معلومة

4.13: الريبوزيمات - علم الأحياء

4.13: الريبوزيمات - علم الأحياء



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ومع ذلك ، فإن الريبوزيمات ليست نادرة في الطبيعة. نظرًا لأن كلا من الناقلين للمعلومات الجينية والمحفزات ، فمن المحتمل أن تكون الريبوزيمات هي الدجاج والبيض في أصل الحياة.


يعجبني هذا السؤال حقًا لأنه أساس أساسي لجميع أشكال الحياة على هذا الكوكب ، ومع ذلك هناك ندرة في المعلومات الفعلية حول أصولها ولماذا يكافئ الاختيار على استخدام ATP على أي شيء آخر. أنا أتحدث هنا بشكل عام لأنه لا توجد دراسات محددة في ATP مقابل المرشحين الآخرين.

الكثير من المعلومات الواردة أدناه مأخوذة من مقال قديم نسبيًا مذكور في تعليقات TomD يناقش: & quot لماذا اختارت الطبيعة الفوسفات. & quot بواسطة Westheimer ، 1987. المقال مؤثر للغاية وقد تم الاستشهاد به أكثر من ألف مرة منذ نشره. مقال آخر صدر في نفس العام الذي طرح فيه هذا السؤال & مثل الطبيعة هل حقا اختار الفوسفات. & quot بواسطة Kamerlin وآخرون.، 2013

بعض الحجج أدناه مقنعة أكثر من غيرها ، ولكن يجب التفكير فيها جميعًا عند محاولة الإجابة على هذا السؤال.


توم تشيك

كان توم تشيك عضوًا في هيئة التدريس بجامعة كولارادو في بولدر لأكثر من 30 عامًا. في عام 2000 ، تم تعيينه رئيسًا لمعهد هوارد هيوز الطبي وظل في هذا المنصب حتى عام 2009. حاليًا ، يقوم مختبره بفحص بنية وتكرار الحمض النووي التيلومري. أكمل القراءة

المزيد من المحادثات في علم الوراثة وتنظيم الجينات

موارد ذات الصلة

ورقة بحثية نوقشت في هذا الحديث

تشيك ، تي آر ، زوغ ، إيه جيه ، وأمبير جرابوسكي ، بي جيه (1981). التضفير في المختبر لسلائف الحمض النووي الريبي لرباعي الغشاء: مشاركة نيوكليوتيدات الغوانوزين في استئصال التسلسل المتداخل. الخلية ، 27 (ديسمبر) ، 487-496.


طوبولوجيا الريبوزيم مقابل الحفظ المتسلسل

لتنفيذ التحفيز الكيميائي القائم على الحمض النووي الريبي ، يجب أن تتبنى بعض أجزاء جزيء الريبوزيم مواضع واتجاهات نسبية دقيقة للغاية. بالإضافة إلى التعرف المحدد ، يجب أن تكون هناك آليات ديناميكية لربط الركيزة وإصدار المنتج. مع استثناء ملحوظ للريبوسوم ، تعمل الريبوزيمات الحالية على العمود الفقري للفوسفوديستر الذي يربط بين نيوكليوتيدات متتالية. على الرغم من أن العمليات التحفيزية لهذه التفاعلات متشابهة بشكل أساسي ، إلا أنه يمكن تحقيقها بطرق متنوعة ، بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن التقارب الكيميائي منتشر ، فإن الريبوزيمات تعرض مخزونًا غنيًا من البنى التي تضع المواد المتفاعلة بشكل مناسب. علاوة على ذلك ، فإن عدد النيوكليوتيدات المحفوظة وتشتتها في جميع أنحاء الجزيء يختلف اختلافًا كبيرًا من ريبوزيم إلى آخر: على سبيل المثال ، يحتوي ريبوزيم رأس المطرقة والمجموعة I إنترونات على نفس العدد تقريبًا من المخلفات المحفوظة - حوالي سبعة - على الرغم من أن الأخير يمكن أن يكون تصل إلى أربعة أضعاف [34 ، 35]. تختلف المواقف والتصرفات النسبية للعناصر الهيكلية المحفوظة فيما يتعلق ببداية ونهاية عزر الريبوزيم أيضًا (الشكل 2). يمكن تقسيم معظم عائلات الريبوزيمات إلى فئات تتميز بعناصرها المحيطية غير المتجانسة بدرجة عالية [36-38]. ومع ذلك ، من المتوقع أن تكون البنى ثلاثية الأبعاد لنوى الريبوزيم التي تنتمي إلى نفس العائلة متشابهة لأنها يتم الحفاظ عليها بواسطة قيود من الدرجة الثالثة والتي ، على الرغم من الحفاظ على مقاطع التسلسل القصيرة ، يمكن أن تتشكل بطرق متنوعة.

