核酶 从酶的角度看生命起源
第七讲核酶
核酶的发现被认为是近十多年生化领域内最令人鼓舞的发
现之一。为此Cech和Altman共同获得了1989年度诺贝尔化 学奖。
The Mi RNA in ribonuclease P is catalytic The intron in the pre-rRNA of Tetrahemena is self-spliced
剪接机制 L-19IVS在体外的多种酶活性 核酶是一种金属依赖酶 结构与功能的关系
Ⅰ类内含子的剪接机制
I型内含子核酶所催化的典型反应是包括两步磷酸酯键转移反应的
RNA剪接反应．在这个反应中需要镁离子、外源鸟苷或其磷酸化衍 生物(GMP、GDP、GTP)．
首先，一个外源鸟苷的3羟基攻击5 ’剪接位点的磷原子，并与内
氨基酸就可以形成1个蛋白质酶的三维结构，
而且其活性中心具有很强的刚性。
而由4种核苷酸组成的核酶则不具有蛋白质酶
的这些特性。科学研究表明：核酶需要较大的
结构才能提供较稳定的活性中心，从而有效地
提高反应速度；而小的核酶结构只勉强可以满
足催化反应的需要。最小的天然核酶---锺头
核酶的基本结构也不少于30个核苷酸。
锤头核酶 发夹核酶 剪切型核酶 丁型肝炎病毒（HDV)核酶 RNaseP Ⅰ类内含子 剪接型核酶 II类内含子
根据催化反应
二、剪接型核酶
剪接型核酶的作用机制是通过既剪有接的方
式除去内含子（Intron).
剪接型核酶分类
1、I类内含子
2、II类内含子
1.I类内含子的自我剪接(Self-splicing)
(二）核酶与蛋白质酶的比较
1. 核酶与蛋白质酶在结构上的比较 蛋白质是由20多种不同的氨基酸组成的多肽 聚合物，而核酶是由4种核苷酸组成的聚合 物，因此蛋白质的一级结构要比核酶复杂的 多。
核酶
4、核酶抗肝炎病毒的研究 目前人们已进行了核酶抗甲型肝炎病毒（HAV)、乙型 肝炎病毒（ HBV）、丙型肝炎病毒（ HCV）以及HDV作 用的研究
5、抗人类免疫缺陷病毒Ⅰ型（HIV-Ⅰ)核酶 1998年，美国加利福尼亚大学Wong-Staal等利用 发夹核酶抑制HIV-Ⅰ基因表达，并在Ⅰ期临床实验中受到 良好效果。
蓝（N.
Lan）等对镰形细胞贫血突变的β珠蛋白
mRNA（βS RNA）进行了修复 。
4 核酶技术在化妆品方面应用
随着反义核酶技术的发展和成熟，已逐渐应用于抗某些人体寄生虫病 的研究。 采用反义技术开发新的生物医学美容产品，使生物医学美容从生理上 完成人体的延缓衰老、抗皱、去痘、美白与健康， 已经成为高科技化妆品研究的一个热点
化学本质是RNA； 底物：RNA、肽键、ā-葡聚糖分支酶 反应特异性(专一性），依据碱基配对； 催化效率低 是一种金属依赖酶
三、核酶（ribozyme）的分类
锤头核酶 发夹核酶 剪切型核酶 丁型肝炎病毒（HDV)核酶
根据催化反应 剪接型核酶
RNaseP I内含子
II内含子
2.剪切型核酶
2 白血病是造血系统的恶性肿 瘤,目前尚缺少有效的治疗方法 。核酶的发现，尤其是锤头状 核酶，为白血病的基因治疗带 来了新的希望。
核酶的应用
3 抗肿瘤治疗
核酶是天然的具有催化能力的RNA分 子，能特异性地催化RNA剪接。 针 对某些病原或肿瘤的基因设计特异性 核酶，并将其导入细胞以阻断或降低 这些基因在细胞内的表达，最终可达 到抑制病原增殖、肿瘤扩散的目的。
3、抗生素对活性的影响：大多数为抑制效应；
若贝尔奖介绍---核酶
1983年，奥尔特曼博士通过实验显示了使前体tRNA变成成熟 体tRNA的酶——核糖核酸酶P的活性是混在RNA中的，蛋白质 部分没有这种活性 • 因此，在两个人的实验结果下人们不得不相信RNA具有酶活性， 因此1989年他们两个共同获得诺贝尔奖
•
核酶的具体作用： 1. 核苷酸转移作用。 2. 水解反应，即磷酸二 酯酶作用。 3. 磷酸转移反应，类似 磷酸转移酶作用。 4. 脱磷酸作用，即酸性 磷酸酶作用。 5. RNA内切反应，即RNA 限制性内切酶作用。
引用切赫的一句话；“如果你是一个不为常识所 束缚的人，那么，你有可能获诺贝尔奖。”意思 就是无论做什么事情都要有自己的见解，要学会 独立思考问题，敢于坚持自己的观点，但不要盲 目，一定要是具有怀疑精神。
•
•
•
生于： 1939 年 ，加拿大蒙特 利尔 教育背景： 科罗拉多大学博尔 德分校， 哥伦比亚大学， 麻 省理工学院 所获奖项： 诺贝尔化学奖
