核酶的发现与应用

姓名：乔艳红学号：**********

年级：2010级班级：一班

学院：生命科学学院时间：2011年11月9日

核酶的发现与应用

一、核酶的发现

1981年，Thomas Cech和他的同事在研究四膜虫的26S rRNA前体加工去除基因内含子时获得一个惊奇的发现∶内含子的切除反应发生在仅含有核苷酸和纯化的26S rRNA前体而不含有任何蛋白质催化剂的溶液中，可能的解释只能是:内含子切除是由26S rRNA前体自身催化的，而不是蛋白质。为了证明这一发现，他们将编码26S rRNA前体DNA克隆到细菌中并且在无细胞系统中转录成26S rRNA前体分子。结果发现这种人工制备的26S rRNA前体分子在没有任何蛋白质催化剂存在的情况下，切除

了前体分子中的内含子。这种

现象称为自我剪接

(self-splicing)，这是人类第一

次发现RNA具有催化化学反

应的活性，具有这种催化活性

的RNA称为核酶。这一发现

之后不久，在酵母和真菌的线

粒体mRNA和tRNA前体加

工、叶绿体的tRNA 和rRNA前体加工、某些细

菌病毒的mRNA前体加工中都发现了自我剪接现象。Thomas Cech 因发现了核酶而获得1989年诺贝尔化学奖。核酶的发现在生命科学中具有重要意义，在进化上使我们有理由推测早期遗传信息和遗传信息功能体现者是一体的，只是在进化的某一进程中蛋白质和核酸分别执行不同的功能。核酶的发现为临床的基因治疗提供了一种手段，具有重要的应用前景。

二、核酶的概念

核酶一词用于描述具有催化活性的RNA, 即化

学本质是核糖核酸(RNA), 却具有酶的催化功

能。核酶的作用底物可以是不同的分子, 有些作

用底物就是同一RNA分子中的某些部位。核酶

的功能很多,有的能够切割RNA, 有的能够切割

DNA, 有些还具有RNA 连接酶、磷酸酶等活性。

与蛋白质酶相比，核酶的催化效率较低，是一种

较为原始的催化酶。

U pA G pU 5'3'

5'外显子3'外显子内含子

三、核酶的分类

剪接型（ splicing ）核酶：这类核酶具有核酸内切酶和连接酶两种活性。、作用机制：通过既剪又接的方式除去内含子 （Intron)。需要鸟苷酸或鸟苷及镁离子参与

剪接机制：

I 型内含子的结构特点： 1、拼接点序列为5’U... (3)

2、中部核心结构

3、内部引导序列

4、剪接通过转酯反应进行

剪切型（cleavage ）核酶：这类核酶催化自身或者异体RNA 的切割，相当于核酸内切酶。

这类RNA 进行催化反应时只切不接。类型：1) 自体催化剪切型 2) 异体催化剪切型。

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。

剪 切 机 制：

四、核酶的应用

核酶是在对多种植物病毒卫星RNA 及类

病毒RNA 的自我剪接研究中 发现的，数

量

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'

较少，常见于rRNA的内含子。

核酶的具体作用主要有：

核苷酸转移作用。

水解反应，即磷酸二酯酶作用。

磷酸转移反应，类似磷酸转移酶作用。

脱磷酸作用，即酸性磷酸酶作用。

RNA内切反应，即RNA限制性内切酶作用。核

酸内切酶可以催化水解多核苷酸内部的磷酸二酯

核酶

键。有些核酸内切酶仅水解5′磷酸二酯键，把磷

仅水解3′-磷酸二酯键，把磷酸基团留在5′位置上，称为3′-内切酶。能专一性地识别并水解双链DNA上的特异核苷酸顺序，称为限制性核酸内切酶（restr iction endonuclease，简称限制酶）。当外源DNA侵入细菌后，限制性内切酶可将其水解切成片段，从而限制了外源DNA在细菌细胞内的表达，而细菌本身的DNA由于在该特异核苷酸顺序处被甲基化酶修饰，不被水解，从而得到保护。限制性核酸内切酶可被分成三种类型。Ⅰ型和Ⅲ型限制酶水解DNA需要消耗A TP，全酶中的部分亚基有通过在特殊碱基上补加甲基基团对DNA进行化学修饰的活性。Ⅱ型限制酶水解DNA不需要ATP也不以甲基化或其它方式修饰DNA，能在所识别的特殊核苷酸顺序内或附近切割DNA。因此，被广泛用于DNA分子克隆和序列测定。

四、核酶的具体应用实例

(一) 抗病治疗

随着对核酶的深入研究，已经认识到核酶在遗传病，肿瘤和病毒性疾病上的潜力。

比如，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。如果一个能专一

识别HIV的RNA的核酶存在于被

病毒感染的细胞内，那么它就能

建立抵抗入侵的第一防线。甚至，

HIV确实进入到了细胞并进行了

复制，RNA也可以在病毒生活史

的不同阶段切断HIV的RNA而不

影响自身的RNA。又如，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

核酶

基因治疗带来了新的希望。近些

年，在国外的一些国家已经在小

白鼠体内得到较好的效果。

（二）反义核酸技术

反义核酸反义核酸是指能与特定mRNA精确互补、特异阻断其翻译的RNA或D NA分子。利用反义核酸特异地封闭某些基因表达，使之低表达或不表达，这种技术即为反义核酸技术[1-3]。它包括反义RNA、反义DNA和核酶(ribozymes)三大技术。反义核酶作为一种基因下向调节作用因子，在抑制一些有害基因的表达和失控基因的过度表达上发挥着重要作用。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。作用原理反义核酸目前有三种来源：

一是利用固相亚磷酰胺法人工合成的短小反义寡聚核

苷酸(antisense oligodeoxyncleotides，AON)，这是反

义核酸最普遍的应用方式，包括未修饰AON和硫代磷

酸酯化(PS)、磷酸二酯化(PO)和甲基化等修饰AON二

类，其中以PSAON应用最广泛。ANO设计合成简单，

只要其顺序与靶mRNA部分顺序互补即可，而对基因

的读码框无要求；二是更具有实用价值的工人表达载

体，包括单个基因和多个基因的联合反义表达载体[3]，它是利用基因重组技术将靶基因序列反向持插入到载体的启动子和终止子之间，