Ribozim

thumb|3D struktura "čekićastog ribozima"

**Ribozimi** (**ribo**nukleinske kiseline + en**zimi**) su RNK molekule koje su sposobne za katalizu specifičnih biohemijskih reakcija, slično djelovanju proteinskih enzima. Otkriće ribozima 1982. pokazalo je da RNK može biti i genetički materijal (kao DNK) i biološki katalizator (kao što je proteinski enzim) i doprinijelo postavci  hipoteze RNK svijeta, koja ukazuje da RNK može biti važna u evoluciji prebiotskih sistema koji se sami razmnožavaju. Najčešće aktivnosti prirodnih ili *in vitro* razvijenih  ribozima su cijepanje  ili spajanje fragmenata  RNK i DNK i formiranje peptidnih  veza. U ribosmima, funkcija ribozima kao djela velike podjedinice ribozomake RNK je povezivanje aminokiselina u sintezi proteina. Oni također sudjeluju u raznim reakcijama obrada transktibirane  RNK, uključujući i preradu RNK, virusnu replikaciju i  RNK biosinteze. Primjeri ribozima uključuju ribozim čekićar,  VS ribozim, lidzim i tzv. ukosnica ribozim.
 
Istraživači  koji proučavaju porijekla života su proizveli ribozime u laboratorijama, a   koji su sposobni za katalizu sopstvene sinteze od skoro monomera pod vrlo specifičnim uvjetima, kao što je RNK polimerazni ribozim. Mutageneza i selekcija su rezultiraje dobijanjem i  izolacijom  potvrđenih varijanti  "round-18" polimeraznog  ribozibozima od 2001. "B6.61"  može za 24 sata dodati do  20 nukleotida na primarnu matricu, dok se ne razlaže do cijepanja svojih fosfodiesterskih  veza. Ribozim  "tC19Z" može dodati do 95 nukleotida sa  tačnošću od 0,0083 mutacija/nukleotid.
Pokušaji su rađeni  u cilju  da razviju ribozime kao terapeutska  sredstava, kao enzime koji ciljaju cijepanje definirane RNK sekvence , kao biosenzora te za aplikacije u finkcijskoj genomici i otkriću gena. .

## Otkriće 
thumb|right|480px|Prikaz ribozimskog cijepanja RNK
Prije otkrića ribozima, enzimi,  koji su definirani kao katalitski proteini, bili su jedini poznati biološki katalizatori. U 1967., Carl Woese, Francis Crick i Leslie Orgel prvi su sugerirali da  RNK može djelovati kao katalizator.  Ova ideja je bila zasnovana na otkriću da RNK može formirati kompleksne  sekundarne strukture. Ribozime  je, ranih  1980ih,  otkrio Thomas R. Cech, koji je proučavao  preradu RNK kod trepljarske protozoe *Tetrahymena thermophila*,  sa Sidneyom Altmanom and Normanom  Paceom, kji su proučavali  kompleks bakterijske RNkaze P. Ovi  ribozimi su nađeni intronu  RNK transkripta, koji se od njega odstranio, kao i u komponenti RNK  kompleksa RNkaze P, koji je uključen u  sazrijevanje pre-tRNK. U  1989., Thomas R. Cech i Sidney Altman su podijelili  Nobelovu nagradu za hemiju za njigovo  "otkriće  katalitskih svojstvenosti RNK." Termin  *ribozim* su prvi predstavili Kelly Kruger *et al.* 1982 u radu koji je publiciran u  časopisu *Cell*.

Do tada je bio čvrsto uspostavljeno vjerovanje u biologiji da je  kataliza rezervirana za proteine. Međutim, ideja RNK katalize je motivirana  dijelimično i  od  starog pitanja o poreklu života: šta  se pojavilo prvo, enzim koji obavljaju funkcije ćelije ili nukleinske kiseline koje nose informacije koje su potrebne za proizvodnju enzima? Koncept "ribonukleinske kiseline kao katalizatori" zaobilazi ovaj problem. RNK, u suštini, može biti „i pile  i jaje“ .

U 1980. Thomas Cech, na *University of Colorado* u Boulderu, je proučavao eksciziju introna u ribozomnom  RNK genu u *Tetrahymena thermophila*. Dok je pokušavao da očisti enzim odgovoran za  reakciju prerade RNK, otkrio je da je introni mogu biti spojeni u odsustvu dodatka ekstrakta ćelija. Koliko god su pokušavali, Cech i njegove kolege nisu mogli  identificirati bilo koji protein povezan s  reakcijom prerade. Nakon mnogo posla, Cech je predložio da  intronska sekvenca dio RNK može razložiti  i reformirati fosfodiesterske veze.  Otprilike u isto vrijeme, Sidney Altman, profesor na Yale University, je proučavao način kako se tRNK  molekule se obrađuju u ćeliji,  kada su on i njegove kolege izolovali enzim RNkaza-P, koji je odgovoran za konverziju prekursorne tRNK u aktivnu tRNK.  Na njihovo veliko iznenađenje, otkrili su da je  u RNK  postoji RNkaza-P,  osim proteina i da je  RNK bitna komponenta aktivnog enzima. To je bio tako strana  ideja da su imali poteškoća da objave svoje nalaze. Naredne godine, Altman je pokazao da RNK može djelovati kao katalizator,  dokazujući da je RNkaza-P individualne  RNK mogla katalizirati cijepanje  prekursora  tRNK u aktivnu tRNK, i  u odsustvu proteinske komponente.

