ヘアピンリボザイム
天然のヘアピンリボザイムにおいては、2つのドメインの結合は金属イオン(Mgなど)の結合と、2つの付加的なヘリカルドメインの存在との組み合わせによって補助される。これらの付加的ドメインはミニマルリボザイムには存在しないが、適切な三次元的フォールディングを促進する機能がある。これらのドメインはヘリックス2とヘリックス3にスタッキングし、four-way helical junctionと呼ばれる構造を形成することで2つの機能的ドメインの結合を促進する。
ヘアピンリボザイムの構造と活性は広範囲にわたる相補的な実験手法によって研究がなされており、ヌクレオチドの置換、官能基の置換、コンビナトリアルセレクション(combinatorial selection)、蛍光分光法(英語版)、架橋、NMR、X線結晶構造解析といった手法が用いられている。オリゴヌクレオチド合成(英語版)による断片の自己集合によって機能的な複合体を形成することができるため、天然のRNAには存在しないさまざまな種類の修飾ヌクレオチドを取り込むことが可能であり、研究は促進された。こうした実験の結果、ヘアピンリボザイムがどのように基質を結合し、特定の三次元構造へフォールディングし、反応を触媒し、反応産物を放出するか、といった触媒サイクルの非常に正確な像が得られた。
他のいくつかのリボザイムやタンパク質性リボヌクレアーゼと同様、ヘアピンリボザイムの切断反応は末端が2',3'-環状リン酸と5'-ヒドロキシル基となったRNA断片を作り出す。ライゲーション反応は単に切断の逆反応であるようであり、末端が2',3'-環状リン酸と5'-ヒドロキシル基のRNA断片が共有結合によって連結されて通常の3'-5'ホスホジエステル結合が形成される。
複数のリボザイムでの反応の研究により、一部のタンパク質性酵素やリボザイムとは異なり、触媒機構はRNA分子自身の作用によるものであり、金属イオンによって媒介されるものではないことが解明されている。切断活性はMg[Co(NH3)6]で置換された場合でも観察される。溶液中ではCoはNH3と非常に強固に結合しているためNH3は解離することがなく、そのためプロトン化されることはない。このことは、金属によって触媒されるプロトン転移やRNAへの直接的な配位は存在せず、フォールディングのみに金属が必要であることを示唆している。さらに、リボザイム-阻害剤の複合体や遷移状態を模倣した状態の結晶構造からは、立体構造上A-1とG+1は離され、A-1の2'-OHは切断されるリン酸結合に対して一直線に求核攻撃を行えるよう配置されていることが示されている。さらに、G8、A38、A9は、A-1の2'-OHの脱プロトン化、リン酸の五配位型酸素の負電荷形成の安定化、G+1の5'-O離脱基のプロトン化によって触媒に関与していることが示唆されている。