《酶工程9核酶》PPT课件

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1、第九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ThomasCech和耶鲁大学的SidneyAltman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ThomasCech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，

2、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SidneyAltman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ThomasCech等发现RNA能自行拼接后的两年后，SidneyAltman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

3、义，在ThomasCech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。SidneyAltman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“FirstTrueRNACatalystFound”的报道标志着RNA催化剂的正式诞生。R.Lewin,FirstTrueRNACatalystFound,Sci

4、ence,1984,20:266-267ThomasCech等把这类具有催化裂解活性的RNA分子取名为Ribozyme，在我国1994年科学出版社出版的《英汉分子生物学与生物工程词汇》将Ribozyme译为核酶，这是最普遍的译法，也可被叫做核糖拟酶。结果:这些具有催化活性的RNA的发现改变了传统上“酶是蛋白质”的观念，从此对具有催化活性的RNA，即核酶(ribozyme)的结构、催化机制以及应用的研究日益深入。核酸分子在总体的催化潜力上和蛋白质相差甚远，但由于可以遗传和变异而被自然界保留下来催化一些特殊的反应。核酶由于具有许多优点而受到重视，例如用于治疗的核酶注射入体

5、内不会产生免疫原性，对具有切割活力的核酶可以更加自由的设计其切割RNA的位点。分子进化工程的诞生，使核酶的研究迅速发展，人工进化出自然界中不存在的多种功能的核酶（包括单链DNA酶），这些研究成果在理论和实际应用中都有着巨大的意义。传统观念酶的化学本质是蛋白质只有蛋白质才能有催化功能核酶RNA只有蛋白质才能有催化功能酶蛋白质？生物催化功能上世纪80年代初Cech和Altman各自独立地发现核酶核酶RNADNA多糖氨基酸酯进一步的研究发现，这是一种多功能的生物催化剂可以作用于核酶的作用底物核酶按其大小不同，大致可以分为两类，①大分子核酶，如RNaseP、I组内含子和II组

6、内含子；其分子大小为几百到几千个核苷酸；②小分子核酶，如锤头型核酶、发卡型核酶、丁型肝炎病毒核酶等，其大小一般为35~155个核苷酸。根据核酶的催化反应不同，可以将核酶分成两大类:①剪切型核酶，这类核酶催化的是自身或者异体RNA的切割，相当于核酸内切酶，主要包括锤头型核酶、发夹型核酶、丁型肝炎病毒(HDV)核酶以及有蛋白质参与协助完成催化的RNaseP；②剪接型核酶，这类核酶主要包括I组内含子和II组内含子，实现mRNA前体自我拼接，具有核酸内切酶和连接酶两种活性。1.核酶的催化类型已经发现了几十种核酶，按反应类别可分为催化分子内反应和催化分子间

7、反应等两大类，而催化分子内反应的核酶又可分为自我剪接型核酶和自我剪切型核酶。1.1I型内含子的自我剪接Cech等在研究工作中发现，转录产物(RNA前体)很不稳定，在没有任何蛋白质或酶存在的情况下，可自动切除413nt的内含子片段(IVS)，并产生成熟的rRNA分子。nt:nucleotide例如，L-19IVS就具有多种蛋白酶的催化功能，rRNA前体的自我剪接机制中的一系列反应都是由IVS的特殊结构引起的。L-19IVS(395nt)和394ntRNA的形成四膜虫r-RNA前体自我剪接反应特点产生特殊的二级和三级结构需要鸟苷1.2异体催化剪切型RNa