гидролиз РНК

Гидролиз РНК — это реакция, в которой фосфодиэфирная связь в сахарофосфатном остове РНК разрывается, расщепляя молекулу РНК. РНК восприимчива к этому гидролизу , катализируемому основанием , поскольку рибозный сахар 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, таким образом, не восприимчива к гидролизу, катализируемому основанием. [1]

Механизм гидролиза РНК, катализируемого основанием. 1) Депротонирование 2′-ОН группы, катализируемое основанием, что позволяет депротонированному 2′ гидроксилу нуклеофильно атаковать соседний фосфор. 2) Переходное состояние. 3) Фосфодиэфирная связь разрывается, расщепляя остов РНК. 4) 2′,3′-циклическая фосфатная группа (на этапе 3) гидролизуется до 2′ или 3′ фосфата.

Механизм

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), в котором фосфор связан с пятью атомами кислорода. [2] Затем фосфор отсоединяется от кислорода, соединяющего его с соседним сахаром, что приводит к расщеплению эфира остова РНК. (Этот механизм также называют расщеплением РНК.) Это дает 2',3'-циклический фосфат, который затем может дать либо 2'-, либо 3'-нуклеотид при гидролизе. Этот процесс показан на рисунке 1. [1]

Автогидролиз

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

Расщепление фермента

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 различных ферментов катализируют расщепление в определенных местах на молекуле РНК. [2]

Одним из таких ферментов является рибонуклеаза А (РНКаза А), белковый фермент. РНКаза А содержит гистидин в своем активном центре и использует его для осуществления кислотно-щелочного катализа и расщепления РНК. [2] Некоторые остатки гистидина в активном центре действуют как основания для удаления протонов из 2'-гидроксилов рибозных сахаров, в то время как другие действуют как кислоты для передачи протонов 5'-кислороду соседних рибоз, чтобы сделать их более уходящими группами. Остаток лизина , 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 помощью кислотно-щелочного катализа. Примерами таких рибозимов являются рибозим-молот , рибозим вируса гепатита Дельта (HDV) и рибозим-шпилька . [2] Крупные рибозимы, такие как интроны группы I , интроны группы II и РНКаза P , катализируют сплайсинг и другие посттранскрипционные модификации во время процессинга мРНК, используя описанный выше механизм расщепления. [2]

Возможные применения

Исследователи разрабатывают и используют различные приложения для гидролиза РНК, которые могут осуществляться контролируемым образом. Приложения включают использование рибозимов в генной терапии для контроля экспрессии генов у бактерий и эукариот, а также для подавления репликации вирусов. [2] Рибозимы Hammerhead, в частности, могут быть разработаны таким образом, чтобы они расщепляли желаемую РНК. [3] Эти рибозимы могут быть разработаны, например, для предотвращения экспрессии определенного гена. [4]

Помимо ингибирования экспрессии генов, рибозимы сплайсинга могут использоваться для восстановления поврежденной или дефектной РНК. Рибозимы сплайсинга катализируют сплайсинг РНК, удаляя часть РНК, содержащую мутацию, и заменяя ее хорошо функционирующей РНК. [5] Существующие рибозимы также могут быть изменены таким образом, что изменятся реакции, катализируемые рибозимом. [6]

Ссылки

  1. ^ abcd Voet, Дональд; Воэт, Джудит (2011). Биохимия (4-е изд.). Нью-Йорк: Дж. Уайли и сыновья. п. 85.
  2. ^ abcdefghi Эллиот, Дэвид; Ладомери, Майкл (2011). Молекулярная биология РНК (1-е изд.). Нью-Йорк: Oxford University Press. С.  34–64 .
  3. ^ Leonidas A. Phylactou=Ribozyme Gene Therapy (2001). Starkey, Michael; Elaswarapu, Ramnath (ред.). Genomics Protocols . Totowa, NJ: Humana Press. стр. 521–529. ISBN 978-0-89603-774-8.
  4. ^ Томпсон, Дж. Д.; Мацеяк, Д.; Кутюр, Л.; Стинчкомб, Д. Т. (1995). «Рибозимы в генной терапии». Nature Medicine . 1 (3): 277– 278. doi :10.1038/nm0395-277. PMID  7585047. S2CID  2251480.
  5. ^ Sullenger, BA; Cech, TR (1994). «Репарация дефектной мРНК с помощью рибозима путем направленного транссплайсинга». Nature . 371 (6498): 619– 622. Bibcode :1994Natur.371..619S. doi :10.1038/371619a0. PMID  7935797. S2CID  4314759.
  6. ^ Бодри, Эмбер; Джойс, Джеральд (1992). «Направленная эволюция фермента РНК». Science . 257 (5070): 635– 641. Bibcode :1992Sci...257..635B. doi :10.1126/science.1496376. PMID  1496376.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=РНК_гидролиз&oldid=1238861710"