Все ли ферменты белки?

До конца 1980-х все ферменты* считались белками и часто определялись как белковые катализаторы, часто в учебниках, которые часто не являются идеальным представлением науки. На тот момент каждый известный макромолекулярный биологический катализатор был белком, поэтому они думали, что все макромолекулярные катализаторы являются белками. Но открытие рибозимов (цепей РНК, действующих как катализаторы) изменило ситуацию. Открытие того, что функциональные компоненты одного из наиболее известных ферментов, рибосом, состоят из РНК, а не белка, также сыграло свою роль.

Ферменты NOW обычно определяются как макромолекулярные биологические катализаторы и включают рибозимы. Но в более старых работах или устаревших учебниках ферменты по-прежнему будут называться только белками, а в новых работах — нет. Не впадайте в уныние. Сначала меня учили тому же, и это сохранялось в течение нескольких лет в колледже. Частично это связано с тем, что каждый последующий шаг в образовании имеет тенденцию отставать и/или упрощаться в научных знаниях. Производители учебников не слишком озабочены плохими формулировками или устаревшими определениями и редко пишутся учеными.

* в своей объектной форме первоначально и в течение довольно долгого времени фермент относился к процессу, а не к ответственному агенту, поскольку агент был неизвестен.

Это зависит от того, как вы определяете «фермент». Викисловарь говорит, что фермент это:

Глобулярный белок, катализирующий биологическую химическую реакцию.

Википедия говорит :

Ферменты являются макромолекулярными биологическими катализаторами.

Таким образом, первое определение исключает все, кроме белков, а второе также допускает другие большие биологические молекулы, которые катализируют реакции.

Важным основным значением является значение биомолекулы, которая катализирует реакцию, и ограничение только белками несколько произвольно. В течение десятилетий ожидалось, что ферменты (биокатализаторы) будут белками, потому что все те, которые были открыты, на самом деле были белками. Следовательно, старое определение включало «белок» как часть определения.

После того, как было обнаружено, что некоторые молекулы РНК также обладают ферментативным действием (открытие, удостоенное Нобелевской премии в 1989 г. ), многие использовали расширенное определение «фермента», поскольку ферментативное действие РНК имеет важное значение. Когда конкретно упоминаются РНК-катализаторы, обычно используется термин «рибозим».

К настоящему времени обнаружено довольно много рибозимов. Важным и хорошо известным является рРНК , которая образует ядро ​​рибосомы и обеспечивает каталитические сайты, необходимые для трансляции мРНК в белок. Другой рибозим — рибонуклеаза Р. Каталитические интроны группы I представляют собой тип интрона, который действует как рибозим, чье действие заключается в сплайсинге из РНК-транскрипта гена, чтобы могла образоваться зрелая мРНК.

Отказ от ответственности

Я проголосовал за то, чтобы закрыть этот вопрос, так как меня осенило, что, назвав на плакате волшебное слово «рибозим», он мог легко убедиться для себя, что ответ на вопрос в его заголовке был «Нет». Однако, поскольку на этот вопрос были получены ответы, которые я считаю неверными или вводящими в заблуждение, я даю свой собственный ответ, чтобы внести ясность.

История и терминология

Хотя я не обязательно считаю записи в Википедии авторитетными, научные даты не вызывают особых споров, поэтому я отсылаю читателя к статьям о ферментах и ​​белках для следующего:

• Говорят, что первым открытым ферментом была диастаза в 1833 году, хотя оппозиция Пастера идее метаболической активности вне живых существ задержала признание этого. Слово «энзим» было придумано в 1877 году от греческого слова, означающего «в дрожжах». Каталитическая активность ферментов брожения интенсивно изучалась в конце 19-го и начале 20-го века, кульминацией чего стала Нобелевская премия по химии Бюхнера в 1907 году.
• Хотя белки были признаны в 18 веке и названы Берцелиусом в 1838 году, их химический состав как полипептидов не был установлен до 1902 года, и только в 1926 году Самнер установил, что уреаза является белком.

Следовательно, слово фермент и понятие его активности было введено задолго до того, как была установлена ​​химическая природа большинства ферментов как белков, и поэтому плакат правильно не включает белок в определение фермента. Также правильно говорить о более позднем открытии ферментов, представляющих собой скорее РНК, чем белки, несмотря на то, что последние опровергли общее мнение, существовавшее более полувека. Действительно, РНК-ферменты обозначаются особым названием — рибозимами — подобно тому, как большинство представителей рода Cygnus именуются лебедями, а Cygnus atratus обычно именуются черными лебедями.