1926 年美国化学家 Sumner 从刀豆中提取 出了脲酶并将其结晶, 证明了它具有蛋白 质的特性。1930 年到1936 年 Northrop 和 Kunitz 先后得到了胃蛋白酶、 胰蛋白酶 和胰凝乳蛋白酶的结晶, 并证实它们均属 于蛋白质, 从此, 酶的本质是蛋白质成为生 命科学的共识。为此 Sumner 和 Northrop 1949 年共同获得诺贝尔化学奖
主讲人：唐亚楠
Байду номын сангаас
诺贝尔获得者简介
什么是核酶？
核酶的发现
核酶的作用
核酶的影响
一 ；托马斯· 罗伯特· 切赫(Thomas Robert Cech) 二 ；西德尼· 奥尔特曼(Sidney Altman)
第八章_核酶pdf(DOC)
第八章核酶从人类认识到酶的存在开始到20世纪80年代初，人们一直认为酶的化学本质是蛋白质，这一概念根深蒂固，近似乎成为定论。
然而美国科罗拉多大学博尔分校的Thomas Cech和耶鲁大学的Sidney Altman各自独立发现具有生物催化功能的RNA却从根本上改变了人们的这一认识观念。
1981年Cech等发现四膜虫的核糖体前体RNA可以在没有蛋白质存在的情况下自身催化切除内含子，完成加工过程。
具体事件:1981年Thomas Cech等在研究rRNA前体加工成熟时就发现四膜虫的26rRNA 前体中含有插入序列（IVS），在rRNA前体成熟过程中，IVS通过剪接反应被除去，并证实这一剪接反应不需要任何蛋白质的参与，是四膜虫的基因内区自行拼接的。
1981年,耶鲁大学的Sidney Altman等在从事RNaseP的研究中也发现了这一现象，RNaseP是细菌和高等生物细胞里都有的一种tRNA加工酶，它能在特定的位点上切开tRNA前体。
1983年，就在Thomas Cech等发现RNA能自行拼接后的两年后，Sidney Altman等就证明：在较高的Mg2+浓度下，RNaseP中的RNA（M1RNA）就单独具有催化tRNA前体成熟的功能，而其蛋白质组分却不具备此种催化功能。
根据当时催化剂不仅能加快反应速率，而且在反应前后催化剂本身不发生改变的准确定义，在Thomas Cech等发现四膜虫26SrRNA前体IVS的自身拼接后，科学家们还排斥它作为生物催化剂的资格，认为那是一种自体催化反应，拼接后的成熟rRNA与前体不同，尚不能被看成是严格意义上的催化剂。
Sidney Altman等的发现就从实验上消除了这一异议，原因是RNaseP所催化的反应是一种异体分子间的反应，而该反应正是在RNA的催化下完成的。
此后，1984年R. Lewin在Science 发表的题为“First True RNA Catalyst Found”的报道标志着RNA催化剂的正式诞生。
核酶的发现与应用
核酶的发现与应用一、核酶的发现1968年Francis Crick在他的论文“基因密码的起源”一文中提到“可能第一个酶是具有复制能力的RNA”时，没有人予以注意。
20年后，在1987年第52届冷泉港定量生物学国际讨论会上Alan Weiner做会议总结时又重复了20年前Francis Crick的话，会议注意力已集中到最近发现的具有酶活性的RNA分子上。
1981年，Cech发现四膜虫rRNA的前体在没有蛋白质的情况下能专一地催化寡聚核苷酸底物的切割与连接，具有分子内催化的活性。
1983年，Altman等发现大肠杆菌RNaseP的蛋白质部分除去后，在体外高浓度镁离子存在下，与留下的RNA部分(M1 RNA)具有与全酶相同的催化活性。
1986年，Cech又证实rRNA前体的内含子能催化分子间反应。
核酶的发现对于所有酶都是蛋白质的传统观念提出了挑战。
1989年，核酶的发现者T.Cech和S.Ahman被授予诺贝尔化学奖。
二、核酶的应用（一）应用于生命起源的研究体内选择技术的应用已经找到了一些催化基本生化反应（如RNA 剪切、连接、合成以及肽键合成等）的核酶，这些结果支持了在蛋白质产生以前核酶可能参与催化最初的新陈代谢的设想。
（二）在医学领域中的应用1、通过识别特定位点而抑制目标基因的表达，抑制效率高，专一性强。
2、免疫源性低，很少引起免疫反应。
3、针对锤头核酶而言，催化结构域小，既可作为转基因表达产物，也可以直接以人工合成的寡核苷酸形式在体内转运。
4、用于RNA的修复，核酶、反义核酸和小分子RNA（snRNA）是RNA修复的常用工具。
核酶是天然的具有催化能力的RNA分子，能特异性地催化RNA剪接。
经过基因工程改造的核酶，可以位点特异性地切割任意给定的RNA分子。
