核酶
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三个双螺旋区 13个核苷酸残基保守
序列
剪切反应在右上方 GUX序列的3‘端自动 发生
锤头二级结构编号
17位核苷酸
17位（ X ）的核苷酸残
基多数是C,不能是U,G. 7位核苷酸残基的置换 不会对酶活性产生很大 影响
7位核苷酸
锤头型核酶对切割位点的识别位点 遵守NUH规则（N代表任意核苷酸，
H代表A,U或C）。催化过程需要二
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
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。
1、I类内含子 2、II类内含子
p 5‘
3’ HO-G
GMP,GDP,GTP
Ⅰ
p Mg 2+或Mn 2+
第一次转酯 基反应中 是通过一 个外部的 鸟嘌呤核 苷作为一 个亲核体
P-G 3’ OH
p
类 内 含 子 的 剪 接 机 制
p
P-G
3‘ HO
外显子
内含子或居间序列 （Intervening sequence,IVS)
这类核酶的作用是只剪不接，催化自身RNA或不同的 RNA分子，切下特异的核苷酸序列。
剪切机制
这类RNA进行自身 催化的反应是只切不接。
特点：在 Mg 2+ 或其他二
价金属离子存在下，在 特定的位点，自我剪切，
产生5‘-OH 和2’，3‘-环
磷酸二酯末端。
核酶自身剪切反应
锤头型核酶的二级结构 和空间立体结构示意图
切赫 (Thomas Robert Cech)
阿尔特曼 (SidneyAhman)
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。
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。
核酶作用的特点
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。
2、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。
3、RNA治疗——RNA的修复
利用核酶的剪接能力，可引入新的基因功能或修复 已有的基因缺陷。
2‘
p 5‘
HO-A
Ⅱ
p
3‘
套环的形成
Mg 2+
3’
OH
p-A
p
第一次转 酯基反应 中利用一 个位于内 含子中的 腺苷酸残 基作Fra Baidu bibliotek亲 核体
类 内 含 子 的 剪 接 机 制
外显子连接 p
P-A
HO 3’
影响核酶活性的因素
1、pH值对活性的影响：pH7.0-7.5时核酶活性最高； 2、二价金属阳离子对活性的影响：如Mg 2+ Mn 2+；
5、在农业等其他领域的应用
防治动、植物 病毒侵害：马铃薯纺锤形块茎类病毒负 链的多价核酶构建，马铃薯卷叶病毒复制酶基因负链的突 变核酶的克隆等。
七、核酶技术面临的问题
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
价金属离子参与。
单金属离子催化
双金属离子催化
锤头结构的 五种类型
R示酶，S示底物，箭头示剪切位点
1.剪接型核酶
（1）定义
指RNA分子被磷酸二酯酶水解切割后，伴随着形成新的 磷酸二酯键，即磷酸二酯键的转移反应或称转酯反应。
（2）作用机制
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
。
（3）剪接型核酶分类
定义 应用 发现
核酶
结构 分类 特点
核酶的定义
核酶（ribozyme）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。
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
3、抗生素对活性的影响：大多数为抑制效应；
4、变形剂对活性的影响 5、温度对活性的影响：在65℃范围内随温度升高而增 加，37 ℃时均有适宜的活性。
核酶的应用
一 抗病治疗
二 RNA的治疗 三 核酶在医学上的应用 四 化妆品方面的应用 五 其他
一 抗病治疗
1 对于艾滋病毒HIV的转录信息 来源于RNA而非DNA，核酶能 够在特定位点切断RNA，使得 它失去活性。
序列
剪切反应在右上方 GUX序列的3‘端自动 发生
锤头二级结构编号
17位核苷酸
17位（ X ）的核苷酸残
基多数是C,不能是U,G. 7位核苷酸残基的置换 不会对酶活性产生很大 影响
7位核苷酸
锤头型核酶对切割位点的识别位点 遵守NUH规则（N代表任意核苷酸，
H代表A,U或C）。催化过程需要二
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
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。
1、I类内含子 2、II类内含子
p 5‘
3’ HO-G
GMP,GDP,GTP
Ⅰ
p Mg 2+或Mn 2+
第一次转酯 基反应中 是通过一 个外部的 鸟嘌呤核 苷作为一 个亲核体
P-G 3’ OH
p
类 内 含 子 的 剪 接 机 制
p
P-G
3‘ HO
外显子
内含子或居间序列 （Intervening sequence,IVS)
这类核酶的作用是只剪不接，催化自身RNA或不同的 RNA分子，切下特异的核苷酸序列。
剪切机制
这类RNA进行自身 催化的反应是只切不接。
特点：在 Mg 2+ 或其他二
价金属离子存在下，在 特定的位点，自我剪切，
产生5‘-OH 和2’，3‘-环
磷酸二酯末端。
核酶自身剪切反应
锤头型核酶的二级结构 和空间立体结构示意图
切赫 (Thomas Robert Cech)
阿尔特曼 (SidneyAhman)
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。
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。
核酶作用的特点
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。
2、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。
3、RNA治疗——RNA的修复
利用核酶的剪接能力，可引入新的基因功能或修复 已有的基因缺陷。
2‘
p 5‘
HO-A
Ⅱ
p
3‘
套环的形成
Mg 2+
3’
OH
p-A
p
第一次转 酯基反应 中利用一 个位于内 含子中的 腺苷酸残 基作Fra Baidu bibliotek亲 核体
类 内 含 子 的 剪 接 机 制
外显子连接 p
P-A
HO 3’
影响核酶活性的因素
1、pH值对活性的影响：pH7.0-7.5时核酶活性最高； 2、二价金属阳离子对活性的影响：如Mg 2+ Mn 2+；
5、在农业等其他领域的应用
防治动、植物 病毒侵害：马铃薯纺锤形块茎类病毒负 链的多价核酶构建，马铃薯卷叶病毒复制酶基因负链的突 变核酶的克隆等。
七、核酶技术面临的问题
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
价金属离子参与。
单金属离子催化
双金属离子催化
锤头结构的 五种类型
R示酶，S示底物，箭头示剪切位点
1.剪接型核酶
（1）定义
指RNA分子被磷酸二酯酶水解切割后，伴随着形成新的 磷酸二酯键，即磷酸二酯键的转移反应或称转酯反应。
（2）作用机制
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
。
（3）剪接型核酶分类
定义 应用 发现
核酶
结构 分类 特点
核酶的定义
核酶（ribozyme）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。
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
3、抗生素对活性的影响：大多数为抑制效应；
4、变形剂对活性的影响 5、温度对活性的影响：在65℃范围内随温度升高而增 加，37 ℃时均有适宜的活性。
核酶的应用
一 抗病治疗
二 RNA的治疗 三 核酶在医学上的应用 四 化妆品方面的应用 五 其他
一 抗病治疗
1 对于艾滋病毒HIV的转录信息 来源于RNA而非DNA，核酶能 够在特定位点切断RNA，使得 它失去活性。