ไรโบไซม์และอาร์เอ็นเอเร่งปฏิกิริยา

โมเลกุลอาร์เอ็นเอที่ทำหน้าที่เป็นเอนไซม์ — ตั้งแต่อินทรอนที่ตัดต่อตัวเองได้ไปจนถึงไรโบโซม — และความหมายของการมีอยู่ของพวกมันต่อกำเนิดของสิ่งมีชีวิต

Definition

ไรโบไซม์คือโมเลกุลอาร์เอ็นเอที่เร่งปฏิกิริยาชีวเคมีจำเพาะ; อาร์เอ็นเอเร่งปฏิกิริยาเป็นปรากฏการณ์ที่กว้างกว่าของการเร่งปฏิกิริยาโดยอาร์เอ็นเอ ซึ่งตำแหน่งออกฤทธิ์ของอาร์เอ็นเอที่พับตัวแล้ว แทนที่จะเป็นโปรตีน จะเร่งปฏิกิริยา เช่น การตัด, การเชื่อม, หรือการสร้างพันธะเพปไทด์ของอาร์เอ็นเอ

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมปฏิกิริยาที่เร่งด้วยอาร์เอ็นเอและโมเลกุลที่ทำหน้าที่ดังกล่าว: อินทรอนกลุ่ม I และ II ที่ตัดต่อตัวเองได้, องค์ประกอบอาร์เอ็นเอของ RNase P, ไรโบไซม์ขนาดเล็กที่ตัดตัวเองได้, และไรโบโซมซึ่งเป็นตัวอย่างสำคัญของไรโบไซม์ตามธรรมชาติ หัวข้อนี้กล่าวถึงวิธีการที่ตำแหน่งออกฤทธิ์ของอาร์เอ็นเอที่พับตัวแล้วสามารถเร่งปฏิกิริยาได้ และความเกี่ยวข้องของอาร์เอ็นเอเร่งปฏิกิริยากับสมมติฐานโลกของอาร์เอ็นเอ ชีววิทยาทั่วไปของโครงสร้างอาร์เอ็นเอจะกล่าวถึงในหัวข้อที่เกี่ยวข้อง

Core questions

• โมเลกุลอาร์เอ็นเอสามารถเร่งปฏิกิริยาเคมีได้อย่างไร?
• ไรโบไซม์ตามธรรมชาติทำปฏิกิริยาประเภทใดบ้าง?
• เหตุใดไรโบโซมจึงถือเป็นไรโบไซม์?
• อาร์เอ็นเอเร่งปฏิกิริยามีความหมายอย่างไรต่อวิวัฒนาการช่วงแรกของสิ่งมีชีวิต?

Key theories

อาร์เอ็นเอสามารถเป็นเอนไซม์ได้

การสาธิตของ Cech ที่แสดงว่าอินทรอนของ Tetrahymena สามารถตัดตัวเองออกได้โดยไม่ต้องใช้โปรตีน ได้ยืนยันว่าอาร์เอ็นเอสามารถพับตัวเป็นตำแหน่งออกฤทธิ์และเร่งปฏิกิริยาได้ ซึ่งเป็นการล้มล้างข้อสันนิษฐานที่ว่าเอนไซม์ทั้งหมดเป็นโปรตีน

ความหมายของโลกอาร์เอ็นเอ

เนื่องจากอาร์เอ็นเอสามารถทั้งเก็บข้อมูลและเร่งปฏิกิริยาได้ รวมถึงการสร้างพันธะเพปไทด์ในไรโบโซม อาร์เอ็นเอเร่งปฏิกิริยาจึงสนับสนุนสมมติฐานที่ว่าเมแทบอลิซึมที่ใช้อาร์เอ็นเอมาก่อนดีเอ็นเอและเอนไซม์โปรตีน

Mechanisms

ไรโบไซม์จะพับตัวเป็นโครงสร้างตติยภูมิที่แม่นยำ ซึ่งจัดวางหมู่ที่ทำปฏิกิริยาและมักจะประสานงานกับไอออนโลหะเพื่อทำให้สถานะเปลี่ยนผ่านเสถียรขึ้น คล้ายกับที่เอนไซม์โปรตีนทำ อินทรอนที่ตัดต่อตัวเองได้จะเร่งการตัดออกของตัวเองผ่านปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน; หน่วยย่อยอาร์เอ็นเอของ RNase P จะตัดอาร์เอ็นเอถ่ายโอนตั้งต้น; ไรโบไซม์ขนาดเล็กที่ตัดตัวเองได้จะตัดโครงสร้างหลักของตัวเอง; และอาร์เอ็นเอของไรโบโซมจะเร่งการสร้างพันธะเพปไทด์ ในแต่ละกรณี พลังในการเร่งปฏิกิริยาจะอยู่ที่อาร์เอ็นเอที่พับตัวแล้วเอง ซึ่งบางครั้งได้รับความช่วยเหลือจากโปรตีนที่เกี่ยวข้อง

Clinical relevance

ไรโบไซม์ที่ได้รับการดัดแปลงและลักษณะไรโบไซม์ของไรโบโซมเป็นข้อมูลสำคัญสำหรับเครื่องมือวิจัยที่มุ่งเป้าไปที่อาร์เอ็นเอและการออกฤทธิ์ของยาปฏิชีวนะ; ข้อมูลนี้เสนอเพื่อแสดงความสำคัญ ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

History

รายงานของ Cech ในปี 1982 เกี่ยวกับอาร์เอ็นเอที่ตัดต่อตัวเองได้ และงานคู่ขนานของ Altman เกี่ยวกับอาร์เอ็นเอเร่งปฏิกิริยาของ RNase P ได้สร้างความเข้าใจเกี่ยวกับอาร์เอ็นเอเร่งปฏิกิริยา ซึ่งได้รับการยอมรับจากรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 1989; งานโครงสร้างในภายหลังที่แสดงให้เห็นว่าไรโบโซมเป็นไรโบไซม์ได้ตอกย้ำความสำคัญในการเร่งปฏิกิริยาของอาร์เอ็นเอ

Key figures

• Thomas Cech
• Sidney Altman
• Harry Noller

Seminal works

• kruger1982
• watson2013

Frequently asked questions

ไรโบไซม์คืออะไร?

โมเลกุลอาร์เอ็นเอที่ทำหน้าที่เป็นเอนไซม์ โดยใช้โครงสร้างที่พับตัวเพื่อเร่งปฏิกิริยาเคมี เช่น การตัดหรือการเชื่อมต่ออาร์เอ็นเอ

เหตุใดอาร์เอ็นเอเร่งปฏิกิริยาจึงมีความสำคัญต่อกำเนิดของสิ่งมีชีวิต?

มันแสดงให้เห็นว่าโมเลกุลชนิดหนึ่งสามารถทั้งเก็บข้อมูลและเร่งปฏิกิริยาได้ ทำให้ชีวิตที่ใช้อาร์เอ็นเอเป็นพื้นฐานในช่วงแรกมีความเป็นไปได้ ก่อนที่จะมีดีเอ็นเอและโปรตีน