Od otkrića Cecha i Altmana, drugi istražitelji su otkrili druge primjere samoobnavljajuće  RNK ili katalizirajućih molekula RNK. Mnogi ribozimi imaju ili tzv. ukosnički ili čekićasti oblik aktivnog centrfa i jedinstvenu sekundarnu strukturu koja im omogućava da  RNK razlaže druge  molekule na specifične sekvence. To je sada moguće napraviti ribozimima da će se posebno razložiti bilo koja molekula  RNK. Ovi RNK katalizatori mogu imati farmaceutske aplikacije. Naprimjer, dizajniran je  ribozim koji zazlaže  RNK HIV-a. Ako  bi takve  ribozime  pravile  same ćelije, sve dolazne virusne  čestice će doći u situaciju da njihov RNK genom razlože   ribozimi, što bi spriječilo infekciju.

## Struktura i mehanizam 
Unatoč  tome,  što postoje samo četiri izbora za svaku monomernu jedinicu (nukleotidi), u odnosu na 20 aminokiselina  koje se nalaze u bočnim lancima proteina, ribozimi imaju različite strukture i mehanizme. U mnogim slučajevima oni su u mogućnosti da oponašaju mehanizam koji s koriste  njihovi proteinski oblici. Naprimjer, u samokatalizi ribozima RNK,  SN2 reakcija se provodi uz pomoć 2 'hidroksilnske grupe kao nukleofil koji napada fosfatne veze i pretvaraju 5' kisik u N + 1 bazu i ponašaju se kao napušta grupu.  U odnosu na RNkazu A, protein koji katalizira istu reakciju, koristi koordinaciju histidina  i lizina  da djeluje kao baza za napad na fosfatnu okosnicu. Kao i kod mnogi drugih proteinskih enzima.  Često ove interakcije koristiti i fosfatna kičma i baze nukleotida, uzrokujući drastične konformacijske promjene.

## Aktivnost
Iako je većina  ribozima sasvim  rijetka u ćeliji, njihova uloga je ponekad esencijalna za život. Naprimjer,  funkcijski dio  ribosom,  molekulske mašine koja  prevodi iRNK u  proteine,  fundamentalno je ribozim, sastavljen od tercijarnih strukturnih motiva RNK koji su često koordinirani metalnim ionima, kao što je Mg2+, kao kofatorima. U model sistemima nema prihvatanja divalentnih kationa u  peto-nukleotidnu RNK katalizirajući  *trans*-fenilalanaciju  četvero-nukleotidnog supstrata sa 3 komplementarna bazna  para sa katalizatorom, gdje je katalizator/supstrat  osmislio skraćivanje  C3 ribozima. RNK može  katalizirati  savijanje proteina  patološke proteinske konformacije priona, na  način koji mje sličan   haperoninu, i može biti uključen u virusnu konkatamerno cijepanje koji prethodi pakovanju virusnog genetičkog materijala u nekim virionima.

RNK također može djelovati kao nasljedne molekula, što je  ohrabrilo Waltera Gilberta da predloži da se u dalekoj prošlosti, ćelije koristile RNK kao i genetički materijal i strukturne  i katalitske molekule radije nego odvijanje ove funkcije između DNK i proteina,  kao što je danas; ova hipoteza je poznat kao "hipoteza RNK svijeta" u tumačenju porijekla života. Dokaz da su ribozimi bili prve molekulske mašine ranog života ukazuje na to da su oni u stvari "molekulski fosili".

## Vještački  ribozimi 
Od otkrića ribozima koj postoje u živim organizmima, došlo je interesovanja za istraživanje novih sintetičkih ribozima  je u laboratorijama. Naprimjer, umjetno je  proizvedena samo-obnavljajuća  RNK koja  ima dobru enzimsku aktivnost.  Tang i  Breaker  su izolirali  samo-replikacijsku RNK *in vitro* iz  iz slučajnih sekvenci RNK. Neki od sintetičkih ribozima, koji su proizvedeni imli su duge strukture, a neki su bili slični prirodnim čekićastim  ribozimima. U 2015. godini, istraživači u *Northwestern University* i *University of Illinois*,  u Chicagu su projektovali ograničeni ribosom, koji djeluje  gotovo kao i autentične ćelijske komponente koje proizvode sve proteine i enzime unutar ćelije. Nazvan je  ribosom-T ili ribo-T, umjetni ribosom, a  kreirali su  ga jMichael Jewett i Alexander Mankin. Prvi umjetni ribosom – dizajnirani  ribosom, koji  bi  mogao dovesti do novih lijekova i nove generacije biomaterijala,  objavljen je 31. jula  2015. na  *Northwestern University* Tehnike koje se koriste za stvaranje veštačkih  ribozima uključuju usmjerenu evoluciju. Ovaj pristup koristi prednosti dualne prirodi RNK,  i kao katalizator i informacijskog  polimera, što ga čini lahkim za istraživanje proizvodnje ogromne populacije RNK katalizatora,  pomoću polimeraznih enzima. Ribozimi  su mutirali  po obrnutoj transkripciji  reverzhnom transkriptazom u različite cDNK i pojačani  PCRom. Izbor parametara u ovim eksperimentima često se razlikuju. Jedan od pristupa za izbor ligaznog ribozima koji uključuje tragove  biotina, koji su kovalentno povezani sa podlogom. Ako molekula posjeduje željenu ligaznu aktivnost, za oporavak aktivne molekule može se  koristiti streptavidinska matrica.