تستند ريبوزيمات رأس المطرقة على تقاطع ثلاثي وهناك نوعان رئيسيان. (أ) النوع الأول له نهايات الحمض النووي الريبي أحادي الشريطة على الجذع الأول (ب) النوع الثالث له نهايات الحمض النووي الريبي أحادي الجديلة على الجذع الثالث. لأسباب غير معروفة ، لم يتم ملاحظة ريبوزيمات النوع الثاني المحتملة (نهايات الحمض النووي الريبي أحادي الجديلة على الجذع الثاني). يتم الحفاظ على البنية ثلاثية الأبعاد من خلال التكديس المحوري للسيقان الثاني والثالث ، والتي ، من خلال القيود الموجودة في بقايا الوصلات ثلاثية الاتجاهات المحفوظة [92] ، تعمل على توجيه I بحيث تكون تفاعلات الحلقة بين السيقان I و II شكل (الشكل 3 ) [40،42]. غالبًا ما يتم استبدال الحلقة الداخلية للساق II (IL2) بحلقة تغطية (CL2) بالمثل ، يمكن استبدال CL1 في النوع الثالث بحلقة داخلية (IL1) متبوعة بدبوس شعر آخر. على الرغم من أنه تم تمييز بنية واحدة فقط بشكل كامل ، إلا أن محاذاة التسلسل تُظهر أن تفاعلات الحلقة الحلقية (التي تشكل بشكل أساسي أزواج غير Watson-Crick) متنوعة للغاية.

يوضح بئر ريبوزيم رأس المطرقة الصعوبات في تحديد الريبوزيمات الجديدة إما تجريبيًا أو عن طريق في السيليكو اقتراب. في الواقع ، تم قبول طية الحمض النووي الريبي التحفيزية غير المكتملة ، والتي لم تتضمن اتصالات ثالثية بين العناصر البعيدة عن الموقع التحفيزي للانقسام والحفاظ على التسلسل ، لفترة طويلة ، حتى تم (إعادة) اكتشاف ريبوزيم رأس المطرقة الكامل [39-41]. تُظهر بنية بلورية حديثة [42] كيف أن وجود اتصالات من الدرجة الثالثة بين الحلقات البعيدة عن المنطقة المحفوظة تحفيزيًا يؤدي إلى تغييرات توافقية في اللب تعزز الحالة النشطة للريبوزيم. الأهم من ذلك ، أن جميع جهات الاتصال هذه تتضمن شبكات من الاقتران بقاعدة غير Watson-Crick مع أنماط التطور بخلاف تلك الموجودة في أزواج قاعدة Watson-Crick [40 ، 43]. تمتلك ريبوزيمات رأس المطرقة النشطة بيولوجيًا تعقيدًا هيكليًا ومتطلبات تسلسل صارمة (الشكل 3 ب) ، ولكن بسبب أزواج غير Watson-Crick ، ​​لا يظهر هذا على الفور من التسلسل وحده. في المقابل ، نظرًا لطوبولوجيا العقدة الكاذبة المعقدة القائمة على أزواج Watson-Crick ، ​​يكشف ribozyme HDV عن معظم تعقيده على الفور (الشكل 3 أ). إن ريبوزيمات رأس المطرقة غير المكتملة بدون عناصر محيطية وبتسلسل منخفض وتعقيد هيكلي تعرض أنشطة تحفيزية منخفضة. في الواقع، في المختبر التطور ، بدءًا من المكتبات العشوائية ، أنتج ريبوزيمات متنوعة هيكليًا ذات نشاط منخفض ، والتي تحتوي على بعض متغيرات رأس المطرقة [44]. اختيار تجربة أخرى في المختبر لأشكال الشق الذاتي ذات النشاط الكيميائي الحيوي من نوع رأس المطرقة [45] أدى إلى استنتاج مفاده أن شكل رأس المطرقة يصنع الطيات الريبوزيمية الأكثر شيوعًا ويقترح أن هذا الشكل له أصول مستقلة متعددة. لم يتم النظر في التفاعلات طويلة المدى في هذين في المختبر خطط الاختيار ، حيث لم يتم التعرف على أهميتها في ذلك الوقت. ستتيح التسلسلات التي تم جمعها خلال مخطط الاختيار الثاني تحسين نشاط ريبوزيم رأس المطرقة.

