化学本质为RNA的酶有哪些?有是DNA的酶吗?

绝大多数的酶化学本质为蛋白质 , 少数是RNA , 称为核酶 。
【核酶的发现】
1982年 , ThomasCech等发现 , 四膜虫26SrRNA前体具有自我剪接功能 。 1986年 , 他们证实其内含子L-19IVS具有催化功能 。 对于这种具有催化活性的RNA , ThomasCech实验室讨论创造出了一个新词“ribozyme” , 源于ribonucleicacid(RNA)和enzyme(酶)两个词语 , 现正式译为“核酶”[1] 。
1983年,SidneyAltman发现核糖核酸酶P由蛋白质和RNA构成,并证实RNA是活性酶的重要组成部分 。 两人共同获得1989年诺贝尔化学奖 。
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迄今为止共计发现核酶16种 , 主要存在于细菌和噬菌体中 , 目前绝大多数核酶的生理功能仍不太清楚,研究较为清楚的主要是肽酰转移酶、RNaseP以及第Ⅰ类和第Ⅱ类内含子核酶[1] 。
【几类研究较为清楚的核酶】
1.肽酰转移酶
在原核生物蛋白质合成的过程中 , 催化肽键形成的酶被称为肽酰转移酶 。 原来一直认为核糖体大亚基的一个或多个蛋白质具有肽酰转
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2.核糖核酸酶Р
核糖核酸酶Р(RNaseP)是由核糖核酸(RNA)和蛋白质两者构成的核糖核蛋白,是一类催化tRNA5’端成熟的加工酶 , 其酶活性位于组分RNA中 , 而蛋白质组分起辅助或支持作用[2] 。
3.第Ⅰ类和第Ⅱ类内含子核酶
前体mRNA需要经过内含子剪除 , 外显子连接才能形成成熟RNA 。 有些类型的内含子能够发生分子内自我催化剪切 , 属于自剪切核酶 。 如低等真核生物的rRNA(如四膜虫前体rRNA)、线粒体基因、叶绿体基因的内含子[4] 。
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I型内含子的自我剪接过程
【核酶VS核糖核蛋白复合物】
核酶不一定只由RNA组成 , 比如前面提到的核糖核酸酶Р , 其中的RNA需要与蛋白质组成复合体才能发挥功能;而含有RNA组分的酶不一定属于核酶 , 判断是否核酶的关键是:酶的催化作用是否由RNA完成 , 即其活性中心是否位于RNA[1] 。
比如 , 真核生物特有的端粒酶由RNA和蛋白质组成 , 其蛋白质部分包括端粒酶逆转录酶等多种蛋白质 。 在端粒酶的组分中 , 仅蛋白质成分具有逆转录酶活性 , 而RNA成分并没有酶活性 , 仅在端粒合成过程中作为模板发挥作用 。 因此 , 端粒酶虽然包含RNA组分 , 但并不属于核酶 , 而是核糖核蛋白复合物[1] 。
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【核酶研究的意义】
1.生命的起源:核酶的发现对于探索生命起源具有重要启发 。 科学家认为,在生命进化早期,可能存在一个独领风骚的“RNA世界” 。 RNA不仅充当遗传物质,而且具有催化功能 。 随着生命的不断演化,RNA的这两个功能分别赋予DNA和蛋白质 。 而如今发现的保留催化活性的RNA堪称这种进化过程的“活化石”[1] 。
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RNA世界假说
2.基因治疗:大多数核酶具有剪切信使RNA的功能 , 可以利用它们调节基因表达,从而作为基因治疗的新手段[2] 。
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【是否存在以DNA为化学本质的酶?】
酶的化学本质可以是蛋白质 , 可以是RNA , 那可以是DNA吗?
1994年 , Breaker和Joyce通过体外筛选技术获得一种在Pb2+存在条件下具有切割RNA活性的DNA分子 , 称之为脱氧核酶 。 但到目前为止,脱氧核酶都为人工合成 , 尚未发现天然存在的脱氧核酶[1] 。
参考文献
[1]卜友泉.酶和核酶的词源学研究及现实意义[J].中国生物化学与分子生物学报,2020,36(04):475-480.
[2]周耕民,刁勇,李三暑.核酶的发现及其在基因治疗中的应用[J].华侨大学学报(自然科学版),2017,38(04):509-514.
[3]祁国荣,曹功杰.论核糖核酸酶P[J].中国生物化学与分子生物学报,1986,2(04):1-8.
[4]郑用琏主编;罗杰 , 胡南副主编.基础分子生物学第3版[M].北京:高等教育出版社.2018.
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