RNA酶的发现

RNA酶的发现

“酶是细胞内高效和高度专一的生物催化剂，酶的本质是蛋白质”，在生物化学及有关教科书中对酶都是这样叙述的。毫无疑问，这种说法是正确的，因为已研究的数千种酶，它们无一例外都是由氨基酸组成的蛋白质。然而，有一个实验事实引起了科学家的关注，许多真核生物的DNA转录成mRNA 时，其原始转录产物的分子量比转译成相应蛋白质的mRNA的分子量要大得多，说明DNA的原始转录产物(亦称mRNA前体)是通过某种加工后才成为成熟的mRNA的，这种成熟的mRNA才能转译成蛋白质。那么这种后加工过程是怎样进行的呢？科学家们发现在mRNA前体分子中总是有一些不连续的小片段核苷酸序列，称居间序列(IVS)，在mRNA成熟过程中，它们被切除了，是否是这些IVS行使剪切mRNA前体转变成熟的mRNA的功能？之后，在真核细胞DNA转录成rRNA前体和tRNA前体时都发现了它们在成熟过程中切除了部分序列，因此如何证明这种“自我剪接”现象成为众多科学家关注的对象。

1981年，美国科罗拉多大学CechT.R.实验室用一种原生动物四膜虫的26S rRNA前体做实验时发现，在rRNA成熟过程中确实剪下了一个IVS序列，

长度为413个碱基，他们把它称为L

19RNA，就是这个L

19

RNA可剪切rRNA前体

使它成为成熟的rRNA，因此L

19

RNA具有类似于酶的催化作用。经他们反复研究后证实，在这一剪接过程中确实没有酶或其他蛋白质的参与，也不需要能量物质ATP或GTP，完全是rRNA前体自身的催化反应，由于这是一种核糖核酸催化核糖核酸的反应，因此他们把具有催化功能系列的IVS称谓核酶(Ribozyme)。这一惊人的发现不久被一系列的实验所证实，为此年轻科学家Cech于1989的获得诺贝尔化学奖。

随着研究的不断深入，科学家们发现这种由核糖核酸组成的核酶的催化性质与由氨基酸组成的蛋白类酶具有十分相似之处，例如核酶也是高度专一

的，四膜虫中L

19RNA只催化底物多聚核糖核酸，对五聚脱氧胞苷酸(dpC

5

)或

五聚脱氧腺苷酸(dpA

5)不但没有活性而且还是L

19

RNA的抑制剂。由此可见，

酶与核酶除了它们的一级结构组成不同外，作为生物催化剂的催化特征与作用特点是相同的。

迄今为至，科学家已发现了7类自然界存在的核酶，即第一类内含子、第二类内含子、核糖核酸酶P的RNA亚基、锤头型核酶、发夹型核酶、肝炎

6病毒核酶和VS核酶，前3种常含数百个核苷酸，因此称大分子核酶，后4种含10至数十个核苷酸，称小分子核酶。核酶的发现不但扩大了生物催化剂概念的视野，而且还具有深远的理论意义与潜在的实用价值。在生命起源理论研究中，对原始蛋白体(核酸和蛋白质复合物)的认识一直存在两种不同的观点，就是在原始海洋中出现“生命”形式的最初有机物究竟是蛋白质还是核酸。虽然这两种观点尚未取得一致意见，但目前似乎更倾向于先有核酸的推理。核酶的发现还为一些疑难病症的防治带来了希望，特别是对一些病毒型疾病如AIDS、肝炎、肿瘤等更具有针对性，因为核酶的作用位点只限于mRNA 水平，这样核酶的作用既不影响细胞内DNA模板，又不影响蛋白质的表达，因此人工设计特定核糖核苷酸序列的核酶作为治疗剂将更具有针对性，如专门用于治疗肝炎的核酶(俗称剪刀酶)已进入临床试用阶段。另一些病毒病如针对人免疫缺失病毒、人T细胞白血病病毒等设计的核酶也将进入临床试验。可以预料，不久会发现更多的具有自我剪切功能的RNA或DNA序列，还将人工设计一系列核酶，把它们导入细胞或组织，结合基因治疗，将最终攻克困扰人们生命的病毒性疾病、癌症和遗传病。