المخططات التخطيطية لشبكات التفاعل التي تحافظ على البنية ثلاثية الأبعاد لاثنين من الريبوزيمات المختلفة. (أ) ريبوزيم HDV [7،93] (ب) ريبوزيم رأس المطرقة النشط [42]. يحتوي ريبوزيم HDV على طوبولوجيا معقودة كاذبة: تشير خطوط اللون إلى مسار العمود الفقري للسكر والفوسفات. التسمية كما يلي [75]. يحتوي كل نيوكليوتيد على ثلاثة حواف مع إمكانيات الترابط الهيدروجيني: حافة Watson-Crick (يُشار إليها بدائرة) ، وحافة Hoogsteen (يُشار إليها بمربع) وحافة السكر (يُشار إليها بمثلث). يمكن تشكيل تفاعل قاعدة زوجية إما مع شقوق السكر المرفقة على نفس الجانب من خط النهج (رابطة الدول المستقلة-التكوين ، الرموز مغلقة) أو مع السكريات على جانبي خط الاقتراب ( عبر-التكوين ، الرموز مفتوحة). لتجنب الغموض ، عند وضع تعليقات توضيحية على جهات الاتصال من الدرجة الثالثة ، تم تغليف النيوكليوتيدات المتضمنة. عندما تكون قاعدة النوكليوتيدات في مزامنة- معلومات بخصوص السكر مكتوب بخط غامق. تشير المستطيلات إلى الموضع المشغول بالفعل في الفضاء بواسطة نوكليوتيد. في (ب) ، يحدث الانقسام 3 'من اللون الأحمر C.


4.13: الريبوزيمات - علم الأحياء

مطلوب الاشتراك في J o VE لعرض هذا المحتوى. ستتمكن من رؤية أول 20 ثانية فقط.

يتوافق مشغل الفيديو JoVE مع HTML5 و Adobe Flash. المتصفحات القديمة التي لا تدعم HTML5 وبرنامج ترميز الفيديو H.264 ستظل تستخدم مشغل فيديو يعتمد على Flash. نوصي بتنزيل أحدث إصدار من Flash هنا ، لكننا ندعم جميع الإصدارات 10 وما فوق.

إذا لم يساعد ذلك ، فيرجى إخبارنا بذلك.

الريبوزيمات هي أنواع خاصة من الحمض النووي الريبي يمكن أن تعمل كأنزيمات. & # 160 & # 160

الركائز لمعظم الريبوزيمات التي تحدث بشكل طبيعي هي روابط فوسفوديستر RNA. الاستثناء الوحيد المعروف لهذا هو الحمض النووي الريبوزي 23S في الريبوسوم البكتيري الذي يحفز تكوين رابطة الببتيد.

تم العثور على الريبوزيمات في جميع أنواع الكائنات الحية وتشبه الإنزيمات القائمة على البروتين ، حيث أنها تزيد من معدل التفاعلات. تحتاج العديد من الريبوزيمات إلى أيونات معدنية ، مثل المغنيسيوم ، كعوامل مساعدة لتحفيز التفاعلات.

يمكن لبعض فئات الإنترونات أن تعمل بمثابة ريبوزيمات. يتم تصنيف الإنترونات إلى خمس فئات متميزة & # 8211 مرنا نووي ، الحمض النووي الريبي النووي ، أثرايل ، المجموعة الأولى ، وإنترونات المجموعة الثانية.

المجموعة الأولى والثانية من الإنترونات عبارة عن ريبوزيمات كبيرة يبلغ طولها عدة مئات من النيوكليوتيدات وتوجد في الميتوكوندريا الفطرية والنباتية والبلاستيدات الخضراء والعاثيات والفيروسات حقيقية النواة. & # 160

يمكنهم لصق أنفسهم دون مساعدة من أي بروتينات ، في حين يتم تقطيع الإنترونات النووية بواسطة spliceosome ، RNA ومركب الإنزيم المحتوي على البروتين. & # 160 & # 160

عادة ما يكون طول الريبوزيمات الصغيرة من 50 إلى 150 نيوكليوتيد وهي عبارة عن زخارف تسلسلية للنيوكليوتيدات ذاتية الشق. يمكن العثور عليها في العديد من فيروسات نبات الحمض النووي الريبي ، بالإضافة إلى فيروس التهاب الكبد الدلتا ، أحد مسببات الأمراض البشرية. & # 160

تنتج عملية النسخ المتماثل في هذه الفيروسات رنا طويلًا يحمل وحدات متعددة من الجينوم الفيروسي حيث تحمل كل وحدة ريبوزيمات صغيرة مثل رأس المطرقة. تخضع إنزيمات رأس المطرقة المتباعدة بانتظام للانقسام الذاتي مما يؤدي إلى تكسير الحمض النووي الريبي الطويل إلى أجزاء جينوم فردية.

تشق معظم الريبوزيمات تسلسل النوكليوتيدات الخاص بها ، ومع ذلك ، يمكن لـ Ribonuclease P أن يشق جزيئات RNA أخرى. & # 160 Ribonuclease P موجود في بعض البكتيريا وعمليات السلائف tRNA لتوليد نهاية 5 & # 8217 ناضجة.

