酶的前世今生

摘 要：在人教版必修Ⅰ中對酶的定義是：“酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物。其中絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)”。在平時(shí)講授中我們也只是會提到極少數(shù)酶是RNA。至于哪些酶是RNA，主要分布在哪些生物中并未提及。本文作了進(jìn)一步分析。

關(guān)鍵詞：酶 蛋白質(zhì) 必修 課程

中圖分類號：G634.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）09（c）-0100-01

（2010·廣東汕頭模擬Ⅰ改編）下列關(guān)于人體內(nèi)蛋白質(zhì)的敘述中，正確的是（ ）。

A.蛋白質(zhì)具有多樣性，是由于氨基酸的種類、數(shù)目、排列順序和空間結(jié)構(gòu)不同

B.指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的基因中的堿基有C、G、A、T、U

C.人體內(nèi)的酶都是蛋白質(zhì)，激素不一定是蛋白質(zhì)

D.蛋白酶也是蛋白質(zhì)，蛋白酶可以水解所有的肽鍵

答案給的是C選項(xiàng)。

1 酶的認(rèn)識過程

1.1 催化作用

人類對酶的認(rèn)識經(jīng)歷了很曲折的階段。西方對酶的研究要從19世紀(jì)開始。1810年Jaseph Gaylussac發(fā)現(xiàn)酵母可將糖轉(zhuǎn)化為酒精。1857年微生物學(xué)家Pasteur等人提出酒精發(fā)酵是酵母細(xì)胞活動的結(jié)果。1897年，Buchner兄弟用石英上磨碎酵母細(xì)胞，制備了不含酵母細(xì)胞的抽提液，并證明此不含細(xì)胞的酵母提取液也能是糖發(fā)酵，說明發(fā)酵與細(xì)胞活動無關(guān)。從而說明了發(fā)酵是酶作用的化學(xué)本質(zhì)，為此Buchner獲得了1911年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1835年至1837年，Berzelius提出了催化作用的概念。

1.2 蛋白質(zhì)

1926年美國科學(xué)家James Sumner從刀豆提取出了尿酶并獲得結(jié)晶，證明尿酶具有蛋白質(zhì)性質(zhì)?？芍钡?930年至1936年Northrop和Kunitz得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶結(jié)晶，并用相應(yīng)方法證實(shí)酶是一種蛋白質(zhì)后，酶是蛋白質(zhì)的屬性才普遍被人們所接受。為此，Sumner和Northrop與1949年共同獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

1.3 核酸

1981年至1982年Thomas R.Cech實(shí)驗(yàn)室在研究原生動物Tetrahymena thermophiea的rRNA前提加工成熟時(shí)發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)有催化活性的天然RNA，取名為ribozyme（核酶）。由于此RNA進(jìn)行的是自我催化，且反應(yīng)后自身發(fā)生變化失去催化能力，故嚴(yán)格地講他不是一個(gè)真正的催化劑。隨后S.Altman和N.R.Pace以及T.R.Cech幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了真正的RNA催化劑。其中以L19 RNA具有核糖核酸酶活性和RNA聚合酶活性，1992年發(fā)現(xiàn)其還有RNA限制性內(nèi)切酶的作用，催化的底物除了RNA外還有多糖、DNA以及氨基酸酯等。Cech和Altman與1989年共同獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

2 核酶的作用及分布

在生化第三版中指出，RNA有五大功能：控制蛋白質(zhì)合成，作用于RNA的轉(zhuǎn)錄后加工與修飾；基因表達(dá)與調(diào)節(jié)功能的調(diào)節(jié)；生物催化和其他持家功能，遺傳信息的加工與進(jìn)化。現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的核酶大部分參加RNA的加工和成熟，也有可催化C-N鍵合成的RNA，其中，23SrRNA具有肽酰轉(zhuǎn)移酶活性。1992年有研究證明RNA具有催化蛋白質(zhì)合成的活性。1997年zhang和Cech得到了一組直接催化肽鍵生成的人造RNA分子，證明了RNA具有肽基轉(zhuǎn)移酶的活性。表明了RNA與蛋白質(zhì)的生物合成有關(guān)。