5、核酶抗肝炎病毒的研究：目前人们已进行了核酶抗甲型肝炎病毒（HAV)、乙型肝炎病毒（ HBV）、丙型肝炎病毒（ HCV）以及HDV作用的研究。
农学硕士联考化学-10
农学硕士联考化学-10(总分：100.00，做题时间：90分钟)一、{{B}}名词解释{{/B}}(总题数：6，分数：6.00)1.酶活性中心（分数：1.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(酶活性中心是指酶分子上结合底物并进行催化反应的特定区域，是由同一条多肽链或不同多肽链上的几个重要氨基酸残基相互靠近形成的。
酶活性中心一般有两个功能部位，一个是底物结合部位，决定了酶的专一性；另一个是催化部位，决定了酶的催化效率。
对于结合蛋白类的酶，辅基、辅酶是其活性中心的重要组成部分。
酶活性中心往往位于酶分子表面的裂缝(或凹穴)中，是一个三维实体，占酶整个分子很小的一部分，有一定柔性。
)解析：2.核酶(ribozyme)（分数：1.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(化学本质是核酸、但有酶作用特点的一类生物分子被称为核酶。
除了自我剪接、自我剪切功能，近些年还发现有的核酶可以催化氨酰酯的水解，有的作为肽基转移酶催化肽链的合成，有的还能够以DNA、葡聚糖作为催化底物。
)解析：3.同工酶（分数：1.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(能催化相同的生化反应，但分子结构、理化性质和免疫性能等方面存在显著差异的一组酶被称为同工酶。
它们分布在同一种属或同一个体的不同组织中，也可存在于同一细胞的不同细胞器中。
同工酶是由两个或两个以上不同或相同的亚基缔合而成的，具有四级结构，单个亚基没有活性。
核酶的意义和应用
蓝（N.
Lan）等对镰形细胞贫血突变的β珠蛋白
mRNA（βS RNA）进行了修复 。
3.促进美容、化妆品行业的发展
明确了与美容相关的功能基因后，利用特异性核酶 对功能基因进行正向或负向调控，使皮肤细胞达到 健康平衡的良好生理水平，达到综合美容ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ果。从 而使肌肤呈现健康状态，摆脱传统产品利用化学物 质的腐蚀遮盖或物理摩擦作用，对人体皮肤造成的 外部侵蚀和剥离伤害。
1981年，Cech发现四膜虫rRNA的前体
在没有蛋白质的情况下能专一地催化寡聚 核苷酸底物的切割与连接，具有分子内催 化的活性。
1983年美国S.Altman等研究RNaseP
（由20%蛋白质和80%的RNA组成），发
现RNaseP中的RNA可催化E. coli tRNA 的前体加工。 四膜虫
2.对科学家们普遍感兴趣的生命的起源这一问题 有了新的认识，对生物前化学有重要贡献。
长期以来，人们普遍认为信息分子和功能分子是分 离的。核酸是信息分子，而蛋白质是功能分子。 核酸性酶的发现给人们以启示，即RNA分子不但有
复制的功能，含有复制的信息，而且还有催化的功
能。因此既是信息分子，又是功能分子。这些新的
1989年，Cech和Altman各自独立地发现了RNA的催化活性， 并命名这一类酶为核酶，2人共同获1989年诺贝尔化学奖。
核酶是具有催化功能的RNA分子。
T. Cech 切赫
S.Altman阿尔特曼
核酶发现的意义
1.它突破了“酶是蛋白质”的传统概念。
现代的酶定义：酶由生物体内活细胞产生的、具 有催化功能的生物大分子。
概念无疑将对生物前化学的研究开辟新的思路。
生物化学核酶的名词解释
生物化学核酶的名词解释生物化学核酶（Biochemical Nucleases），是一类在生物体内起到降解核酸（DNA和RNA）的作用的酶。
核酶广泛存在于细菌、真核生物和病毒等生物体中，扮演着重要的生理功能。
它们能够切断并降解DNA和RNA，在细胞分裂、DNA修复和生物体免疫应答等过程中发挥着重要的调节角色。
一、核酸降解过程核酸分子是生物体内重要的遗传物质，对于维持细胞正常运行和生物体的发育和功能至关重要。
而核酸分子会被误造成错误的形式或者发生因自然老化而产生的破损，这时核酸降解的作用就显得尤为重要了。
在细胞中，核酸降解包括内源性的抗体DNA修复系统和外源性核酸降解酶两个主要过程。
内源性的抗体DNA修复系统包括核苷酸切割和拼接酶，它们能够修复被氧化、甲基化及紫外线辐射等造成的DNA破损。
