Ribozyme

Définition

En biologie, un ribozyme est une enzyme, une abréviation de acide ribonucléique et enzymes, ce sont des ARN qui possèdent la propriété de catalyser une réaction chimique spécifique. Les ribozymes sont des ARN à activité catalytique. Les substrats de ribozymes sont souvent de l'ARN.

Trois types de ribozymes :

La diversité des structures de ribozymes montre, de gauche à droite : un ribozyme complet, un ribozyme en tête de marteau, un ribozyme en épingle à cheveux.

Explications

L'activité des ribozymes combine la transestérification et l'hydrolyse d'une liaison phosphodiester. De nombreux ribozymes naturels catalysent l'hydrolyse de l'une de leurs propres liaisons phosphodiester (ribozymes autocatalytiques) ou de liaisons avec d'autres ARN. Des ribozymes ont été décrits dans des virus, chez des procaryotes et chez des eucaryotes, ainsi que chez des archées.

🚩 La principale différence entre les enzymes et les ribozymes réside dans la vitesse de réaction, mais pas dans la variété des réactions catalysées.

Voir aussi un aptamère.

Découverte

En 1982, Thomas Cech et Sidney Altman ont décrit, pour la première fois, de manière indépendante, l'existence de molécules d'ARN dotées d'une capacité catalytique, qui excluaient le dogme voulant que toutes les enzymes soient des protéines.

D'un côté, à l'Université du Colorado, Thomas Cech et ses collègues ont observé, tout en étudiant le traitement de l'ARN dans le protozoaire cilié thermophile de Tetrahymena thermophila, que l'épissage d'un intron du précurseur de l'acide ribonucléique ribosomal (pré-ARN) était autocatalytique, c'est-à-dire que l'ARN était clivé par lui-même, sans l'intervention d'un catalyseur protéique.

Parallèlement, à l'Université de Yale, Sidney Altman et ses collègues ont étudié les propriétés de la ribonucléase P, une enzyme trouvée dans tous les organismes et responsable de la maturation de l'ARN de transfert (ARNt). Cette enzyme, qui coupe les précurseurs d'ARNt et libère les ARNt matures, consiste en une sous-unité protéique et une chaîne d'ARN. Altman et ses collègues ont observé qu'en séparant ces composants, la sous-unité ARN pourrait catalyser l'hydrolyse du précurseur de l'ARNt en l'absence de la sous-unité protéique.

En 1989, Altman et Cech ont reçu le prix Nobel de chimie pour la découverte des propriétés catalytiques de l'ARN.

✅ La découverte de ribozymes, en particulier dans le domaine de l'évolution chimique, a des effets considérables, car elle conforte l'hypothèse du monde des ARN.

Caractéristiques

Les ribozymes sont des molécules d'ARN capables d'agir comme catalyseurs, c'est-à-dire d'accélérer des réactions chimiques spécifiques. Comme les enzymes protéiques, elles ont un centre actif qui se lie spécifiquement à un substrat et facilite sa transformation en un produit. Les ribozymes sont moins polyvalents que les enzymes protéiques.

les ribozymes ne sont pas rares, chaque cellule en contient plusieurs milliers, soit environ une douzaine de classes structurellement différentes. Par exemple, dans le cas des procaryotes, l'ARNr 23S ou, dans le cas des eucaryotes, l'ARNr 28S des ribosomes catalyse la formation de la liaison peptidique lors de la traduction (peptidyle transférase). Les splicéosomes sont aussi des ribozymes, où le réseau étroit d'ARNsn catalyse l'épissage. Il existe également des protéines dans le ribosome et le splicéosome; Cependant, ceux-ci ne participent pas à la réaction réelle, mais assurent seulement que l'ARN prend la bonne structure pour la catalyse. En outre, il existe également des ribozymes totalement dépourvus de protéines, tels que le ribozyme à tête de marteau, qui utilise par exemple certains virus pour couper leur ARN à la longueur voulue, ou l'intron auto- épissant de Tetrahymena thermophila, par exemple. dont la découverte a reçu le prix Nobel susmentionné. Plusieurs classes de ribozymes se coupent dans la forme fonctionnelle finale (auto-clivage).

Exemples

De nombreux ribozymes sont des introns avec une capacité de traitement automatique, c'est-à-dire qu'ils sont capables de s'auto-éliminer en joignant les deux exons adjacents. Dans ce processus, les introns forment une sorte de lien entre eux. Les introns auto-traitants sont uniques en ce sens qu'ils n'agissent normalement qu'une seule fois et que leur activité est détruite. Ils ne répondent donc pas à toutes les exigences qui définissent un catalyseur.

Il existe des ribozymes impliqués dans diverses et importantes réactions cellulaires; ils se démarquent parmi eux par le traitement ou la maturation de l'ARN et la synthèse de protéines (l'un des composants de l'ARNr du ribosome qui catalyse la réaction de transpeptidation ou l'union des acides aminés).

Ribozymes et l'origine de la vie

Les ribozymes peuvent éclairer l'origine de la vie; selon l'hypothèse du monde des ARN, les molécules précurseurs de la vie étaient des molécules d'ARN, ou des molécules similaires, ayant la capacité de se reproduire de manière autonome; ces réplications hypothétiques d'ARN auraient évolué pour créer la cellule.

Utilité des ribozymes

La découverte des ribozymes a conduit à une révolution de la biologie moléculaire avec de profondes implications fonctionnelles et évolutives. Il est possible de modifier ces molécules, elles constituent donc un outil biotechnologique puissant pour dégrader des ARN spécifiques (silençage du gène). Les ribozymes, en agissant comme des "ciseaux moléculaires", permettront facilement la manipulation de l'ARN. Par exemple, il pourrait être protégé contre les virus, les bactéries ou les champignons pathogènes en éliminant spécifiquement son ARN. La possibilité d'utiliser des ribozymes contre le virus VIH, les virus herpétiques et le virus de la mosaïque du tabac (TMV, virus à ARN) est à l'étude.

En rapport avec "ribozyme"

• allozyme

  

  Une allozyme est une variante allélique d'une enzyme codée par des gènes de structure. Les enzymes sont des protéines constituées d'acides aminés, dont...

• isozyme

  

  Une isozyme, ou isoenzyme, est une enzyme chargée électriquement. Les isozymes, des formes multiples d'enzymes, sont des enzymes qui diffèrent par la séquence...

• lysozyme

  

  Un lysozyme est une enzyme capable d'hydrolyser la paroi cellulaire d'une bactérie. Le lysozyme est la pierre angulaire de l'immunité innée.

• splicéosome

  

  Un splicéosome est un énorme complexe ribonucléoprotéique formé des petites particules nucléaires ribonucléoprotéiques (snRNP) trouvés dans les noyaux...