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细胞化学基础--核酶

2022.4.01
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zhaoqisun

致力于为分析测试行业奉献终身

科学家在研究RNA的转录后加工时发现某些RNA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称为核酶。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、发夹状核酶、I型内含子、Ⅱ型内含子、丁型肝炎病毒核酶、核糖核酸酶P、肽基转移酶等。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MRNA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M1RNA。 

(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,M1RNA只剪切RNA前体5′端的额外核苷酸,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+,Mg3+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。


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