而外源性核酸降解酶主要由核酸酶、核酸内切酶及3' -5' 外切核酸酶等组成，它们负责分解外源性DNA或RNA分子，从而起到维持生物体基因稳定、抗病毒和抗外源性DNA或RNA侵入等重要功能。
二、核酶的分类核酶可根据其结构、底物特异性和降解方式进行分类。
1. 根据结构分为核酸酶I和核酸酶III两类。
核酸酶I是内切核酸酶和外切核酸酶的共同成分，它能够以不特异性地方式降解DNA和RNA分子。
而核酸酶III则是一类特异性降解RNA的酶，在真核生物的RNA免疫响应中起到重要作用。
2. 根据底物特异性，核酶可分为DNA酶和RNA酶。
DNA酶主要降解DNA分子，包括DNA核酸酶和外源性的DNA酶。
而RNA酶则主要降解RNA分子，包括RNA核酸酶及外源性的RNA酶。
3. 根据降解方式，核酶可分为内切核酸酶和外切核酸酶。
内切核酸酶通过切割DNA链的内部磷酸二酸酯键来分解DNA或RNA分子。
而外切核酸酶则从核酸链的末端开始切割，以降解核酸分子。
三、核酶的研究意义生物化学核酶的研究对于理解生物体的遗传变异、毒性物质清除和基因表达调控等诸多生物过程具有重要意义。
5第五章核酶
(2).多功能R-酶 1986年，切克等人发现四膜虫26SRNA前体通过自我剪接作用， 切下的间隔序列(IVS)经过自身环化作用，最后得到一个在其 5′-末端失去19个核苷酸的线状RNA分子，称为L-19IVS。它是 一种R-酶，能够催化其它RNA分子进行下列多种类型的反应： 剪切反应: 2CpCpCpCp=CpCpCpCpCp+CpCpCp 末端剪切反应: CpCpCpCp=CpCpCp+Cp 限制性内切作用: -CpCpCpCpNp-=-pCpCpCpC+Np-转磷酸作用: CpCpCpCp+UpCpU=CpCpCpC+UpCpUp 去磷酸作用: CpCpCpCpCp= CpCpCpCpC+Pi 2.作用于DNA的R-酶 3.作用于多糖的R-酶 4.作用于氨基酸脂的R-酶
G-p-A以2Байду номын сангаас5'-二 磷酸酯键链接 形成套环结构
CpU 外显子 U Nn N 3' A A G G U A G U A AA U C C
5'
外显子 U 3'OH U 外显子 U U 外显子
套环状IVS
C 3'
5'
3'
成熟的RNA
三、分子间催化R-酶
分子间催化R-酶是催化其他分子进行反应的核酸类酶。根据所作用的底 物分子的不同，可以分为若干亚类。
5' CH2
G O
新5'-羟基
O 3' OH
Me2+
H A位点
O
O－ Me2+ B位点
Me2+=Mn2+,Mg2+ 以Mn2+替代Mg2+活性提高
核酶名词解释
核酶名词解释核酶（RNA酶）是一类能够催化核酸分子的降解、合成以及修复等生物学反应的酶类。
核酶可以将核酸分子加水分解为较小的核苷酸单元，也可以通过连接核苷酸单元形成新的核酸链。
核酶在细胞内起到重要的调控作用，参与基因表达、RNA修饰、病毒拟拟的以及其他生物过程。
核酶按其功能可分为多个亚类，其中一些重要的亚类包括：1.核外酶（exoribonucleases）：核外酶能够将多核苷酸链的末端加水分解，从而将核酸降解为较短的片段。
这些酶在细胞碎裂或凋亡等过程中起到关键作用，并参与RNA质己检测和降解等关键生物过程。
2.核内酶（endoribonucleases）：核内酶参与核酸修复、RNA间断修复以及基因表达调控等生物过程。
这些酶能够识别和催化单链核酸或双链核酸的切割，从而产生特定的RNA片段或修复RNA分子。
3.转录酶（transcriptases）：转录酶是一类能够合成RNA链的核酶。
在转录过程中，转录酶能够识别DNA模板链的碱基序列，并通过与适应性互补的核苷酸单元进行配对和连接，合成与DNA模板链相互互补的RNA链。
4.修饰酶（Modifier enzymes）：修饰酶是一类催化RNA修饰反应的核酶。
RNA修饰包括核碱基的化学修饰、RNA链的修饰以及RNA结构的调节等。
修饰酶可以对RNA分子上的特定碱基进行化学修饰，从而调节RNA的功能、稳定性以及相互作用等。
核酶不仅在生物体内起到重要的生理调控作用，还被广泛应用于分子生物学、生物技术以及医学等领域。
通过研究和应用核酶，科学家们可以更好地理解细胞内的基因调控机制、RNA 修饰以及疾病的发生机制，并开发出针对核酸分子的药物和诊断方法。
从酶对人类的影响看程玉华对“酶工程”的贡献
从酶对人类的影响看程玉华对“酶工程”的贡献酶，是指由生物体内活细胞产生的一种生物催化剂，它能在机体中十分温和的条件下，高效率地催化各种生物化学反应，促进生物体的新陈代谢。
