RNA加工與RNA世界

核酶(ribozyme)

/ RYE-bo-zyme /

幾十年來,生物學教的是一種簡單的分工:DNA儲存信息,蛋白質幹活——尤其是幹酶的活,酶就是加速細胞化學反應的催化劑。RNA不過是夾在中間的信使。核酶打破了這種分工:它是一種RNA分子,本身就充當酶,摺疊成精確的形狀去催化一個化學反應。

區區四種鹼基組成的一條鏈,怎麼能幹酶的活?訣竅和蛋白質用的是同一招:形狀。一條RNA可以摺回到自己身上,把相距很遠的區段配對起來,搭出一個緊湊的三維結構,帶有一個口袋,能抓住目標、把參與反應的基團對齊,往往還要借助一個金屬離子(比如鎂)來幫忙。帶負電的骨架,以及核糖上具有化學活性的2'-OH(這是DNA所沒有的),給了RNA一些DNA不具備的工具。已知的天然核酶能切割RNA、連接RNA,而最重要的是能形成蛋白質的肽鍵。

1980年代初Tom Cech和Sidney Altman發現核酶,贏得了諾貝爾獎,並重塑了整個領域,因為它消除了一個關於生命起源的悖論。如果複製基因需要蛋白質,而製造蛋白質又需要基因,那麼哪個先出現?一種既是信息又是催化劑的分子——RNA——能打破這個僵局。而最深刻的例子就在你體內:那台組裝你每一個蛋白質的核糖體,本身就是一個核酶,它形成肽鍵的中心是由RNA、而非蛋白質構成的。

核糖體的肽醯轉移酶中心——翻譯時把氨基酸縫成鏈的地方——在其活性核心處不含任何蛋白質,而是由核糖體RNA構成。你細胞裡最大、最不可或缺的那個催化劑,是一個核酶。

RNA可以是催化劑——那台組裝蛋白質的核糖體本身就是一個核酶。

核酶是真實的,但有局限:天然的RNA催化劑比蛋白質酶慢得多,化學上的多面性也差得多,人們普遍認為這正是蛋白質後來接管了大多數催化任務的原因。RNA催化是一個了不起的原理性證明,而不是RNA與蛋白質催化能力相當的證據。

又稱
RNA enzymecatalytic RNA核酶催化性RNA