RNA催化
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RNA催化指的是某些RNA分子具有催化特定生化反應的能力。這類具有酶功能的RNA分子被稱為核酶（ribozymes）。這一發現顛覆了早期認為只有蛋白質才能作為生物催化劑的傳統觀念，揭示了RNA在生命活動中除了訊息傳遞之外的重要功能。
發現歷史
[編輯]西德尼·奧爾特曼在研究核糖核酸酶P（RNase P）時發現，該酶的RNA亞基在特定條件下具有催化活性，能夠剪切tRNA前體的5'端引導序列。這項工作首次證明了RNA分子可以擁有酶的功能。[1]
托馬斯·切赫在研究四膜蟲（Tetrahymena thermophila）的核糖體RNA時，發現一個特定的RNA內含子能夠自我剪接，即在沒有蛋白質參與的情況下，RNA分子自身能夠催化自身的剪切和連接反應。這一發現進一步證實了RNA的催化能力。[2]
主要的RNA催化劑
[編輯]除了RNase P和自剪接內含子外，還發現了許多其他的核酶，它們在細胞的各種生命過程中發揮著重要作用：
核糖體RNA（rRNA）：核糖體是細胞內合成蛋白質的分子機器，主要由rRNA和蛋白質組成。研究表明，核糖體催化肽鍵形成的核心活性（肽基轉移酶活性）主要由rRNA負責，特別是23S rRNA（在細菌中）和28S rRNA（在真核生物中）。[3]
錘頭狀核酶（Hammerhead ribozyme）：這是一類較小的核酶，廣泛存在於植物病毒和類病毒中。它們能夠自我催化RNA鏈的斷裂。錘頭狀核酶因其獨特的二級結構而得名，並且被廣泛用於研究RNA的結構和功能。[4]
肝炎病毒δ型核酶（Hepatitis delta virus ribozyme）：這種核酶存在於人類肝炎病毒δ型的RNA基因組中，參與病毒RNA的複製過程，能夠自我催化RNA的剪切和連接。[5]
還存在其他多種核酶，例如髮夾狀核酶（Hairpin ribozyme）、HDV樣核酶等，它們在不同的生物過程中發揮著特定的催化作用。[6]
RNA催化的機制
[編輯]RNA催化的機制與蛋白質酶有相似之處，都依賴於活性位點的特定三維結構來結合底物並加速化學反應。核酶通過以下方式實現催化：
底物結合：核酶的活性位點通過鹼基配對、堆積以及氫鍵等相互作用與底物RNA結合，形成一個精確的複合物。
過渡態穩定：核酶能夠穩定反應的過渡態，降低反應的活化能，從而顯著提高反應速率。
輔助因子：一些核酶需要金屬離子（如鎂離子）等輔助因子來協助催化過程，這些離子可以參與底物的定位、穩定RNA結構或直接參與催化反應。[7]
RNA世界假說
[編輯]RNA催化的發現為「RNA世界假說」提供了強有力的證據。該假說認為，在生命起源的早期階段，RNA可能同時扮演了遺傳信息的載體和催化劑的角色。RNA既能像DNA一樣存儲遺傳信息，又能像蛋白質酶一樣催化化學反應，這使得早期生命有可能在沒有DNA和蛋白質的情況下出現和進化。RNA催化的存在表明，RNA分子本身就具備構建複雜生命系統所需的關鍵功能。[8]
參見
[編輯]參考文獻
[編輯]- ^ Guerrier-Takada C, Gardiner K, Marsh T, Pace N, Altman S. The RNA moiety of ribonuclease P is the catalytic subunit of the enzyme. Cell. 1983, 35 (3 Pt 2): 849–57. PMID 6197186. doi:10.1016/0092-8674(83)90556-2.
- ^ Cech TR, Zaug AJ, Grabowski PJ. In vitro splicing of the ribosomal RNA precursor of Tetrahymena: involvement of a guanosine nucleotide in the excision of the intervening sequence. Cell. 1982, 31 (1): 147–53. PMID 6295689. doi:10.1016/0092-8674(82)90446-7.
- ^ Nissen P, Hansen J, Ban N, Moore PB, Steitz TA. The structural basis of ribosome activity in peptide bond synthesis. Science. 2000, 289 (5481): 920–30. PMID 10937989. doi:10.1126/science.289.5481.920.
- ^ Forster AC, Symons RH. Self-cleavage of plus and minus RNAs of a virusoid associated with avocado sunblotch disease. Cell. 1987, 49 (2): 211–20. PMID 3030388. doi:10.1016/0092-8674(87)80033-4.
- ^ Sharmeen L, Kuo MY, Dinter-Gottlieb G, Taylor J. Antigenomic RNA of human hepatitis delta virus can undergo self-cleavage. Journal of Virology. 1988, 62 (8): 2674–9. PMC 253391
. PMID 3393818.
- ^ Known Ribozymes. News-Medical.net. 2023-07-20 [2025-04-12].
- ^ Lilley DM. Mechanisms of catalytic RNA molecules. Mol. Biol. Evol. 1985, 2 (6): 455–68. PMID 2835576. doi:10.1093/oxfordjournals.molbev.a040337.
- ^ What is the RNA World Hypothesis?. News-Medical.net. 2023-07-24 [2025-04-12].
外部連結
[編輯]Sidney Altman – Nobel Lecture. NobelPrize.org. [2025-04-12]. Thomas R. Cech – Nobel Lecture. NobelPrize.org. [2025-04-12].
