第十二章 核酶

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1、第十二章核酶第一节ribozyme第二节脱氧核酶第一节ribozyme一、ribozyme的发现二、ribozyme的概念三、ribozyme的种类四、ribozyme研究进展与展望20世纪80年代初期，美国科罗拉多大学博尔德分校的T.Cech在研究四膜虫rRNA前体的剪接时发现，其26SRNA具有自我催化活性，由此提出了核酶的概念。美国耶鲁大学的S.Altman在大肠杆菌中发现了RNaseP具有生物催化功能，从而改变了生物催比剂的传统概念。为此，T.Cech和S.Altman共同获得了1989年度诺贝尔化学奖。一

2、、ribozyme的发现四膜虫26SrRNA前体内含子的二级结构以及内含子、外显子的剪接点核酶的发现：内含子的切除反应发生在含有核苷酸和纯化的26SrRNA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26SrRNA前体自身催化的，而不是蛋白质。核酶的证实：将编码26SrRNA前体DNA克隆到细菌中并且在无细胞系统中转录成26SrRNA前体分子。结果表明这种人工制备的26SrRNA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。这种现象为自我剪接(self-splici

3、ng)，这是人类第一次发现RNA具有催化化学反应的活性，二、ribozyme概念概念：具有催化功能的RNA分子，是生物催化剂。又称核酸类酶、酶RNA、核酶类酶RNA。特点：核酶的作用底物可以是不同的分子,或者作用底物是同一RNA分子中的某些部位。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。打破了酶是蛋白质的传统观念。核酶的功能：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。三

4、、Ribozyme的种类根据作用方式分为：剪切型（把RNA前体的多余部分切除），剪接型（把RNA前体的内含子部分切除并把不连续的外显子部分连接起来）根据所作用的底物不同分为：自体催化（催化分子内反应）异体催化（催化分子间反应）I型内含子:来源rRNA剪接型核酶II型内含子:来源MTRNA锤头核酶:来源植物病毒剪切型核酶发夹核酶自体催化丁型肝炎病毒（HDV)核酶：来源人类病毒RNaseP：来源tRNA的成熟异体催化根据核酶的结构和催化反应：RNA和蛋白质复合物：核糖核酸酶P。小分子的RNA：能够进行分子内自我切割反应

5、，且不需蛋白质参与。这些RNA分子可以分为两个部分，一部分是底物，另一部分是酶。将具有酶活性的序列克隆后可制成人工核酶去作用于独立的底物。Ⅰ、Ⅱ型内含子：将自身从前体mRNA中剪接出去的作用共同点：都涉及磷酸二酯键的切割或连接。它们作用的底物是RNA，可以是RNA分子本身，也可以是别的RNA分子。几种能进行自我剪切的RNA结构小分子核酶常见类型：锤头、发夹、HDV催化特点：产生5-OH、2,3-环状磷酸基末端I型内含子剪接，图中的pG可以是GTP、GDP或是GMP特点：I型需要游离的鸟苷或其磷酸化的衍生物的参与，剪

6、接过程中，内含子先以线性形式被释放，然后再转变成一个片段和一个环状分子。Ⅱ型内含子剪接特点：Ⅱ型内含子的切除要形成套索结构，以套索的形式释放内含子四、Ribozyme研究进展与展望对各种已知ribozyme结构与功能关系的研究。可找出其结构功能域和必需基团，据此可进行分子改造，以获得分子更小的、高效的ribozyme。研究热点：从催化分子内反应的自我剪切ribozyme设计出催化分子间反应的ribozyme。1、抗病毒方面的研究HIV是一种逆转录病毒，是核酶应用研究的理想靶标。HIV主要攻击T淋巴细胞，破坏机体的免

7、疫系统，使抗病能力降低，导致死亡。Wong等(1998)利用发卡型核酶抑制HIV-1基因表达，在一期临床试验中，用带有发夹状核酶的载体体外转染患者的T细胞,然后再将这些T细胞重新输入到患者体内，结果显示患者体内HIV-1的滴度降低。在的二期临床试验中，Mitsuyasu等(2009)用逆转录病毒载体将抗HIV核酶导入到造血干细胞中，然后将造血干细胞注入到感染HIV的患者体内，结果38名患者携带了该种疗法所使用的完整拷贝。研究结果发现,CCR5是HIV-1R5毒株的重要细胞复合受体之一，该受体在HIV-1感染初期起重

8、要的作用，但是它的缺失对宿主是无关的，因此CCR5可作为核酶切割的理想靶点。HBV是一种逆转录病毒。其生活史如下：HBV进入肝细胞在宿主酶作用下以负链DNA为模板合成正链DNA形成共价闭合环状DNA在宿主RNA聚合酶作用下合成mRNA(亦称前基因组RNA,pgRNA)在HBV逆转录酶作用下合成负链DNA在HBVDNA聚合酶作用下合成正链DNA形成子代闭合环