Ribozyme và RNA xúc tác

Các phân tử RNA hoạt động như enzyme — từ intron tự cắt nối đến ribosome — và ý nghĩa sự tồn tại của chúng đối với nguồn gốc sự sống.

Definition

Ribozyme là các phân tử RNA xúc tác các phản ứng sinh hóa đặc hiệu; RNA xúc tác là hiện tượng rộng hơn của quá trình xúc tác dựa trên RNA, trong đó một vị trí hoạt động của RNA gấp khúc, thay vì một protein, tăng tốc một phản ứng như cắt, nối RNA hoặc hình thành liên kết peptide.

Scope

Chủ đề này bao gồm các phản ứng được xúc tác bởi RNA và các phân tử thực hiện chúng: intron nhóm I và II tự cắt nối, thành phần RNA của RNase P, các ribozyme tự cắt nhỏ, và ribosome như một ví dụ điển hình về ribozyme tự nhiên. Nó đề cập đến cách các vị trí hoạt động của RNA gấp khúc đạt được khả năng xúc tác và mối liên hệ của RNA xúc tác với giả thuyết thế giới RNA. Sinh học tổng quát về cấu trúc RNA được đề cập trong một chủ đề đi kèm.

Core questions

• Làm thế nào một phân tử RNA có thể xúc tác một phản ứng hóa học?
• Các loại phản ứng nào mà ribozyme tự nhiên thực hiện?
• Tại sao ribosome được coi là một ribozyme?
• RNA xúc tác có ý nghĩa gì đối với sự tiến hóa ban đầu của sự sống?

Key theories

RNA có thể là một enzyme

Chứng minh của Cech rằng một intron Tetrahymena tự cắt bỏ mà không cần protein đã xác lập rằng RNA có thể gấp khúc thành một vị trí hoạt động và xúc tác một phản ứng, bác bỏ giả định rằng tất cả các enzyme đều là protein.

Ý nghĩa của thế giới RNA

Vì RNA có thể vừa lưu trữ thông tin vừa xúc tác các phản ứng, bao gồm cả sự hình thành liên kết peptide trong ribosome, RNA xúc tác hỗ trợ giả thuyết rằng một quá trình trao đổi chất dựa trên RNA đã có trước DNA và các enzyme protein.

Mechanisms

Một ribozyme gấp khúc thành một cấu trúc bậc ba chính xác giúp định vị các nhóm phản ứng và thường phối hợp các ion kim loại để ổn định trạng thái chuyển tiếp, tương tự như cách một enzyme protein hoạt động. Các intron tự cắt nối xúc tác quá trình cắt bỏ chính chúng thông qua các phản ứng chuyển este; tiểu đơn vị RNA của RNase P cắt các RNA vận chuyển tiền chất; các ribozyme tự cắt nhỏ tự cắt mạch xương sống của chúng; và RNA của ribosome xúc tác sự hình thành liên kết peptide. Trong mỗi trường hợp, khả năng xúc tác nằm ở chính RNA gấp khúc, đôi khi được hỗ trợ bởi các protein liên kết.

Clinical relevance

Các ribozyme được thiết kế và bản chất ribozyme của ribosome cung cấp thông tin cho các công cụ nghiên cứu nhắm mục tiêu RNA và hoạt động kháng sinh; được đưa ra như một ý nghĩa, không phải hướng dẫn lâm sàng.

History

Báo cáo của Cech năm 1982 về RNA tự cắt nối và công trình song song của Altman về RNA xúc tác của RNase P đã thiết lập RNA xúc tác, được công nhận bởi Giải Nobel Hóa học năm 1989; công trình cấu trúc sau này cho thấy ribosome là một ribozyme đã củng cố tầm quan trọng xúc tác của RNA.

Key figures

• Thomas Cech
• Sidney Altman
• Harry Noller

Seminal works

• kruger1982
• watson2013

Frequently asked questions

Ribozyme là gì?

Một phân tử RNA hoạt động như một enzyme, sử dụng cấu trúc gấp khúc của nó để xúc tác một phản ứng hóa học như cắt hoặc nối RNA.

Tại sao RNA xúc tác lại quan trọng đối với nguồn gốc sự sống?

Nó cho thấy rằng một loại phân tử có thể vừa mang thông tin vừa xúc tác các phản ứng, làm cho một dạng sống ban đầu dựa trên RNA trở nên khả thi trước khi DNA và protein tồn tại.