Ribozym

Modell eines Hammerhead-Ribozyms

Ribozyme (von Ribonukleinsäure (RNA) und Enzym) sind katalytisch aktive RNA-Moleküle, die wie Enzyme chemische Reaktionen katalysieren.

Für diese Entdeckung wurden Sidney Altman und Thomas R. Cech 1989 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet, da man bis zu diesem Zeitpunkt angenommen hatte, dass in der Zelle ausschließlich Proteine katalytische Aktivität besitzen. Weitreichende Auswirkungen hat die Entdeckung der Ribozyme vor allem im Bereich der chemischen Evolution, da sie die Hypothese der RNA-Welt stützt.

Ribozyme sind jedoch keine Seltenheit, jede Zelle enthält etliche tausend davon, in etwa ein Dutzend Klassen, die sich strukturell unterscheiden. So katalysiert beispielsweise bei Prokaryoten die 23S-rRNA bzw. bei Eukaryoten die 28S-rRNA der Ribosomen die Knüpfung der Peptidbindung bei der Translation (Peptidyltransferase). Auch die Spliceosomen sind Ribozyme, hier katalysiert das enge Netzwerk der snRNAs das Spleißen. Sowohl im Ribosom als auch im Spliceosom gibt es auch Proteine; diese nehmen aber an der eigentlichen Reaktion nicht teil, sondern sorgen lediglich dafür, dass die RNA die richtige Struktur für die Katalyse einnimmt. Daneben gibt es auch Ribozyme, die völlig ohne Proteine auskommen, wie etwa das Hammerhead-Ribozym, das zum Beispiel einige Viren nutzen, um – anschaulich formuliert – ihre RNA auf die richtige Länge zu schneiden, oder das selbstspleißende-Intron aus Tetrahymena thermophila, für dessen Entdeckung der oben erwähnte Nobelpreis verliehen wurde. Mehrere Klassen von Ribozymen schneiden sich selbst in die endgültig funktionsfähige Form (self-cleaving).

Im Reagenzglas wurde weiterhin eine ganze Reihe von Ribozymen entwickelt (meist per SELEX), die diverse Reaktionen katalysieren. Der Hauptunterschied zwischen Enzymen und Ribozymen liegt dabei in der Reaktionsgeschwindigkeit, nicht aber in der Vielfalt der katalysierten Reaktionen. Besonders interessant ist die Katalyse einer Diels-Alder-Reaktion, da sie in der sehr frühen Phase der Evolution prinzipiell dazu gedient haben könnte, um die Bausteine der RNA zu synthetisieren, sodass sich eine solche RNA selbst hätte replizieren können. Sie würde damit ein wichtiges Zwischenglied zwischen chemischer und biologischer Evolution darstellen.

Literatur

• Sven P. Thoms: Ursprung des Lebens. Fischer, Frankfurt 2005, ISBN 3-596-16128-2
• Jon R. Lorsch, Jack W. Szostak: In vitro evolution of new ribozymes with polynucleotide kinase activity. In: Nature 371, Nr. 6492, 1994, S. 31–36
• Thomas R. Cech, Olke C. Uhlenbeck: Hammerhead nailed down. In: Nature 372, Nr. 6501, 1994, S. 39–40
• B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter: Molekularbiologie der Zelle. 4. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim 2004, ISBN 3-527-30492-4
• Adam Roth, Zasha Weinberg u. a.: A widespread self-cleaving ribozyme class is revealed by bioinformatics. In: Nature Chemical Biology. 10, 2013, S. 56–60, doi:10.1038/nchembio.1386.