第二十三章 催化RNA.pdf

第二十三章 催化RNA 只有蛋白质具有酶活性的观点在生物化学中已根深蒂固(然而，一些致力于蛋白质功能 研究的人曾经认为，只有蛋白质能够有能力作为遗传物质！) 。认为所有的酶都是蛋白质的 主要原因，是因为蛋白质的三维结构和侧链基团种类多种多样， 有蛋白质才能灵活的产 生催化生物化学反应的各种活性中心。但是，RNA 剪接系统的特征证明上述观点过于简单 化。 现在已经知到有几种催化反应都是由 RNA 引起的。核酶(Ribozyme) 已经 为描述具 有催化活性 RNA 的一般术语，并且能够像描述更合乎传统意义的酶的方式一样来描述 RNA 酶的活性。一些RNA 催化活性受不同底物控制，然而另外一些却是分子内反应(把催 化反应限制在一个循环之内) ： 核糖核酸酶(Ribonuclease) P 是一个核糖核蛋白，含有一个与蛋白质结合的RNA 分子。 此RNA 能够在tRNA 底物中催化切割反应，然而，它所结合的蛋白质可能对维持催化RNA 结构的稳定性起直接的作用。 类病毒(Virusoid)的小RNA 能够进行一种自我剪接反应。尽管这种反应属于分子内反 应，但这个分子仍然可以分为 “酶”和 “底物”两部分，并且相关序列的改造能够产生对 独立“底物”有催化作用的 “酶”。 I 类和 II 类内含子具有把自己从包含它们的pre-mRNA 中剪接掉的功能。改造过的I 类内含子与原始内含子相比多了几种其他的催化活性。 以上三种反应的共同点是RNA 在体外能够执行一种包括切割或磷酸二酯键连接的分 子内反应或分子间反应。尽管反应的 一性和基本的催化活性是由 RNA 提供的，但是体 内反应的正常进行与同RNA 结合的蛋白质是密切相关的。 RNA 剪接并不是唯一能改变RNA 信息含量的方式。在RNA 编辑(RNA editing)过程 中，一个 mRNA 分子中个别的碱基可能发生改变，或者在特定位点有碱基的插入。在某 些低等真核生物的线粒体中就发生了几个基因碱基的插入；例如剪接，它包括核苷酸之间 键的断裂和重新连接，但它也需要有编码新序列信息的模板。 23.1 I 类内含子通过转酯反应进行自我剪接 I 类内含子的分布很广。它存在于低等真核生物的rRNA 基因中，如四膜虫(Tetrahymena thermop hila，一种纤毛虫)和一种粘菌(Physarum poly cephalum) 。真菌线粒体基因中也常发 现I 类内含子。在T4 噬菌体的三个基因和细菌中也发现了I 类内含子。I 类内含子有一种 固有的能力可以把自己剪接掉，称为自我剪接或自动剪接(Autosplicing, 第22 章中讨论的 II 类内含子也有此性质) 。 自我剪接作为rRNA 基因转录物的一种性质在四膜虫中首先发现。四膜虫的两种rRNA 转录物在一条35S 的产物中，小的rRNA 位于前体的5端，大的(26S) rRNA 位于3端。在 有些四膜虫种类中，26S rRNA 基因 有一个很短的内含子。35S 前体在体外就有自我剪接 能力，该内含子切除后是400 个碱基的线状片段，然后变成环状分子( 图23.1) 。 1 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version 该反应 需要一价阳离子、二价阳离子和鸟苷酸辅助因子，GTP、GDP、GMP 均可， 只要求鸟苷酸的3-OH 。反应不需要外部能量的供给。用放射性同位素标记鸟苷酸参与剪 接反应，可发现放射性出现在被切下来的线状内含子片段中，进一 研究确定G 残基与内 含子5端通过磷酸二酯键相连。 这类内含子的剪接包括三次转酯反应(图23.2) 。第一次转酯