核酶和催化RNA

作为酶的RNA分子——从自剪接内含子到核糖体——以及它们的存在对生命起源的意义。

Definition

核酶是催化特定生化反应的RNA分子；催化RNA是基于RNA催化的更广泛现象，其中折叠的RNA活性位点（而非蛋白质）加速了诸如RNA裂解、连接或肽键形成等反应。

Scope

本主题涵盖RNA催化反应及其执行分子：自剪接I类和II类内含子、RNase P的RNA组分、小型自裂解核酶，以及作为天然核酶主要例子的核糖体。它探讨了折叠的RNA活性位点如何实现催化作用，以及催化RNA对RNA世界假说的影响。RNA结构的一般生物学内容在相关主题中介绍。

Core questions

• RNA分子如何催化化学反应？
• 天然核酶能进行哪些类型的反应？
• 为什么核糖体被认为是核酶？
• 催化RNA对生命早期进化有何启示？

Key theories

RNA可以是酶

Cech证明四膜虫内含子无需蛋白质即可自行切除，这确立了RNA可以折叠成活性位点并催化反应，推翻了所有酶都是蛋白质的假设。

RNA世界假说

由于RNA既能储存信息又能催化反应，包括核糖体中的肽键形成，因此催化RNA支持了RNA代谢先于DNA和蛋白质酶存在的假说。

Mechanisms

核酶折叠成精确的三级结构，定位反应基团并通常协调金属离子以稳定过渡态，这与蛋白质酶的作用非常相似。自剪接内含子通过转酯化反应催化自身的切除；RNase P的RNA亚基裂解前体转移RNA；小型自裂解核酶切断自身的骨架；核糖体的RNA催化肽键形成。在每种情况下，催化能力都存在于折叠的RNA本身中，有时由相关蛋白质辅助。

Clinical relevance

工程化核酶和核糖体的核酶性质为RNA靶向研究工具和抗生素作用提供了信息；此处仅为意义阐述，不作为临床指导。

History

Cech于1982年报道的自剪接RNA和Altman同期关于RNase P催化RNA的研究确立了催化RNA的存在，并因此获得了1989年诺贝尔化学奖；后来显示核糖体是核酶的结构研究巩固了RNA的催化重要性。

Key figures

• Thomas Cech
• Sidney Altman
• Harry Noller

Seminal works

• kruger1982
• watson2013

Frequently asked questions

什么是核酶？

一种作为酶的RNA分子，利用其折叠结构催化化学反应，例如切割或连接RNA。

催化RNA对生命起源为何重要？

它表明一种分子既可以携带信息又可以催化反应，使得在DNA和蛋白质出现之前，基于RNA的早期生命成为可能。