核酶

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核酶(ribozyme)是具有催化功能的RNA分子,是生物催化剂。核酶又称核酸类酶、酶RNA、 核酶类酶RNA。 它的发现打破了酶是蛋白质的传统观念。

目录

简介

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核酶(ribozyme)一词用于描述具有催化活性的RNA, 即化学本质是核糖核酸(RNA), 却具有酶的催化功能。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,有的能够切割RNA, 有的能够切割DNA, 有些还具有RNA 连接酶磷酸酶等活性。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。

核酶(ribozyme)是具有催化功能的RNA分子。核酶又称核酸类酶、酶RNA、类酶RNA。  

反应

大多数核酶通过催化转磷酸酯磷酸二酯键水解反应参与RNA自身剪切、加工过程。  

发现

美国科学家T.Cech和S.Altman发现了核酶(ribozyme)。最早发现大肠杆菌RNaseP的蛋白质部分除去后,在体外高浓度Mg2+存在下,与留下的RNA部分(MIRNA)具有与全酶相同的催化活性。

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后来发现四膜虫L19RNA在一定条件下能专一地催化寡聚核苷酸底物的切割与连接,具有核糖核酸酶和RNA聚合酶的活性。  

作用

随着对核酶的深入研究,已经认识到核酶在遗传病肿瘤病毒性疾病上的潜力。

比如,对于艾滋病毒HIV的转录信息来源于RNA而非DNA,核酶能够在特定位点切断RNA,使得它失去活性。如果一个能专一识别HIV的RNA的核酶存在于被病毒感染的细胞内,那么它就能建立抵抗入侵的第一防线。甚至,HIV确实进入到了细胞并进行了复制,RNA也可以在病毒生活史的不同阶段切断HIV的RNA而不影响自身的RNA。又如,白血病造血系统恶性肿瘤,目前尚缺少有效的治疗方法。核酶的发现,尤其是锤头状核酶,为白血病的基因治疗带来了新的希望。近些年,在国外的一些国家已经在小白鼠体内得到较好的效果。

核酶

核酶是在对多种植物病毒卫星RNA及类病毒RNA的自我剪接研究中 发现的,数量较少,常见于rRNA的内含子

核酶的具体作用主要有:

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。核酸内切酶可以催化水解多核苷酸内部的磷酸二酯键。有些核酸内切酶仅水解5′磷酸二酯键,把磷酸基团留在3′位置上,称为5′-内切酶;而有些仅水解3′-磷酸二酯键,把磷酸基团留在5′位置上,称为3′-内切酶。能专一性地识别并水解双链DNA上的特异核苷酸顺序,称为限制性核酸内切酶(restriction endonuclease,简称限制酶)。当外源DNA侵入细菌后,限制性内切酶可将其水解切成片段,从而限制了外源DNA在细菌细胞内的表达,而细菌本身的DNA由于在该特异核苷酸顺序处被甲基化酶修饰,不被水解,从而得到保护。限制性核酸内切酶可被分成三种类型。Ⅰ型和Ⅲ型限制酶水解DNA需要消耗ATP,全酶中的部分亚基有通过在特殊碱基上补加甲基基团对DNA进行化学修饰的活性。Ⅱ型限制酶水解DNA不需要ATP也不以甲基化或其它方式修饰DNA,能在所识别的特殊核苷酸顺序内或附近切割DNA。因此,被广泛用于DNA分子克隆序列测定。  

影响

核酶的发现对于所有酶都是蛋白质的传统观念提出了挑战。1989年,核酶的发现者T.Cech和S. Altman被授予 诺贝尔化学奖。  

补充

核酶随着生物学的发展,不仅仅只是包括RNA,如今人们还人工合成了一些DNA也具有催化活性。所以现在的核酶应该包括催化性DNA和催化性RNA两大类,上面只是介绍了催化性RNA。

目前,催化性DNA只是人工合成的,并没有发现有天然存在的。

核酶

  

