմաս Չեկի՝ ով ուսումնասիրում էր ՌՆԹ-ի սպլայսինգը Tetrahymena thermophila ինֆուզորիաի մոտ, և Սիդին Օլտմենի՝ ով աշխատում էր բակտերիալ ռիբոմուկլեազ P-ով, կողմից։

Որպես ռիբոզիմ հանդիսացավ ներքրոմոսոմային ռԴՆԹ գենի ինտրոնով կոդավորվող պրե-ռՌՆԹ Tetrahymen մոլեկուլի հատվածը, այս հատվածը իրականացրեց ավտոսպլայսինգ, այսինքն ինքնուրույն ճողքում ռՌՆԹ-ի հասունացման ժամանակ։ Կատալիտիկ ակտիվություն է հայտնաբերվել նաև պրե-փՌՆԹ-ի մշակման գործընթացին մասնակցող ռիբոնուկլեազ P համալիրի ՌՆԹ ենթաբաժնում (հետագայում Ալթմանը ապացուցեց, որ այս ակտիվությունը կարող է ապահովվել ռիբոզիմայով `առանց սպիտակուցների մասնակցության)։

1989 թվականին Չեքը և Ալթմանը ստացան Քիմիայի Նոբելյան մրցանակ «ՌՆԹ-ի կատալիտիկական հատկությունները բացահայտելու համար»։

«Ռիբոզիմ» տերմինը առաջին անգամ ներմուծվել է Քելլի Կրուգերի և այլոց կողմից 1982 թվականին Cell ամսագրում տպագրված հոդվածում։

Գործողություն 

Չնայած որ ռիբոզիմների մեծ մասը հազվադեպ է հայտնաբերվում բջիջներում, երբեմն դրանք շատ կարևոր են նրանց գոյության համար։ Օրինակ ռիբոսոմի ակտիվ մասը` մոլեկուլային մեքենան, որը իրականացնում է ՌՆԹ-ից սպիտակուցների տրանսլյացիան, համարվում է ռիբոզիմ։

Որպես կոֆակտորներ՝ որոշ ռիբոզիմներ հաճախ պարունակում են երկվալենտ մետաղական իոններ, օրինակ՝ Mg2+:

Այն փաստը, որ ՌՆԹ-ն կարող է պարունակել ժառանգական տեղեկատվություն, Վալտեր Գիլբերտին թույլ է տվել առաջ քաշել ենթադրություն, որ հին ժամանակներում ՌՆԹ-ն օգտագործվել է ինչպես գենետիկ նյութ, այնպես էլ որպես բջիջների կատալիզատոր և կառուցվածքային բաղադրիչ, և հետագայում այդ դերերը վերաբաշխվել են ԴՆԹ-ի և սպիտակուցների միջև։ Այս վարկածն այժմ հայտնի է որպես ՌՆԹ աշխարհի վարկած։

Եթե ​​ՌՆԹ-ները առաջին մոլեկուլային սարքավորումներն էին, որոնք օգտագործվում էին վաղ կենդանի բջիջներում, ապա ռիբոզիմները, որոնք առկա են այսօր (օրինակ՝ ռիբոսոմային ապարատը), կարելի է համարել կենդանի բրածոներ՝ կենդանի արարածների նմուշներ, որոնք բաղկացած են նուկլեինաթթուներից։

Պրիոնի պարուրման վերջին ուսումնասիրությունները ցույց են տալիս, որ ՌՆԹ-ն կարող է կատալիզել սպիտակուցների պարուրումը պաթոլոգիական կոֆիգուրացիաներում, ինչպես ֆերմենտ շապերոնները։

Հայտնի ռիբոզիմներ

Բնական ռիբոզիմներ 

Բնության մեջ հայտնաբերվել են հետևյալ ռիբոզիմները.
 Ինտրոնային I և II խմբեր,
 Կապարային ռիբոզիմ (leadzyme)-հայտնաբերվել են մի քանի բնական նմուշներ, չնայած այն առաջին անգամ ստեղծվել է լաբորատորիայում,
 Ռիբոզիմներ, որոնք պարունակում են երկշղթա կոմպլեմենտար կառուցվածք,
 Hammerhead տիպի ռիբոզիմներ,
 Դելտա-հեպատիտ վիրուսի ռիբոզիմներ,
 Tetrahymena ռիբոզիմ,
 VS ռիբոզիմ,
 Գլյուկոզամին-սինտազի ռիբոզիմ (գլյուկոզամին-6-ֆոսֆատի ակտիվացված ռիբոզիմ)։

Սինթետիկ ռիբոզիմներ 

Բնական ռիբոզիմների հայտնաբերումից հետո սկսվեցին հետազոտություններ նոր՝ փորձանոթում ստեղծված սինթետիկ ռիբոզիմների հայտնաբերման վերաբերյալ, օրինակ՝ բարձր կատալիտիկ ակտիվություն ունեցող ինքնապարուրվող ՌՆԹ-ների ստացումը։

Թանը և Բրեյկերը ՌՆԹ ֆրագմենտների ընտրության ճանապարհով առանձնացրել են ինքնապարուրվող ՌՆԹ մոլեկուլներ, որոնք ձևավորվել էին պատահականության սկզբունքով։ Սինթետիկ ռիբոզիմների շարքում կան եզակի կառուցվածք ունեցողներ, որոնք կենդանի բնության մեջ չեն հանդիպել կամ չեն հայտնաբերվել, ինչպես նաև այնպիսիք, որոնք շատ նման են hammerhead տեսակի բնական ռիբոզիմի։

Սինթետիկ ռիբոզիմների հայտնաբերման մեթոդներից մեկը էվոլյուցիոն մեթոդն է։ Այս մոտեցումը հիմնվում է ՌՆԹ-ի երկակի բնույթի վրա, որը համարվում է և՛ կատալիզատոր, և՛ տեղեկատվական շղթա։ Այս երկակիության հիման վրա բավականին հեշտ է ստեղծել ՌՆԹ կատալիզատորների մեծ բազմազանություն՝ օգտագործելով ֆերմենտներ, ինչպիսիք են պոլիմերազները։ Արդյունքում ստացվող ռիբոզիմները մուտացվում են հակադարձ տրանսկրիպցիայի ճանապարհով՝ օգտագործելով հակադարձ տրանսկրիպտազ՝ մուտագեն պոլիմերազային շղթայական ռեակցիայի ընթացքում կոմպլեմենտար ԴՆԹ ֆրագմենտներ ձևավորելով համար։

Ծանոթագրություններ

Արտաքին հղումներ 
 Нобелевская лекция Р. Чека (англ.)
 Ribozyme structures and mechanisms
 De novo synthesis and development of an RNA enzyme
 Directed evolution of nucleic acid enzymes.
 Aniela Wochner, James Attwater, Alan Coulson, Philipp Holliger. Ribozyme-Catalyzed Transcription of an Active Ribozyme // Science. 2011. V. 332. P. 209—212