Ribozomal RNA’nın Katalitik Rolü

Giriş

Ribozomların protein sentezindeki rolü 1960’larda açıklanmıştır. Bu dönemde ribozomlar, protein ve RNA’dan oluşan partiküller olarak tanımlanmış ve saflaştırılmış alt birimlerden fonksiyonel ribozomların tekrar oluşumu gerçekleştirilmiştir.

Bu yıllarda genellikle peptid bağı oluşumunun (peptidil transferaz reaksiyonu) ribozom yapısındaki rolünü de destekleyecek şekilde rRNA öncülüğünde ribozomal proteinler tarafından katalizlendiği kabul ediliyordu. Ayrıca, 1970’lerde protein sentezinde rRNA’nın doğrudan bir rol oynayacağını destekleyen deliller gelmeye başladı. Örneğin, ribozomal proteinlerden birçoğunun ribozom fonksiyonu için vazgeçilmez olmadığı bulundu. Bunun aksine, rRNA’ nın bazı kısımlarındaki dizilerin evrim boyunca çok korunmuş olduğunun gösterilmesi rRNA molekülünün bu kısımlarının kritik fonksiyonları olduğunu düşündürmektedir.

RNA’nın Katalitik Aktivitesi

1980’lerin başında Sidney Altman’ın RNaz P ve Thomas R. Cech’in ribozim çalışmaları ile kabul edilen bu keşifler, rRNA’nın peptid bağı oluşumunun katalizine doğrudan katıldığı hipotezine de örnek oluşturdu.

Ribozomal RNA’nın Katalitik Rolü — Kimya alanında Nobel Ödülü sahipleri: Sidney Altman ve Thomas R. Cech.

rRNA’nın bu rolünü destekleyen en güçlü kanıt 1992’de Harry Noller ve arkadaşlarının yayınından geldi. Noller ve arkadaşları, rRNA’nın katalitik aktivitesini çalışmak için peptidil transferaz aktivitesini test etmek üzere basit bir model reaksiyon kullandılar. Bu reaksiyon, radyoaktif işaretli N-formil metionilin, bir tRNA fragmanından aminoaçil tRNA’ya benzeyen ve uzamakta olan polipeptid zinciri ile peptid bağı oluşturan bir antibiyotik olan puromisinin amino gurubuna transferini ölçmekteydi. Bu peptidil transferaz model reaksiyonunun avantajı, küçük ribozomal alt birim, diğer protein faktörler ve mRNA gerekmeksizin izole edilmiş 50S ribozomal alt birim ile yapılıyor olmasıdır. Araştırmacılar daha sonra ribozomal proteinleri standart protein izolasyon işlemleri ile uzaklaştırarak 50S alt biriminin peptidil transferaz aktivitesini test ettiler.

Deneylerin önemli bir diğer yönü de ribozomların Thermus aquaticus bakterisinin kullanılmasıdır. Bu bakteri yüksek sıcaklıkta yaşadığından, rRNA’ların yapısının E.Coli RNA’larından daha dayanıklı olduğu düşünüldü. T.aquaticus ribozomlarının peptidil transferaz aktivitesinin fenol, proteazlar ve deterjan gibi güçlü izolasyon işlemlerine tamamen dirençli olması da eleştiriye açık bir sonuçtur. En çarpıcı olanı da ribozomal proteinlerin %90’ını uzaklaştıran izolasyon işlemlerinin tekrarlanmasına rağmen tüm peptidil transferaz aktivitesinin devam etmesidir.

Buna karşılık izole edilmiş veya tüm ribozomların peptidil transferazları çok kısa bile olsa RNaz muamelesine aşırı duyarlıdır. Her ne kadar bu deneyler olası ribozomal protein kalıntısını engellemese de 23S rRNA’nın peptidil transferaz reaksiyonuna doğrudan katkısı olduğuna yönelik güçlü bir destek sağladı. Noller’in deneylerinin sonuçları 2000 yılında Peter Moore, Thomas Steitz ve arkadaşları tarafından 50S ribozomal alt biriminin yüksek çözünürlüklü yapısal analizleri kesin olarak doğrulandı.

Peptidil transferaz reaksiyonunun gerçekleştiği ribozom bölgesi sadece rRNA içerir ve etrafında hiç ribozomal protein bulundurmaz. Bu sonuçlar, RNA’nın bu reaksiyondaki katalitik rolü ile ilgili tüm şüpheleri yok etti ve protein sentezinin temel reaksiyonunun rRNA tarafından katalizlendiğini gösterdi. Ayrıca bulgular, sadece bizim ribozom fonksiyonunu anlamamız üzerine değil aynı zamanda RNA molekülünün daha önceden tanımlanmış katalitik aktivitesi ve evrimin erken dönemlerinde kendini replike eden molekülleri ile dolu bir dünya olduğu hipotezini de çarpıcı bir şekilde desteklemektedir. Bu hipotez, daha önceden RNA moleküllerinin kendi replikasyonları için gerekli reaksiyonu katalizledikleri temeli üzerine kurulmuştur.

RNA’nın, protein sentezinde yer alan reaksiyonları katalizleyebilmesinin keşfi RNA dünyası ile günümüz hücrelerindeki peptid bağı oluşumunda anahtar rol oynaması, RNA’nın hala fonksiyonuna devam etmesi ile genetik bilgi akışı arasında net bir bağ oluşturmaktadır.

Kaynaklar: