Κεφάλαιο 28.pdf

© ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΕΣ ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΡΗΤΗΣ ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ ΓΙΑ ΤΟ ΧΗΜΙΚΟ ΤΜΗΜΑ ΤΟΥ ΠΑΝ/ΜΙΟΥ ΑΘΗΝΩΝ906ΗΚΕΦΑΛΑΙΟ 28 · Σύνθεση και μάτισμα RNA5'5'5'£¤Ûˉ¤ÛÌ¢Û˘ GAÓÔ‰ÈÎfiÂÍfiÓÈÔGPUC U C U C U P AA G G G A G GGG OH PUC U C U C U P AA G G G A G GC U C U C UA G G G A G GA GGGAGGGPUOHGAGOHAGK·ıÔ‰ÈÎfiÂÍfiÓÈÔ°Ú·ÌÌÈÎfi ÈÓÙÚfiÓÈÔ+5' CUCUCUU3'M·ÙÈṲ̂ÓÔ RNA(Û˘Ó‰Â‰Â̤ӷ ÂÍfiÓÈ·)3'IÓÙÚfiÓÈÔEIKONA 28.36 Μηχανισμός αυτο-ματίσματος.Ο καταλυτικός μηχανισμός του αυτο-ματιζόμενουιντρονίου του Tetrahymena περιλαμβάνει μια σειράαντιδράσεων τρανσεστεροποίησης. [Κατά T.Cech, RNA as an enzyme. © 1986 by ScientificAmerican, Inc., κατοχυρωμένα δικαιώματα.]3'3'ανάλυση της αλληλουχίας των βάσεων του πρόδρομου μορίου rRNA έδειξεότι η θέση ματίσματος 5΄ ευθυγραμμίζεται με τα καταλυτικά κατάλοιπα τωνζευγών βάσεων μεταξύ μιας περιοχής πλούσιας σε πυριμιδίνες (CUCUCU) τουανοδικού εξονίου και μιας αλληλουχίας-οδηγού πλούσιας σε πουρίνες (GGGA GG)μέσα στο ιντρόνιο (Eικόνα 28.36). Το ιντρόνιο φέρνει κοντά τον συμπαράγοντατης γουανοσίνης και τη θέση ματίσματος 5΄ έτσι ώστε η 3΄-υδροξυλικήομάδα (3΄-ΟΗ) του G να μπορεί να προσβάλει πυρηνοφιλικά το άτομο του φωσφόρουστη θέση ματίσματος. Ένα άλλο μέρος του ιντρονίου στη συνέχειακρατά το καθοδικό εξόνιο σε θέση προσβολής από τη νεοσχηματιζόμενη 3΄-ΟΗ ομάδα του ανοδικού εξονίου. Ένας φωσφοδιεστερικός δεσμός σχηματίζεταιμεταξύ των δύο εξονίων και το ιντρόνιο ελευθερώνεται ως γραμμικό μόριο.Όπως και στην κατάλυση από πρωτεϊνικά ένζυμα, η αυτο-κατάλυση τουσχηματισμού ενός δεσμού και η διάσπαση μέσα στο πρόδρομο μόριο rRNAείναι εξαιρετικά εξειδικευμένη.Η ανακάλυψη ενζυμικής δραστικότητας στο αυτο-ματιζόμενο ιντρόνιο καιστη συνιστώσα RNA της RNAσης Ρ έχει ανοίξει νέες περιοχές αναζήτησηςκαι έχει αλλάξει τον τρόπο σκέψης για τη μοριακή εξέλιξη. Η ανακάλυψη ότιτο RNA μπορεί να είναι τόσο καλός καταλύτης όσο και φορέας πληροφοριώνυποδηλώνει ότι θα πρέπει να υπήρξε ένας κόσμος RNA νωρίς κατά την εξέλιξητης ζωής και πριν από την εμφάνιση του DNA και των πρωτεϊνών (Εδάφιο2.2.2).Τα πρόδρομα μόρια του αγγελιαφόρου RNA στα μιτοχόνδρια των ζυμομυκήτωνκαι των μυκήτων υφίστανται επίσης αυτο-μάτισμα, καθώς και ορισμέναπρόδρομα μόρια RNA στους χλωροπλάστες μονοκύτταρων οργανισμών,όπως είναι η Chlamydomonas. Αντιδράσεις αυτο-ματίσματος μπορούν να ταξινομηθούνσύμφωνα με τη φύση της μονάδας που προσβάλλει την ανοδική θέσηματίσματος. Το αυτο-μάτισμα της ομάδας Ι διεκπεραιώνεται από έναν συμπαράγονταγουανοσίνης, όπως στο Tetrahymena. Η προσβάλλουσα ομάδα στοαυτο-μάτισμα της ομάδας ΙΙ είναι η 2΄-ΟΗ ενός ειδικού αδενυλικού του ιντρονίου(Eικόνα 28.37).Οι μηχανισμοί αυτο-ματίσματος των ομάδων Ι και ΙΙ μοιάζουν με το μάτισμαπου καταλύεται από σωμάτια ματίσματος ως προς δύο σημεία. Πρώτον,στο αρχικό βήμα, μια υδροξυλική ομάδα ριβόζης προσβάλλει τη θέση ματίσματος5΄. Το νεοσχηματιζόμενο 3΄-ΟΗ άκρο του ανοδικού εξονίου προσβάλλειτη θέση ματίσματος 3΄ για να σχηματίσει έναν φωσφοδιεστερικό δεσμόμε το καθοδικό εξόνιο. Δεύτερον, και οι δύο αντιδράσεις είναι τρανσεστεροποιήσειςστις οποίες οι φωσφορικές ομάδες σε κάθε θέση ματίσματοςδιατηρούνται στα προϊόντα. Ο αριθμός των φωσφοδιεστερικών δεσμών παραμένεισταθερός. Το μάτισμα της ομάδας ΙΙ μοιάζει με το μάτισμα που καταλύεταιαπό σωμάτιο ματίσματος πρόδρομων μορίων του mRNA κατά μερικούςακόμη τρόπους. Η προσβολή της θέσης ματίσματος 5΄ πραγματοποιείται απόένα μέρος του ίδιου του ιντρονίου (την ομάδα 2΄-ΟΗ της αδενοσίνης) και όχιαπό έναν εξωτερικό παράγοντα (G). Και στις δύο περιπτώσεις το ιντρόνιοελευθερώνεται με τη μορφή δομής βρόχου. Επιπλέον, σε μερικές περιπτώσεις,το ιντρόνιο της ομάδας ΙΙ μεταγράφεται σε κομμάτια τα οποία συναρμολογούνταιμε δεσμούς υδρογόνου για να σχηματίσουν το καταλυτικό ιντρόνιο,με έναν τρόπο ανάλογο με τη συναρμολόγηση των snRNA στο σωμάτιο ματίσματος.Οι ομοιότητες αυτές έχουν οδηγήσει στην υπόθεση ότι το μάτισμα τουmRNA που καταλύεται από το σωμάτιο ματίσματος εξελίχθηκε απόαυτο-μάτισμα καταλυόμενο από το RNA. Το μάτισμα της ομάδας ΙΙ μπορείπολύ καλά να είναι ένα ενδιάμεσο μεταξύ του ματίσματος ομάδας Ι και του ματίσματοςστον πυρήνα των ευκαρυωτικών κυττάρων. Ένα σημαντικό βήμα στημετάβαση αυτή ήταν η μεταφορά καταλυτικής δύναμης από το ίδιο το ιντρόνιο σε