人体内至少有4000多种酶，生命活动中的消化、吸收、呼吸、运动和生殖都是酶促进反应的过程。
酶能让反应速度提高100万—1000亿倍，如果没有酶，一口馒头可能要消化一年时间。
可以说没有酶就没有代谢，没有代谢就没有生命。
程玉华教授在1992年《生物工程进展》第04期发表了“酶在化学合成中的应用”。
其中详细说明了酶工程应用及作用。
如今，酶在多个领域应用尤甚，诸如医疗保健领域，重组DNA技术促进了各种有医疗价值的酶的大规模生产。
用于临床的各类酶品种逐渐增加。
酶除了用作常规治疗外，还可作为医学工程的某些组成部分而发挥医疗作用。
又如环境保护领域，酶与酶技术与环境保护的关系十分密切，例如在产品加工过程中用酶来替代化学品可以降低生产活动中的污染水平，有利于实现工艺过程生态化或无废生产，真正实现清洁生产的目标；酶作为生物催化剂，只对产品内容起作用，大大减少了生产过程中可能产生的污染，利于环境的保护；酶的反应条件温和，专一性强，催化效率高等自身的特点，决定了对污染物处理和环境监测具有高效、快速、可靠的优点等等，因此，酶工程技术在环境治理领域具有广阔的前景。
再如能源开发和污染物处理等领域，在全世界开发新型能源的大趋势下，利用微生物或酶工程技术从生物体中生产燃料也是人们正在探寻的一条新路。
如利用植物、农作物、林业产物废物中的纤维素、半纤维素、木质素、淀粉等原料，制造氢、甲烷等气体燃料以及乙醇和甲醇等液体燃料等等。
……其实，在今天，酶对人类的影响以及对人类生命的重要性，已然被很多人所熟知。
细想而来，处处所在。
而它背后宏大工程的聚力者、推动者，则更值得人们表赞。
在我国，每每说起酶时，就就不得不提程玉华教授，正如说起杂交水稻就不得不提袁隆平教授、说起两弹一星就不得不提钱学森一样。
核酶
一、核酶的概念
二、核酶的种类
三、影响核酶活性的因素
四、核酶的应用
五、核酶面临的问题
I
剪接机制L-19IVS
U pA G pU
5'
3'
5'外显子
3'外显子
内含子
pG-OH
pGpA
G pU
3'
U 5'
OH
第一次转酯反应
第二次转酯反应
U 5'
pU
3'
pGpA
GOH 5'3'
+GpN
引导序列
保守序列
G结合位点
剪接部位
Ⅱ型
剪接机制
互相配对。
：高度保守，
5 ’3’
金属离子的作用
1
2
3
二价金属离子参
1989
发夹核酶催化机制
环。
5‘3‘
环剪切部位
剪切部位
剪切位点。
1
2 3 4 5
五、核酶面临的问题
1、核酶催化切割反应的可逆性问题
2、提高催化效率
3、寻找合适载体将核酶高效、特异地导入靶细胞
4、使核酶在细胞内有调控地高效表达
5、增强核酶在细胞内的稳定性
6、对宿主的损伤问题有待进一步考察。
《酶的作用和本质》 讲义
《酶的作用和本质》讲义一、引言在我们生活的这个丰富多彩的世界里，从微小的细胞到庞大的生态系统，无数的化学反应在不断地发生着。
而在这众多的化学反应中，酶扮演着至关重要的角色。
酶就像是一位神奇的“魔法师”，能够加速化学反应的进行，使生命活动得以顺利进行。
那么，酶到底有怎样的作用？它的本质又是什么呢？接下来，让我们一起走进酶的奇妙世界。
二、酶的定义酶（Enzyme）是由活细胞产生的、对其底物具有高度特异性和高度催化效能的蛋白质或 RNA。
酶是一类极为重要的生物催化剂，它们能够在常温、常压和接近中性的条件下，极大地加快化学反应的速率。
三、酶的作用（一）加速化学反应酶的最主要作用就是加速化学反应的进行。
在没有酶的情况下，许多化学反应可能会非常缓慢，甚至在生物体内根本无法发生。
而有了酶的参与，这些反应可以在瞬间完成，从而满足生命活动的需求。
例如，在细胞呼吸过程中，葡萄糖的氧化分解需要一系列的酶来催化。
如果没有这些酶，葡萄糖可能需要在高温、高压等极端条件下才能被分解，而这显然是细胞无法承受的。
（二）降低反应的活化能酶能够加速反应的关键在于它能够降低反应的活化能。
活化能是指化学反应中，反应物分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。
酶通过与底物结合，形成一种不稳定的中间复合物，从而改变了反应的途径，降低了反应所需的活化能，使反应能够更容易地进行。
（三）调控代谢过程细胞内的代谢过程是一个复杂而有序的网络，酶在其中起到了精细的调控作用。
通过调节酶的活性和含量，细胞可以控制各种代谢反应的速率和方向，从而适应不同的环境和生理需求。
