Ribozyme und katalytische RNA

RNA-Moleküle, die als Enzyme wirken – von selbstspleißenden Introns bis zum Ribosom – und was ihre Existenz für den Ursprung des Lebens impliziert.

Definition

Ribozyme sind RNA-Moleküle, die spezifische biochemische Reaktionen katalysieren; katalytische RNA ist das breitere Phänomen der RNA-basierten Katalyse, bei der ein gefaltetes RNA-aktives Zentrum anstelle eines Proteins eine Reaktion wie RNA-Spaltung, Ligation oder Peptidbindungsbildung beschleunigt.

Scope

Dieses Thema behandelt RNA-katalysierte Reaktionen und die Moleküle, die sie ausführen: selbstspleißende Introns der Gruppe I und II, die RNA-Komponente der RNase P, kleine selbstspaltende Ribozyme und das Ribosom als Paradebeispiel eines natürlichen Ribozyms. Es wird erörtert, wie gefaltete RNA-aktive Zentren die Katalyse erreichen und welche Bedeutung katalytische RNA für die RNA-Welt-Hypothese hat. Die allgemeine Biologie der RNA-Struktur wird in einem Begleitthema behandelt.

Core questions

• Wie kann ein RNA-Molekül eine chemische Reaktion katalysieren?
• Welche Arten von Reaktionen führen natürliche Ribozyme aus?
• Warum wird das Ribosom als Ribozym betrachtet?
• Was impliziert katalytische RNA für die frühe Evolution des Lebens?

Key theories

RNA kann ein Enzym sein

Cechs Demonstration, dass ein Tetrahymena-Intron sich selbst ohne Protein herausschneidet, etablierte, dass RNA sich zu einem aktiven Zentrum falten und eine Reaktion katalysieren kann, was die Annahme, dass alle Enzyme Proteine sind, umstieß.

Implikation für die RNA-Welt

Da RNA sowohl Informationen speichern als auch Reaktionen katalysieren kann, einschließlich der Peptidbindungsbildung im Ribosom, unterstützt katalytische RNA die Hypothese, dass ein RNA-basierter Stoffwechsel den DNA- und Proteinenzymen vorausging.

Mechanisms

Ein Ribozym faltet sich zu einer präzisen Tertiärstruktur, die reaktive Gruppen positioniert und oft Metallionen koordiniert, um Übergangszustände zu stabilisieren, ähnlich wie ein Proteinenzym. Selbstspleißende Introns katalysieren ihre eigene Exzision durch Transesterifizierungsreaktionen; die RNA-Untereinheit der RNase P spaltet Vorläufer-Transfer-RNAs; kleine selbstspaltende Ribozyme durchtrennen ihr eigenes Rückgrat; und die RNA des Ribosoms katalysiert die Peptidbindungsbildung. In jedem Fall liegt die katalytische Kraft in der gefalteten RNA selbst, manchmal unterstützt durch assoziierte Proteine.

Clinical relevance

Entwickelte Ribozyme und die Ribozym-Natur des Ribosoms beeinflussen RNA-gezielte Forschungswerkzeuge und die Antibiotikawirkung; dies wird als Bedeutung und nicht als klinische Leitlinie angeboten.

History

Cechs Bericht von 1982 über selbstspleißende RNA und Altmans parallele Arbeit an der katalytischen RNA der RNase P etablierten die katalytische RNA, was 1989 mit dem Nobelpreis für Chemie gewürdigt wurde; spätere Strukturarbeiten, die zeigten, dass das Ribosom ein Ribozym ist, zementierten die katalytische Bedeutung der RNA.

Key figures

• Thomas Cech
• Sidney Altman
• Harry Noller

Seminal works

• kruger1982
• watson2013

Frequently asked questions

Was ist ein Ribozym?

Ein RNA-Molekül, das als Enzym wirkt und seine gefaltete Struktur nutzt, um eine chemische Reaktion wie das Schneiden oder Verbinden von RNA zu katalysieren.

Warum ist katalytische RNA für den Ursprung des Lebens wichtig?

Sie zeigt, dass eine Art von Molekül sowohl Informationen tragen als auch Reaktionen katalysieren kann, was ein frühes RNA-basiertes Leben plausibel macht, bevor DNA und Proteine existierten.