绝大部分酶都是由蛋白质构成的,但凡事总有例外。
科学家在研究RNA的转录后加工时发现某些RNA具有催化活性,可以催化RNA的剪接,这些由活细胞合成、起催化作用的RNA被称为核酶(ribozyme)。许多核酶的底物也是RNA,甚至就是其自身,其催化反应也具有专一性。
已经阐明的天然核酶有锤头状核酶(hammerhead ribozyme)、发夹状核酶(hairpin ribozyme)、Ⅰ型内含子(groupⅠintron)、Ⅱ型内含子(groupⅡintron)、丁型肝炎病毒核酶(HDV ribozyme)、核糖核酸酶P(RNase P)、肽基转移酶(peptidyl transferase,即23S rRNA)等。
如何评价核酶的理论意义与实际意义,如何看待核酶与传统意义上的酶在代谢中的地位,都有待进一步研究。
1.核酶发现 核酶最早由Cech和Altman(1989年诺贝尔化学奖获得者)发现。1967年,Woese、Crick与Orgel等基于RNA二级结构的复杂程度提出其可能有催化活性;1982年,Cech在研究四膜虫(T.thermophila)rRNA前体剪接时发现其内含子有自我剪接活性;1983年,Altman在研究细菌tRNA前体时发现核糖核酸酶P中的M1 RNA参与tRNA前体转录后加工;1982年,Kruger等建议将有催化活性的RNA命名为“ribozyme(核酶)”。
2.核酶特点 到目前为止发现的各种核酶有以下特点。
(1)核酶的化学本质为RNA或RNA片段。有些核糖核蛋白也有催化作用,但活性中心位于其蛋白质成分上,并不属于核酶,例如端粒酶。然而,如果核糖核蛋白的RNA含活性中心,则该RNA组分就是核酶,例如核糖核酸酶P分子中的M1 RNA。
(2)核酶的底物种类比较少,大多数是自身RNA或其他RNA分子,并因此分为自体催化、异体催化两种类型。此外还有其他底物,例如肽基转移酶的底物是氨酰tRNA和肽酰tRNA。
(3)核酶的催化效率比酶低得多。
(4)核酶也具有专一性。例如,M1 RNA只剪切tRNA前体5′端的额外核苷酸(extranucleotides),不剪切其3′端的额外核苷酸及其他序列。
(5)核酶所催化的反应都是不可逆的。
(6)核酶催化反应时需要Mg2+,Mg2+既维持核酶的活性构象,又参与催化反应。
(7)多数核酶在细胞内含量极低。
3.核酶意义 ①核酶的发现和研究使我们对RNA的生理功能有了进一步的认识,即它既是遗传信息的载体,又是生物催化剂,兼有DNA和蛋白质两类生物大分子的功能。②核酶的发现动摇了所有生物催化剂都是蛋白质的传统观念。③核酶的发现对于了解生命进化过程具有重要意义,RNA或许是最早出现的生物大分子。
4.核酶应用 ①基因治疗;②特定RNA降解;③生物传感器;④功能基因组学;⑤基因发现。
进入21世纪以来,RNA组学成为分子生物学研究热点之一,其研究对象就是核酶这种非编码RNA (ncRNA)。它们广泛存在于原核细胞和真核细胞中。
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