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核酶(ribozyme)是具有催化功能小分子RNA ,屬於生物催化劑,可降解特異的mRNA序列。

核酶可通過催化靶位點RNA鏈中磷酸二酯鍵的斷裂,特異性地剪切底物RNA分子,從而阻斷靶基因的表達。

核酶一詞用於描述具有催化活性的RNA,即化學本質是核糖核酸(RNA)。 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,有的能夠切割RNA,有的能夠切割DNA,有些還具有RNA 連接酶磷酸酶等活性。與酶(enzyme)相比,核酶的催化效率較低,是一種較為原始的催化酶

中文名:核酶

外文名:ribozyme

定 義:具有催化功能的小分子RNA

類 型生物催化劑


目錄

發現

1982年,美國科學家T.Cech和他的同事在對「四膜蟲編碼rRNA前體的DNA序列含有間隔內含子序列」的研究中發現,自身剪接內含子的RNA具有催化功能,並因此獲得了1989年諾貝爾化學獎[1]

[2] 為了與(enzyme)區分,Cech將它命名為ribozyme,其中文譯名「核酶」已得到大多數人的認可。因為其本質是RNA,而且不參與翻譯,所以它又屬於組成型非編碼RNA中的一份子。核酶在非編碼RNA的分類中亦被稱為「催化性小RNA」。 ;

特點

與一般的翻譯RNA相比,核酶具有較穩定的空間結構,不易受到RNA酶的攻擊。更重要的是,核酶在切斷mRNA後,又可從雜交鏈上解脫下來,重新結合和切割其它的mRNA分子。 [3]

分類

核酶是具有催化活性的RNA ,主要參加RNA的加工與成熟。天然核酶可分為四類:(1)異體催化剪切型,如RNaseP;(2)自體催化的剪切型,如植物類病毒、擬病毒和衛星RNA;(3)第一組內含子自我剪接型,如四膜蟲大核26SrRNA;(4)第二組內含子自我剪接型。利用反義技術研製的藥物稱反義藥物。反義藥物作用於產生蛋白的基因,因此可廣泛應用於多種疾病的治療,如傳染病炎症心血管疾病腫瘤等。與傳統藥物比較反義藥物更具選擇性及效率,因此也更高效低毒。基於上述特點反義藥物已成為藥物研究和開發的熱點。而且反義技術還可以應用於生物科學的基礎研究。

作用

隨着對核酶的深入研究,已經認識到核酶在遺傳病,腫瘤和病毒性疾病上的潛力。

比如,對於艾滋病毒HIV的轉錄信息來源於RNA而非DNA,核酶能夠在特定位點切斷RNA,使得它失去活性。如果一個能專一識別HIV的RNA的核酶存在於被病毒感染的細胞內,那麼它就能建立抵抗入侵的第一防線。甚至,HIV確實進入到了細胞並進行了複製,RNA也可以在病毒生活史的不同階段切斷HIV的RNA而不影響自身的RNA。又如,白血病是造血系統的惡性腫瘤,尚缺少有效的治療方法。核酶的發現,尤其是錘頭狀核酶,為白血病的基因治療帶來了新的希望。近些年,在國外的一些國家已經在小白鼠體內得到較好的效果。 核酶是在對多種植物病毒衛星RNA類病毒RNA的自我剪接研究中 發現的,數量較少,常見於rRNA的內含子。

核酶的具體作用主要有:

1. 核苷酸轉移作用。

2. 水解反應,即磷酸二酯酶作用。

3.磷酸轉移反應,類似磷酸轉移酶作用。

4. 脫磷酸作用,即酸性磷酸酶作用。

5. RNA內切反應,即RNA限制性內切酶作用。核酸內切酶可以催化水解多核苷酸內部的磷酸二酯鍵。有些核酸內切酶僅水解5′磷酸二酯鍵,把磷酸基團留在3′位置上,稱為5′-內切酶;而有些僅水解3′-磷酸二酯鍵,把磷酸基團留在5′位置上,稱為3′-內切酶。能專一性地識別並水解雙鏈DNA上的特異核苷酸順序,稱為限制性核酸內切酶(restriction endonuclease,簡稱限制酶)。當外源DNA侵入細菌後,限制性內切酶可將其水解切成片段,從而限制了外源DNA在細菌細胞內的表達,而細菌本身的DNA由於在該特異核苷酸順序處被甲基化酶修飾,不被水解,從而得到保護。限制性核酸內切酶可被分成三種類型。Ⅰ型和Ⅲ型限制酶水解DNA需要消耗ATP,全酶中的部分亞基有通過在特殊鹼基上補加甲基基團對DNA進行化學修飾的活性。Ⅱ型限制酶水解DNA不需要ATP也不以甲基化或其它方式修飾DNA,能在所識別的特殊核苷酸順序內或附近切割DNA。因此,被廣泛用於DNA分子克隆和序列測定

人工合成

隨着對核酶進一步研究,人們還人工合成了一些具有催化活性的DNA。

並沒有發現有天然存在的催化性DNA。

視頻

催化劑宣傳片


【初中生物】酶催化作用的影響因素,你還知道哪些?

  1. [馮作化 藥立波.生物化學與分子生物學.北京:人民衛生出版社,2015年]
  2. [王鏡岩 朱聖庚 徐長法.生物化學.北京:高等教育出版社,2002年]
  3. [醫學分子生物學.胡維新:科學出版社,2012年]