例如，当细胞内的能量供应充足时，一些与能量生成相关的酶的活性会受到抑制，以避免过度产生能量；而当能量需求增加时，这些酶的活性会被迅速激活，加快能量的产生。
四、酶的特性（一）高效性酶的催化效率非常高，通常比无机催化剂高出 10^7 10^13 倍。
这使得细胞内的化学反应能够在极短的时间内完成，保证了生命活动的高效进行。
0407203-核酶
恢复正常剪接途径
• 基因突变有时会在内含子中生成新的剪接点，当然也是异常 的剪接点。它们与左邻右舍原来不起作用的隐匿的剪接点搭 配起来，就会形成错误剪接。
• 由于原有的正常剪接点并未丧失功能，只是作用被异常剪接 抑制，所以用反义核酸通过碱基互补，封闭异常剪接点或其 他剪接元件，就可堵住异常剪接途径，迫使剪接系统选择正 确的途径，形成正常RNA。这就间接地对RNA缺陷作了“修 复”。
二、在医学领域中的应用
1. 通过识别特定位点而抑制目标基因的表达，抑制效率高， 专一性强。 2. 免疫源性低，很少引起免疫反应。 3. 针对锤头核酶而言，催化结构域小，既可作为转基因表 达产物，也可以直接以人工合成的寡核苷酸形式在体内转运。
RNA治疗——RNA的修复
• 核酶、反义核酸和小分子RNA（snRNA）是RNA修复的 常用工具。 • 核酶是天然的具有催化能力的RNA分子，能特异性地 催化RNA剪接。经过基因工程改造的核酶，可以位点 特异性地切割任意给定的RNA分子。 • 剪接有两种形式：一是分子内不同部分间的剪接，称 为顺式剪接；一是不同分子间的剪接，称为反式剪接 。
六、核酶的应用
一、在基础研究领域中的应用 二、在医学领域中的应用 三、在农业等其他领域的应用
一、应用于生命起源的研究
• 生命的起源？
蛋白质？
• 新的观点：生命从RNA开始 • 体内选择技术的应用已经找到了一些催化基本生化反应（ 如RNA剪切、连接、合成以及肽键合成等）的核酶，这 些结果支持了在蛋白质产生以前核酶可能参与催化最初的 新陈代谢的设想。
•分布：在绿色植物、真菌等真核生物的 mRNA、tRNA和rRNA基因中 •区别：由内含子3’端腺苷酸2’-羟基攻击5’磷 酸基引起
•内含子形成套索（lariat)结构，被切除
酶是生命的钥匙
酶是生命的钥匙酶，就是在生物体细胞内合成的具有蛋白质性质的一切触媒的总称。
简单地说，就是保证生物体能够完成最基本生理活动的基础。
酶是在所有活的动、植物体内均可发现的物质，它是身体维护正常功能、消化食物、修复组织等必需的。
酶由蛋白质构成的，目前已知的酶有数千种。
事实上，即使有足量的维生素、矿物质、水分及蛋白质，如果没有酶，人体仍无法维持生命。
比如，植物的种子从开始发芽就有了酶的活动，然后芽长成叶再长出干，都离不开酶。
我们人类的生命活动也是靠大量的酶来完成的。
酶是一种可以使大块的食物变成小的单元并完成消化过程的化学物质。
不仅消化吸收、细胞的更新换代以及新陈代谢需要酶，而且分解进入体内的毒素等也需要酶的参与才能够完成。
因此，酶的数量和活性程度对我们的身体健康有着显著的影响。
人体合成酶需要必需的营养素，如果缺乏这些营养素，就会导致酶的缺乏。
也就是说，人体利用营养素的能力会因此而下降，这又会导致进一步的营养缺乏形成恶性循环。
体内的酶如果很丰富，那么，生命体就充满能量，就能提高免疫力，就能有效抑制体内酶的消耗，始终保证酶的含量充足，这就是保持阴阳平衡的关键所在。
多吃含酶多的食物营养学家指出，含酶多的食物才是好食物，而含酶少或者不含酶的食物都不能叫做好食物。
我们最好吃生长在含矿物质多、土壤肥沃的土地里，并且没有施加任何化学肥料和农药的食物，而且要趁新鲜食用，这样才对健康更有利。
蔬菜也好，水果也好，肉也好，鱼也好，越新鲜的食物含酶量就越多。
我们在食用新鲜食物的时候之所以感觉到很香，就是因为里面含有丰富的酶。
提高酶活性的最好办法就是生吃食物，因为生的食物中含有大量的酶。
食物的烹饪加工过程会破坏酶。
美国俄亥俄州辛辛那提市的生物化学家、诺贝尔奖获得者阿图里·维尔塔宁教授的研究表明，在咀嚼生蔬菜的过程中，蔬菜中的酶会在口腔中释放出来，与食物接触并开始消化的过程。
德国沃兹堡的卡斯帕·乔普做了更广泛的测试，他指出，人体有一套保护酶的方法，可以使酶完整地经过肠道，一半以上的酶一直能到达结肠。
核酶的发现和应用
核酶的发现和应用一、核酶的发现从人类认识到酶的存在开始直至20世纪80年代初，人们一直以为酶的化学本质是蛋白质。
然而美国科罗斯拉多大学博尔分校的Thomas Cech和耶鲁大学的Sidney Altman 均发现具有生物催化功能的RNA，这说明某些RNA 具有催化活性。
