重新认识“酶”——核酶

秦四哥

                              

酶是活细胞产生的一类具有催化作用的有机物。1926年美国科学家萨姆纳从刀豆种子中提取了脲酶，又用多种方法证明了脲酶是蛋白质。后来科学家又相继获得了胃蛋白酶、胰蛋白酶等许多酶的结晶，并证明这些酶都是蛋白质。直到20世纪80年代，美国科学家切赫和奥特曼发现少数RNA也具有催化作用。人类对酶的概念又有了新的认识。

1核酶的特性

RNA催化剂称核酶，绝大多数RNA催化剂以自身为底物进行自体催化，可以自我剪切，也可以自我剪接。RNA催化剂催化效率低，但有的RNA催化剂有多种酶的功能。如原生动物四膜虫的rRNA前体的内含子序列具有核糖核酸酶等5种酶的活性，其水解RNA的速率每分钟2次，而胰RNA酶(蛋白质类催化剂)的作用速率是每秒钟数千次。与蛋白质催化剂相比，细胞内的RNA催化剂是极少的。

2核酶的作用

高中生物学教学中，在“蛋白质的生物合成”章节内容中比较多地涉及RNA的知识。核糖体是蛋白质合成的机器，其结构一直备受关注。20世纪70年代，通过电子显微镜观察显示了核糖体大亚基和小亚基的粗略结构。后来进一步通过免疫电镜、中子衍射技术才得出核糖体的更精细的结构。核糖体由大小两个亚基构成，不管是大亚基还是小亚基都由蛋白质和rRNA两种成分组成，核糖体RNA称作rRNA，蛋白质称作r蛋白，其中rRNA含量占2/3，而r蛋白占1/3。

在mRNA翻译为肽链的时候，肽键的形成是自动发生的，不需要额外的能量，这一反应是由肽基转移酶催化的，它的作用是催化A位tRNA上的末端氨基酸的-NH2与P位肽酰-tRNA上氨基酸的-COOH间形成肽键。其结果使A位的氨酰-tRNA上的多肽延长了一个氨基酸，而P位的氨酰-tRNA形成脱氨酰-tRNA。

以70S细菌核糖体为例，多年来一直认为肽基转移酶是组成50S大亚基的一种蛋白，现在已经清楚它是构成核糖体的rRNA，是一种核酶，而蛋白质只是维持rRNA的空间结构。核糖体大亚基与底物及其产物的复合物的晶体结构显示，只有RNA处在肽键合成的位置，没有蛋白质组分位于距离肽键合成位点18以内的距离，因此排除了蛋白质因子在该反应中起作用的可能性。所以，蛋白质对催化没有任何作用，而RNA是完成肽键转移的唯一组分。

到目前为止，已知的几十种天然RNA催化剂的绝大部分参与RNA的加工和成熟。天然核酶的活性作用主要包括核苷酸转移作用、磷酸二酯键水解作用、磷酸转移反应催化作用、脱磷酸作用、限制性内切酶作用和肽基转移酶作用。通过体外筛选技术获得的核酶能够催化很多化学和生化反应。

——刘晓菊.重新认识“酶”——核酶.生物学教学.2014年第8期