من المعروف أن الريبوزيمات المتوفرة بشكل طبيعي تحفز نطاقًا ضيقًا من التفاعلات مثل نقل الفوسفوريل في الأحماض النووية وتكوين رابطة الببتيد في البروتينات. قام العلماء بتصنيع ريبوزيمات اصطناعية في المختبر والتي يمكنها إجراء مجموعة واسعة من التفاعلات مثل تكوين رابطة الكربون والكربون وتفاعلات تقليل الأكسدة.

11.14 الريبوزيمات

يستخدم مصطلح ribozyme للحمض النووي الريبي الذي يمكن أن يكون بمثابة إنزيم. توجد الريبوزيمات بشكل أساسي في فيروسات مختارة ، وبكتيريا ، وعضيات نباتية ، وحقيقيات النوى السفلية. تم اكتشاف الريبوزيمات لأول مرة في عام 1982 عندما لاحظ مختبر Tom Cech & # 8217s أن المجموعة الأولى من الإنترونات تعمل كأنزيمات. تبع ذلك بعد فترة وجيزة اكتشاف ريبوزيم آخر ، Ribonulcease P ، بواسطة مختبر Sid Altman & # 8217s. حصل كل من Cech و Altman على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1989 لعملهما على الريبوزيمات.

يمكن تصنيف الريبوزيمات إلى مجموعتين حسب حجمها & # 8211 الكبيرة والصغيرة. يمكن أن تختلف الريبوزيمات الكبيرة في الحجم من بضع مئات إلى عدة آلاف من النيوكليوتيدات. النوعان الأول والثاني من الإنترونات والريبونوكلياز P الجرثومي هما ريبوزيمات كبيرة. يبلغ طول الريبوزيمات الصغيرة 30 إلى 150 نيوكليوتيد. توجد في العديد من فيروسات النباتات المسببة للأمراض وفيروس دلتا التهاب الكبد (HDV) ، أحد مسببات الأمراض البشرية. تعتبر Hammerhead و hairpin و HDV و Varkud من الأنواع الشائعة من الريبوزيمات الصغيرة. تحتاج معظم الريبوزيمات الكبيرة إلى أيونات معدنية ، خاصة Mg 2+ ، لنشاطها ، لكن أيونات المعادن ليست ضرورية لمعظم الريبوزيمات الصغيرة. ال glmS الريبوزيم ، في glmS mRNA ، هو نوع فريد من الريبوزيم لأنه يعمل أيضًا كمحول ريبوس عندما يكون الجلوكوزامين 6-فوسفات موجودًا بتركيزات عالية.

تحفز معظم الريبوزيمات التي تحدث بشكل طبيعي على تحطيم روابط الفوسفوديستر الموجودة في الحمض النووي الريبي الخاص بها. على عكس إنزيم البروتين النموذجي ، تؤدي معظم الريبوزيمات تفاعلًا أحادي الدوران لأنها ، بعد الانقسام الذاتي ، لم تعد نشطة. ومع ذلك ، فإن اثنين من الريبوزيمات - Ribonulcease P و 23S RNA في الوحدة الفرعية الريبوزومية 50S تؤدي تفاعلات مختلفة. Ribonuclease P البكتيرية عبارة عن مركب بروتين RNA له نشاط نوكلياز داخلي ويتطلب Mg 2+ أيونات. يعمل مكون الحمض النووي الريبي الخاص به على النهاية 5 & # 39 من الحمض النووي الريبي السابق لأوانه لإنتاج النهاية 5 & # 39 الناضجة. يختلف الحمض النووي الريبي 23S الموجود في الريبوسوم عن جميع الريبوزيمات الطبيعية المعروفة ، حيث إنه بدلاً من تفاعلات نقل الفوسفوريل ، فإنه ينفذ تفاعلات تكوين رابطة الببتيد أثناء الترجمة.

نظرًا لأن الحمض النووي الريبي يمكن أن يعمل كحامل للمعلومات الجينية وكذلك الإنزيمات ، فمن المفترض أن & # 8220RNA world & # 8221 ربما كان موجودًا في الماضي حيث لعب RNA دورًا مهمًا في تطوير أشكال الحياة المبكرة. & # 160 ومع ذلك ، مع تطور أشكال الحياة المعقدة ، ربما بدأت البروتينات التي تحتوي على عشرين من الأحماض الأمينية في العمل كإنزيمات واستحوذت على العديد من التفاعلات التي تقوم بها الريبوزيمات. تحصل هذه النظرية على دعم من في المختبر طورت ريبوزيمات صناعية يمكنها تنفيذ عدد لا يحصى من التفاعلات مثل تكوين رابطة الأميد ، وتكوين الرابطة الجليكوسيدية ، وتكوين رابطة الكربون والكربون ، وتفاعلات الأكسدة والاختزال.


شاهد الفيديو: الهندسة الوراثية ج2: إنزيمات القصر + استنساخ DNA. البيولوجيا الجزيئية. أحياء الصف الثالث الثانوي (أغسطس 2022).