1981年Thomas Cech等在研究rRNA前提加工成熟时就发现四膜虫的26SrRNA前体中插入含有插入序列（IVS），在rRNA前体成熟过程中，IVS通过剪切反应被除去，并证实这一剪切反应不需要任何蛋白质的参与，是四膜虫的基因内区自行拼接的。
与此同时，Sidney Altman等在从事RNase P 的研究中也发现了这一现象，RNase P是细菌和高等生物细胞里都有的一种tRNA加工酶，它能在特定的位点上切开tRNA前体。
早在1978年Sidney Altman等就从纯化的RNase P中分离出了一中蛋白质和一种RNA（MRNA），1RNA单独存在时均不具备RNase P活性，而只早期的实验结果是蛋白质和M1有当两者混合后才可恢复RNase P活性。
1983年，就在Thomas Cech等发现RNA能自行拼接后的两年后，Sidney Altman等就证明：在较高的Mg2+浓度下，RNase P中的RNA（MRNA）具有催化tRNA前体成熟的功能，而其蛋白质组分1却不具备此催化功能。
但根据当时催化剂不仅能加快反应速度，而且在反应前后催化剂本身不发生改变的准确定义，在Thomas Cech等发现四膜虫26SrRNA前体IVS的自身拼接后，科学家们还排斥它作为生物催化剂的资格，认为那是一种自体催化反应，拼接后的成熟rRNA与前体不同，商不能被看成是严格意义上的催化剂。
Sidney Altman等的发现就从实验上消除了这一异议，原因是RNase P所催化的反应收拾一种异体分子间的反应，而该反应正是在RNA的催化下完成的。
此后，1984年《Science》发表的题为《First True RNA Catalyst》的报道标志着RNA催化剂的正式诞生。
分子生物学课后答案
第一章2写出DNARNA的英文全称答：脱氧核糖核酸（DNA, Deoxyribonucleic acid），核糖核酸（RNA, Ribonucleic acid）6写出分子生物学的主要研究内容。
答：1，DNA重组技术；2，基因表达调控研究；3，生物大分子的结构功能研究----结构分子生物学；4，基因组、功能基因组与生物信息学研究。
第二章1，染色体具备哪些作为遗传物质的特性？答：1，分子结构相对稳定；2，能够自我复制，使得亲子代之间保持连续性；3，能够指导蛋白质的合成，从而控制整个生命活动的过程；4，能够产生可遗传的变异。
2，什么是核小体？简述其形成过程。
答：核小体是染色质的基本结构单位，由~200bpDNA和组蛋白八聚体组成。
形成过程：核小体是由H2A、H2B、H3、H4各两个分子生成的八聚体和由大约200bp的DNA组成的。
形成核小体时八聚体在中间，DNA分子盘绕在外组成真核细胞染色体的一种重复珠状结构。
3简述真核生物染色体的组成及组装过程答：组成：蛋白质+核酸。
组装过程：1，首先组蛋白组成盘装八聚体，DNA缠绕其上，成为核小体颗粒，两个颗粒之间经过DNA连接，形成外径10nm的纤维状串珠，称为核小体串珠纤维；2，核小体串珠纤维在酶的作用下形成每圈6个核小体，外径30nm的螺旋结构；3，螺旋结构再次螺旋化，形成超螺旋结构；4，超螺线管，形成绊环，即线性的螺线管形成的放射状环。
绊环再非组蛋白上缠绕即形成了显微镜下可见的染色体结构。
4，简述DNA的一、二、三级结构特征。
答：1，DNA的一级结构，就是指4种核苷酸的连接及排列顺序，表示了该DNA分子的化学成分；2，DNA的二级结构是指两条多核苷酸连反向平行盘绕所形成的双螺旋结构；3，DNA的高级结构是指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构。
6，原核生物DNA与真核生物有哪些不同的特征？答1, 结构简练原核DNA分子的绝大部分是用来编码蛋白质，只有非常小的一部分不转录，这与真核DNA的冗余现象不同。
核酶PPT课件
（三）核酶是一种金属依赖酶。
金属离子的作用：
特异的结构作用，或参与活性部位的化学过程 促进RNA的总体折叠 二价金属离子（如Mg 2+ ）与底物活性部位直接相互作用，
参与过渡中间复合物的形成
C C C U C U
O
o P OA +o
HOG
3’
C C C U C U O
o P OA o
OG
过渡态
IVS具有类似蛋白酶的功能，能够打断及重建磷酸二脂键。
相信rRNA前体能靠自己完成剪接过程。在一定条件下rRNA前体可以 按一定方式盘绕，进而自己切割自己，以后再把保留rRNA部分的末 端连接起来。即它是可以催化自由底物的具有酶活性的RNA。
