但它们的作用有时对生命至关重要
时间:2018-11-06 16:07:05 来源: 作者: 点击:
本文摘要:昨日,微博上一位教师指出,高考全国卷1理综单选题8题出错了! 让我们来看一下这道题:C、D选项不用说是正确的。A选项中果糖是一种单糖,是标准答案,但B选项中酶是一类具有高选择催化性能的蛋白质,按照我们经常接受考试规律来看,相当于说酶是一类蛋白质如

昨日,微博上一位教师指出,高考全国卷1理综单选题8题出错了!

让我们来看一下这道题:C、D选项不用说是正确的。A选项中果糖是一种单糖,是标准答案,但B选项中“酶是一类具有高选择催化性能的蛋白质”,按照我们经常接受考试规律来看,相当于说“酶是一类蛋白质”——如果能找出一种酶不是蛋白质,那么这个表述就是错误的。不幸的是,正确的表述是“绝大多数酶是蛋白质,极少数酶是RNA”。

那么问题来了,这个RNA酶是什么?

RNA酶又被称为核糖酶、核酶,在核酶被发现之前,酶被定义为具有催化作用的蛋白质,是唯一已知的生物催化剂。1967年,由Carl Woese, Francis Crick, and Leslie Orgel率先提出了RNA可以起到催化剂的作用, 1982年发表在《细胞》杂志上的一篇论文中,Kelly Kruger提出了“核酶”这一概念。1989年,Thomas R. Cech and Sidney Altman因“发现RNA的催化性质”而获得了诺贝尔化学奖。

在生物学上有一个牢固的信念,即催化作用是专属于蛋白质的,然而,RNA催化的想法部分是由于关于生命起源的老问题所推动:推动细胞合成的酶所含有的信息是从哪里来的,也就是先有鸡还是先有蛋?“核糖核酸是一种催化剂”的概念规避了这个问题,即RNA本质上可以是鸡和蛋。

20世纪80年代,博尔德科罗拉多大学的Thomas R. Cech研究了嗜热四膜虫核糖体RNA基因内含子的切除。在试图纯化负责剪接反应的酶时,他发现内含子可以在没有添加任何细胞提取物的情况下被剪接出来。尽管他们尽了最大努力,Cech和他的同事仍无法确定与剪接反应相关的任何蛋白质。

经过大量工作,Cech提出RNA内含子序列部分可以断裂和改造磷酸二酯键。大约在同一时间,耶鲁大学教授Sidney Altman正在研究tRNA分子在细胞中的加工方式,他和他的同事分离出一种叫做RNase - P的酶,负责将前体tRNA转化为活性tRNA。令人惊讶的是,他们发现RNase - P除了蛋白质外,还含有RNA,这是活性酶的重要组成部分。这是一个非常陌生的想法,以至于他们很难公布他们的发现。接下来的一年,Altman证明了RNA可以起到催化剂的作用,表明RNase - P RNA亚单位可以在没有任何蛋白质成分的情况下催化前体tRNA切割成活性tRNA。

自从Cech和Altman的发现以来,其他研究人员已经发现了自裂解RNA或催化RNA分子的其他例子。许多核酶要么有发夹状的活性中心,要么有锤头状的活性中心,还有独特的二级结构,使它们能够以特定的序列切割其他RNA分子,现在可以制造特异性切割任何RNA分子的核酶。这些RNA催化剂可能具有药物应用。例如,核酶被设计成切割HIV的RNA。如果这种核酶是由细胞制造的,所有进入的病毒颗粒的RNA基因组将被核酶切割,这将防止感染。

尽管大多数核酶在细胞中非常罕见,但它们的作用有时对生命至关重要。例如,核糖体的功能部分,即把RNA翻译成蛋白质的分子机制,基本上是核酶。RNA也可以作为遗传分子,在过去,细胞使用RNA作为遗传物质和结构及催化分子,而不是像现在这样在DNA和蛋白质之间划分这些功能;这一假说被称为生命起源的“RNA世界假说”。

今天,许多科学家认为核酶是蛋白质进化之前存在的古代世界的残余物。据认为,RNA在蛋白质进化和接管这些催化功能之前,用于催化切割、复制和RNA分子连接等功能,它们可以以更有效和通用的方式发挥作用。

核酶可充当可以定制特定RNA序列的分子,充当生物传感器,并在基因研究和功能基因组学等领域提供有用的工具。一种已被发现的圆形核酶细胞病毒体链,它们可能对植物产生毁灭性的影响。病毒体根据自身的基因组和催化特性复制自己,使它们能够自我分裂,并通过增殖和使用植物自身所需的遗传物质,将片段发送到植物的定居区和危害区。研究人员现在已经在这些病毒体中发现了一个能够自我分裂的位点。这种结构切割非常特异的RNA序列以释放活的RNA子链。现在,已经合成了长度只有19个核苷酸的锤头,作为高度特异的催化剂。类似的核酶也正在制造中,可以用来分解RNA病毒和RNA。

对RNA的这种详细研究让我们建立了关于它们如何实现靶识别的规则,并且基于这些规则,科学家已经设法调整核酶,使得它们靶向并切割通常不会被核酶切割的新RNA分子靶。这就增加了人工核酶作为治疗剂靶向导致HIV等疾病的RNA分子的可能性。

 

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