Lincoln i Joyce su  razvili  RNK enzimski  sistem sposoban za samoreplikaciju za oko sat vremena. Koristeći molekulsku  konkurenciju  ( * in vitro * evolucija) kandidata RNK smjese, pojavio se par ribozima, u kojem se  svaki spaja s druge strane spajanja sintetičkih oligonukleotida, bez prisustva  proteina.
 
Iako nisu istinski  katalizatori, stvaranje umjetnih ribozima je nazvano  riboupaljačima   (*riboswichers*) samoreplikacije, što je  također bilo aktivno područje istraživanja.Riboupaljači su regulatorni RNK motivi koji mijenjaju svoju strukturu kao odgovor na  ligande malih molekula za reguliranje translacije. Iako postoje mnogi poznati prirodni riboupaljači,  koji vežu široku lepezu metabolita i drugih malih organskih molekula, opisan je  samo jedan ribozim kao  riboupaljač, * glmS *. ]]. Rani rad u karakterišu samo-paranje riboswitches je fokusirana na pomoću teofilin kao ligand.   U ovim studijama  formirana je „RNK ukosnica“  koji blokira ezanje ribosomskog mjesta, čime se translacija inhibira . U prisustvu liganda, u ovim slučajevima teofilina, region cijepanja regulacijske RNK , omogućava  ribosomima da se vežu i prevedu  ciljni gen. Mnogo toga u  RNK inženjerstvu je bazirano na racionalnom dizajnu i ranije utvrđenoj  strukturi RNK,  a ne usmjerenom  evolucijom,  kao u gornjim  primjerima. Noviji rad je proširio liganada koji se koriste u ribozimskom riboupaljkačima, uključujući  timin pirofosfat. U inženjerstvu   aptozimama koristi se također i fluorescentna activacija sortiranja ćelija (protočna citometrija).

## Primjena 
Ribozimi su predloženi i razvijeni za liječenje bolesti putem genske terapije. Jedan od glavnih izazova korištenja RNK enzima u  terapiji  je kratak poluživot katalitske molekule  RNK u tijelu. Za borbu protiv ovog, stav 2' na ribozi  je modificiran  da se poboljša stabilnost RNK. Jedno područje ribozima za  genske terapije bilo je inhibicija RNK-baziranih  virusa.  Neki  sintetski ribozimi su usmjereni protiv HIV-a.  Razvijena je RNK nazvna  „genske škare“   i ušla je kliničko testiranje na infekciju HIV-om.

Slično tome, dizajniran je ribozim da cilja na  RNK virusa hepatitisa C . Ribozim je u stanju da cijepa konzervirani regiona virusnog  genoma, za  koji je pokazalo da reducira  virus u sisarskoj kulturi ćelija. Uprkos ovim naporima istraživača, ovi projekti su ostali u pretkliničkoj fazi.

## Poznati ribozimi 
Potvrđene klase  prirodnih ribozima:

* GIR1 granati ribozim
* *GlmS* ribozim
* Grupa I samoprerađeni   introni
* Grupa II. Samoprerađujući  intron - splajsosom je vjerovatno izveden iz grupe II samoprerađujućih ribozima.
* Ukosnica ribozim
* Čekićasti ribozim
* HDV ribozim
*rRNK* – nalazi  se u svim živim ćelijama i  vežu  aminokiseline da formiraju proteine.
* RNkaza P
* Twister ribozim
* VS ribozim.

## Također pogledajte 
* Dezoksiribozim
* Kataliza
* Enzim
## Reference
## Vanjski linkovi 
* http://www.ibiology.org/ibiomagazine/issue-1/tom-cech-discovering-ribozymes.html  Tom Cech kratki govor: "Otkrivanje Ribozymes"

Kategorija:RNK
Kategorija:Ribozimi
Kategorija:Katalizatori
Kategorija:Biomolekule
Kategorija:Enzimi
Kategorija:Metabolizam
Kategorija:Hemijska kinetika
Kategorija:Prerada RNK