РНК-ферменты (рибозимы)

Прекрасным примером РНК-фермента может быть тот, который естественно активен в отсутствие белка и проявляет каталитическую активность в отношении определенного субстрата . По состоянию на 2002 год, когда тему рассматривал Томас Чех , получивший вместе с Сиднеем Альтманом Нобелевскую премию по химии за открытие первого рибозима в 1962 году, таких природных примеров не было.

• Тип каталитической РНК, открытый Чехом, — саморасщепляющиеся интроны Tetrahymena полностью свободны от белка, но действуют на пре-мРНК, которая их содержит.
• Каталитическая РНК другого типа, примером которой является рибонуклеаза-Р, открытая Альтманом, активна в отношении отличного от нее субстрата — тРНК-предшественника, которая содержит как белок, так и РНК. Однако если белок удалить из РНКазы-P в соответствующих условиях, РНК-компонент сохраняет каталитическую активность.

Несмотря на эти ограничения — и тот факт, что единственные катализируемые реакции — это расщепление и лигирование РНК — я бы привел их в качестве явных примеров РНК-ферментов, если бы я был профессором, которому плакат адресовал свой вопрос. Рибосомная РНК, вероятно, обладает каталитической активностью, но, как я объясню ниже, она менее выражена.

«Мир РНК» и РНК-катализ других типов реакций

Одним из результатов открытия каталитической РНК в начале 60-х годов стало то, что она воплотила в жизнь идею, решившую некоторые проблемы ранней эволюции биохимических процессов — особенно взаимозависимость белка и нуклеиновой кислоты. Это был «Мир РНК», в котором РНК служила как генетическим материалом (до появления ДНК), так и ферментами для проведения биохимических реакций, включая синтез белка. Однако единственными реакциями, катализируемыми современными ферментами РНК, которые были охарактеризованы, были расщепление или лигирование самой РНК.

Можно утверждать, что другие каталитические реакции были взяты на себя белками, когда они появились, поскольку они были более эффективными и т. Д., Однако оставался вопрос, может ли РНК катализировать такие реакции. Одним из шагов в этом направлении был искусственный отбор олигорибонуклеотидов (аптамеров) на основе их способности связывать определенные небольшие молекулы. Также были сообщения о том, что малая синтетическая РНК может катализировать аминоацилирование AMP-активированной тРНК для phe.

Пептидилтрансферазная активность рРНК

Именно в контексте того, что я написал выше, следует рассматривать возможную каталитическую активность рРНК.

• Задействована реакция пептидилтрансферазы (ниже). Других примеров катализирующих РНК реакций, кроме гидролиза и лигирования РНК, не существует.
• Последствия для гипотезы «мира РНК» (которая не является общепризнанной) таковы, что — хотя я лично поддерживаю ее (и читал о ней лекции студентам в отношении рибосом) — нужно быть очень осторожным, чтобы не допустить, чтобы она затуманилась. свое научное суждение.

Доказательства пептидилтрансферазной (РТ) активности большой рибосомной РНК (23S рРНК у E.coli , 28S рРНК у H.sapiens ) следующие:

• Неоднократные попытки связать определенные рибосомные белки с активностью PT не увенчались успехом, и многие отдельные рибосомные белки могли быть удалены из рибосом E. coli без отмены активности PT.
• Аффинные метки субстратов реакции ФТ имеют тенденцию метить РНК, а не белок.
• РТ-центр локализован в трехмерной структуре 23S рРНК путем кристаллизации с аналогом интермедиата реакции. Рядом с ним нет белков.

Это убедительно доказывает, что РТ-активность рибосомы связана с 23S рРНК, но не может рассматриваться как строгое доказательство. Неудивительно, что не было показано, что безбелковая РНК или ее фрагмент способны катализировать PT-реакцию между небольшими аналогами субстрата, которые можно использовать для этого.

Я сам считаю, что рибосома — это рибозим, хотя это мало что стоит, но я бы никогда не привел рибосому в качестве примера рибозима, когда существуют гораздо лучшие варианты.