酶的作用

酶制剂是近年来普遍应用的面粉改良剂之一。生物酶加入小麦粉或制品中的作用相当大,它能显著改善面粉筋力,提高面粉品质。酶制剂作为生物大分子物质,属于生物制剂,只要适量使用,一般不考虑其毒性,其安全性比其它改良剂要高的多,因此酶的应用也倍受面粉企业的青睐。酶本身是活性细胞产生的活性蛋白质,它的催化作用具有高度的专一性;酶的催化效率高,用量相当少,工业化生产经济合算;操作条件温和。故在面粉行业中也广泛的应用。面粉中常用的酶制剂是α-淀粉酶脂肪氧化酶葡萄糖氧化酶半纤维素酶蛋白酶植酸酶,它们对面粉品质均有较好的改良作用。

在自然状态下,植酸与不同的阳离子或蛋白质结合在一起,限制了日粮中蛋白质和矿物质的消化吸收,悉尼大学的试验证明:植酸可降低家禽的生产性能,植酸的抗营养效应早已引起人们的关注,但有关植酸影响畜禽生产性能的资料却很少。植酸对营养物质的不良影响表现为降低动物的生产性能,

并且这种影响随植酸含量增加而加大。最近悉尼大学的试验验证了通过在日粮中添加酶他富植酸酶可得到有效改善。其它大量的试验也验证了酶他富不仅可促进植酸磷的消化吸收,还可促进其它营养物质的利用。

试验表明,日粮中添加微生物植酸酶不仅可促进磷的吸收,还可提高Ca、Zn、蛋白质和氨基酸的利用率。饲料工业对微生物植酸酶的认识和接受,不仅取决于它的作用效果,还决定于植酸酶价格、产品稳定性和易操作性。植酸酶能否取得和添加无机磷一样的经济效益,决定于植酸酶的额外效应,特别是可促进蛋白质和氨基酸的利用方面。如果在综合评定时考虑后两个因素,植酸酶的经济效益将更明显。综上所述,使用植酸酶促进营养物质的利用,降低磷排出,减少环境污染的潜力是巨大的。

酶制剂在油脂中的应用很多也很有意义,但由于过去存在着成本问题,使用尚不广泛。随着酶制剂生产规模的增加,成本逐渐降低,且产品本身越来越趋于成熟. 酶法转化甘油三酯油脂是人类食品的主要营养成分,既赋予食品不可缺少的风味,又提供人体的热量来源。然而,随着社会进步和科技的发展,人们发现传统油脂作为甘油三酯的形式容易在人体血管中沉积,从而导致肥胖心脑血管疾病的发生。利用酶制剂通过酯交换可使甘油三酯转化为甘油二酯,在小肠内消化吸收,并作为能源消耗掉,不会再形成脂肪,在食用口感上却不会发生变化。与传统食用油相比,甘油二酯可降低血脂,长期食用还可以防止体内脂肪尤其是内源性脂肪的积累,可以说是真正的健康油脂。目前,国外已经开发出了商品化的甘油二酯烹调油。

生产人造奶油和起酥油酶技术在起酥油和人造奶油的生产方面也有很好的应用。

这是因为以大豆油为原料氢化生产出来的人造奶油会生成反式酸,这种反式酸已被证明对人体是有害的. 利用酶制剂进行酯交换生产则可避免生成反式酸,目前已经有国际大型食品企业开始利用酶技术进行不含反式酸的人造奶油的生产。相对于谷物食品而言,酶制剂在油脂行业的应用虽然起步较晚,但其发展势头将更为迅猛。酶技术在很多传统的食品加工行业越来越被关注,包括动植物蛋白原料的深加工、保健与营养制品、乳制品、调味品和婴儿食品等。在对动物蛋白的深加丁中,利用酶制剂改善香肠的风味就是一种绝佳的表现。香肠在加工过程中经高温灭菌,易导致风味损失。但酶法肉类抽提物可以强化香肠的天然肉香味。目前,这一技术被中国的大型肉类加工企业广泛采纳并已用于肉骨的加工。在植物蛋白方面,现在传统的大豆蛋白已经不能满足新应用的需要,而以酶制剂对传统大豆分离蛋白进行修饰,改变其功能特性,如增强其保健和营养性、提高其溶解性等,从而大大扩展大豆分离蛋白的应用市场,包括将其添加于饮料和乳制品当中。而且,酶在提升酵母抽提物的风味和得率、改善婴儿食品的可吸收消化性、实现植物原料有效成分的提取等食品加工中都发挥着不可或缺的作用。

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