Ribozyme

Modell eines Hammerhead-Ribozyms

Ribozyme (von Ribonucleinsäure (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 haben sich vor allem in der Theorie über den Ursprung des Lebens ergeben, sodass man heute eine RNA-Welt vor der biotischen Evolution - wie wir sie heute kennen - annimmt.

Ribozyme sind jedoch keine Seltenheit, jede Zelle enthält etliche tausend davon. So katalysiert beispielsweise die 23S-RNA der Ribosomen die Knüpfung der Peptidbindung bei der Translation. Auch die Spliceosomen sind Ribozyme, hier katalysiert das enge Netzwerk der snRNAs das Splicing. Sowohl im Ribosom als auch im Spliceosom gibt es aber 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 Self-splicing-Intron aus Tetrahymena thermophila, für dessen Entdeckung der oben erwähnte Nobelpreis verliehen wurde.

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 momentan die Katalyse einer Diels-Alder-Reaktion, da sie in der sehr frühen Phase der Evolution prinzipiell dazu gedient haben könnte, um weitere Bausteine für RNAs zu schaffen. Ein großer Schritt also zu einer RNA, die ihre eigenen Bausteine synthetisiert und sich selbst repliziert – ein möglicher Ursprung des Lebens mit einem Übergang von einer chemischen in eine belebte Evolution.

Literatur

• Sven P. Thoms: Ursprung des Lebens. Fischer, Frankfurt 2005, ISBN 3-5961-6128-2
• 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