RNA分子具有自身断裂的催化作用，以及酶活性的另一个重要方面即 催化其他分子的反应。
（三）脱氧核酶催化特征
• 裂解位点为嘌呤、嘧啶连接 • 双链稳定性越高，酶活性越高 • 结合臂的长度影响酶催化转换性 RNA-DNA 比 RNA-RNA 稳定性差。 • 对Mg 2+,Zn 2+,Ca 2+,Mn 2+有依赖性 • 组氨酸，精氨酸促进催化活性 • 极强的切割特异性（单碱基错配即可大幅降低切割活性）
过去都认为核酸酶P的催化作用由RNA和蛋白质共同完成的。
而该实验证明，核酸酶P的催化作用是由RNA完成的，而其中 的蛋白质在细胞内仅仅起稳定构象的作用。
核酶的发现对于所有酶都是蛋白质的传统观念提出了挑战。1989年， 核酶的发现者T.Cech和S.Ahman被授予诺贝尔化学奖。
(Thomas Robert Cech) (SidneyAltman)
• 核酶催化切割反应的可逆性问题 • 提高催化效率 • 寻找合适载体将核酶高效、特异地导入靶细胞 • 使核酶在细胞内有调控地高效表达 • 增强核酶在细胞内的稳定性 • 对宿主的损伤问题有待进一步考察
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现代的酶定义：酶由生物体内活细胞产生的、具有催化功 能的生物大分子。
这为生命起源的研究开辟了新的前景。人们设想,第 一个生物催化剂实际上不是蛋白质，而是RNA分子， 它可以构成原始的基 团。这些早期的RNA能催化它 们 自身增殖, 并且不需要先形成酶而合成蛋白质。 可能当初它们的催化效率很低，而一旦有了蛋白质， 产生了更有效的酶类，RNA的作用便减小了 。
核酶作用的特点：
谢谢！
核酶的发现
1978年，美国生物学家悉尼·奥尔特曼，在纯化大 肠杆菌核糖核酸酶P时发现，有一种RNA是细胞催 化反应所必需的。当时科学界难以接受他的理论。
1983年，奥尔特曼与切赫合作，确认大肠杆菌和枯 草杆菌RNseP上的RNA部分是价真价实的酶。该 RNA部分能独自加工tRNA前体，切断其5`端特定位 置上的磷酸二酯键。
阿尔特曼 (Sidney Altman)
核酶作用的特点：
化学本质是RNA；
具体作用：核苷酸转移作用；水解反应，即磷 酸二酯酶作用；磷酸转移酶作用；酸性磷酸酶 作用；RNA内切反应即RNA限制性内切酶作用
反应特异性(专一性），依据碱基配对；
催化效率低
是一种金属依赖酶
核酶发现的意义：
结论
根据以上发现，我们推测：原始的遗传信息大分子 就是RNA，它既能作为转译蛋白质的信使，又能自 我剪接，作为传种接代的遗传物质。
处于萌芽时期的生命应该是一种极简单又容易形成 的大分子体系，随着物种的进化，由RNA演变为 DNA与蛋白质构成的复合体，遗传与性状表达两种 功能分别由DNA和蛋白质承担。生物遗传物质主体 最先起源于RNA分子或RNA与蛋白质构成的复合体， 尔后向DNA-蛋白质复合体和蛋白质两个方向演变的 学说，已逐渐为科学界所接受。
——从酶的角度看生命起源
来自世界之初的问题……
先有 鸡 还是 先有 蛋？
————贝尔 纳
鸡与蛋问题之新问——
先有 核酸 还是先有 蛋白质？
1.根据中心法则，遗传物质的传递遵循以DNA为模板合成 RNA，再由RNA翻译为蛋白质的过程。
2.转录、翻译及细胞分裂DNA复制时，必须要有酶的催化作 用。
3.没有 DNA 和 RNA，就无法进行蛋白质的生物合成； 没有 酶 ( 蛋白质 )，DNA 和 RNA 就无法自我复制或相互转录。
核酶的定义 核酶（riboyme）泛指一类具有催化功能的RNA分子。 一般是指无需蛋白质参与或不与蛋白质结合，就具有 催化功能的RNA分子。
核酶的发现对于所有酶都是蛋白质的传统观念提出了 挑战。1989年，核酶的发现者T. Cech 和 S. Ahman被 授予诺贝尔化学奖。
切赫 (Thomas Robert Cech)
核酶的发现
1986年，切赫确认四膜虫rRNA的内含子也是地地道道的酶。 该内含子RNA能独自切除自己，并连接两侧的外显子和催化 两个以上的内含子寡聚化反应。同时还能像RNA聚合酶一样， 以寡聚核苷酸为底物，在自己携 带的分子内模板上，合成出多聚 核苷酸。
推论：RNA酶和蛋白质酶催化反 应并无实质性的差别，只是蛋白 酶催化反应效率更高、速度更快。 进化之初是"RNA的世界"，RNA 可以一身二任，既能保存信息， 又能提供酶活性，因此仅有RNA 也足以把早期的进化引向新阶段。