Рибозимы и каталитическая РНК

Молекулы РНК, действующие как ферменты — от самосплайсирующихся интронов до рибосомы — и что их существование подразумевает для происхождения жизни.

Definition

Рибозимы — это молекулы РНК, которые катализируют специфические биохимические реакции; каталитическая РНК — это более широкое явление катализа на основе РНК, при котором свернутый активный центр РНК, а не белок, ускоряет реакцию, такую как расщепление РНК, лигирование или образование пептидной связи.

Scope

Эта тема охватывает РНК-катализируемые реакции и молекулы, которые их осуществляют: самосплайсирующиеся интроны групп I и II, РНК-компонент РНКазы P, малые саморасщепляющиеся рибозимы и рибосома как основной пример природного рибозима. В ней рассматривается, как свернутые активные центры РНК достигают катализа, и значение каталитической РНК для гипотезы мира РНК. Общая биология структуры РНК рассматривается в сопутствующей теме.

Core questions

• Как молекула РНК может катализировать химическую реакцию?
• Какие реакции осуществляют природные рибозимы?
• Почему рибосома считается рибозимом?
• Что каталитическая РНК подразумевает для ранней эволюции жизни?

Key theories

РНК может быть ферментом

Демонстрация Чеха того, что интрон Tetrahymena вырезает себя без участия белка, установила, что РНК может сворачиваться в активный центр и катализировать реакцию, опровергнув предположение, что все ферменты являются белками.

Значение для мира РНК

Поскольку РНК может как хранить информацию, так и катализировать реакции, включая образование пептидной связи в рибосоме, каталитическая РНК подтверждает гипотезу о том, что метаболизм на основе РНК предшествовал ДНК и белковым ферментам.

Mechanisms

Рибозим сворачивается в точную третичную структуру, которая располагает реакционноспособные группы и часто координирует ионы металлов для стабилизации переходных состояний, подобно тому, как это делает белковый фермент. Самосплайсирующиеся интроны катализируют свое собственное вырезание посредством реакций переэтерификации; РНК-субъединица РНКазы P расщепляет предшественники транспортных РНК; малые саморасщепляющиеся рибозимы разрывают свой собственный остов; а РНК рибосомы катализирует образование пептидной связи. В каждом случае каталитическая сила заключена в самой свернутой РНК, иногда при участии ассоциированных белков.

Clinical relevance

Сконструированные рибозимы и рибозимная природа рибосомы лежат в основе исследовательских инструментов, нацеленных на РНК, и действия антибиотиков; представлено как значимость, а не как клиническое руководство.

History

Отчет Чеха 1982 года о самосплайсирующейся РНК и параллельная работа Альтмана по каталитической РНК РНКазы P установили существование каталитической РНК, что было отмечено Нобелевской премией по химии 1989 года; более поздние структурные работы, показавшие, что рибосома является рибозимом, закрепили каталитическую важность РНК.

Key figures

• Thomas Cech
• Sidney Altman
• Harry Noller

Seminal works

• kruger1982
• watson2013

Frequently asked questions

Что такое рибозим?

Молекула РНК, которая действует как фермент, используя свою свернутую структуру для катализа химической реакции, такой как разрезание или соединение РНК.

Почему каталитическая РНК важна для происхождения жизни?

Она показывает, что один вид молекул может как хранить информацию, так и катализировать реакции, делая раннюю жизнь на основе РНК правдоподобной до появления ДНК и белков.