2.1 rRNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工

真核細(xì)胞和原核細(xì)胞中的rRNA都是從較長的前體生成的。1982年Cech在研究四膜蟲的rRNA的剪接加工時(shí)，發(fā)現(xiàn)RNA分子具有酶的催化功能，在核酶作用下，四膜蟲rRNA前體所含413個(gè)核苷酸堿基的插入序列（內(nèi)含子）被自我切除。真核生物rRNA前體的甲基化、假尿苷酸化和切割是由核小RNA（snoRNA）指導(dǎo)的。真核細(xì)胞的核仁中存在種類甚多的snoRNA，從酵母和人類細(xì)胞中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有上百種。他們與rRNA前體的加工有關(guān)，包括斷裂、甲基化及尿嘧啶核苷的形成。

2.2 mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工

真核生物的細(xì)胞核含有由許多極長的RNA分子構(gòu)成的混合物，成為不均一核RNA（hnRNA），hnRNA是細(xì)胞質(zhì)mRNA的前體。真核生物細(xì)胞核mRNA前體的剪接是在形成剪接體后才能進(jìn)行的。在脊椎動物核細(xì)胞中snRNA有U1、U2、U3、U4、U5、U6等六種。已知U1、U2、U4、U5、U6等五種snRNA參與RNA剪接。

2.3 蛋白質(zhì)的合成

核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所。過去以為蛋白質(zhì)肽鍵的合成是由核糖體的蛋白質(zhì)所催化，稱為轉(zhuǎn)肽酶。1992年。H.F.Noller等證明23rRNA具有核酶活性，能夠催化肽鍵的形成。rRNA是裝配者并其催化作用。蛋白質(zhì)知識維持rRNA構(gòu)象，其輔助作用。2000年，耶魯大學(xué)研究小組在核糖體結(jié)晶圖譜中定位了肽酰轉(zhuǎn)移酶的位點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)組成該位點(diǎn)的成分全是rRNA，這些成分屬于23s rRNA結(jié)構(gòu)域V的中央環(huán)。

2.4 幫助分泌蛋白和膜蛋白跨膜運(yùn)輸

過去一直認(rèn)為幫助分泌蛋白和膜蛋白跨膜運(yùn)輸?shù)男盘栕R別顆粒中（SRP）中，RNA只起簡單的衣架作用。直到最近通過動力學(xué)分析才發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌SRP中的4.5S RNA能夠促進(jìn)SPR蛋白和SPR受體間的可逆結(jié)合。籍助核磁共振和X射線晶體學(xué)研究，解釋了4.5S RNA在于Ffh蛋白結(jié)合前后構(gòu)象的變化。由于SPR RNA能穩(wěn)定Ffh與Fts Y結(jié)合的過渡態(tài)，因而具有催化作用。

2.5 調(diào)節(jié)個(gè)體發(fā)育和組織分化

較早就發(fā)現(xiàn)RNA在個(gè)體發(fā)育和組織分化中起調(diào)節(jié)作用。如X染色體的失活和維持均由Xist RNA介導(dǎo)。1995年發(fā)現(xiàn)線蟲中一些小RNA能夠關(guān)閉有關(guān)基因的表達(dá)，由此認(rèn)識到基因可因RNA干擾（RNAi）而受到調(diào)節(jié)。2001年在人和鼠細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)RNAi作用，將它看成是生物節(jié)廣泛存在的基因調(diào)節(jié)方式。

3 人體內(nèi)是否有核酶

關(guān)于這一問題，無論是從網(wǎng)上，還是大學(xué)的教科書上查了好久也沒有找到準(zhǔn)確的答案。不過我想上面劃線的文字也許能給我們一些啟示。所以，是否應(yīng)該說人體內(nèi)的酶絕大多是蛋白質(zhì)更好一些呢？

本來只是一道題引來的爭議，通過查閱資料才發(fā)現(xiàn)，關(guān)于酶竟然有這么多的故事。其中好多知識是我從未接觸過的。這不僅讓我有些汗顏：自己以往因?yàn)橄氘?dāng)然和得過且過錯(cuò)過了多少次知識更新的機(jī)會！酶的化學(xué)本質(zhì)、作用正在不斷的被補(bǔ)充，以后也許將有更大的發(fā)現(xiàn)。我們的教材也在不斷的改版、更新。那我們的知識是不是也應(yīng)該不斷的更新呢？一些拙見，供各位同仁參考。

參考文獻(xiàn)

[1]王鏡巖.生物化學(xué)[M].3版.高等教育出版社.

[2]聶劍初.生物化學(xué)簡明教程[M].高等教育出版社.

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