酶的前世今生

摘 要：在人教版必修Ⅰ中對酶的定義是：“酶是活細胞產生的具有催化作用的有機物。其中絕大多數是蛋白質”。在平時講授中我們也只是會提到極少數酶是RNA。至于哪些酶是RNA，主要分布在哪些生物中并未提及。本文作了進一步分析。

關鍵詞：酶 蛋白質 必修 課程

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

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

A.蛋白質具有多樣性，是由于氨基酸的種類、數目、排列順序和空間結構不同

B.指導蛋白質合成的基因中的堿基有C、G、A、T、U

C.人體內的酶都是蛋白質，激素不一定是蛋白質

D.蛋白酶也是蛋白質，蛋白酶可以水解所有的肽鍵

答案給的是C選項。

1 酶的認識過程

1.1 催化作用

人類對酶的認識經歷了很曲折的階段。西方對酶的研究要從19世紀開始。1810年Jaseph Gaylussac發現酵母可將糖轉化為酒精。1857年微生物學家Pasteur等人提出酒精發酵是酵母細胞活動的結果。1897年，Buchner兄弟用石英上磨碎酵母細胞，制備了不含酵母細胞的抽提液，并證明此不含細胞的酵母提取液也能是糖發酵，說明發酵與細胞活動無關。從而說明了發酵是酶作用的化學本質，為此Buchner獲得了1911年諾貝爾化學獎。1835年至1837年，Berzelius提出了催化作用的概念。

1.2 蛋白質

1926年美國科學家James Sumner從刀豆提取出了尿酶并獲得結晶，證明尿酶具有蛋白質性質。可直到1930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晶，并用相應方法證實酶是一種蛋白質后，酶是蛋白質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獎。

1.3 核酸

1981年至1982年Thomas R.Cech實驗室在研究原生動物Tetrahymena thermophiea的rRNA前提加工成熟時發現了第一個有催化活性的天然RNA，取名為ribozyme（核酶）。由于此RNA進行的是自我催化，且反應后自身發生變化失去催化能力，故嚴格地講他不是一個真正的催化劑。隨后S.Altman和N.R.Pace以及T.R.Cech幾個實驗室又陸續發現了真正的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年發現其還有RNA限制性內切酶的作用，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獎。

2 核酶的作用及分布

在生化第三版中指出，RNA有五大功能：控制蛋白質合成，作用于RNA的轉錄后加工與修飾；基因表達與調節功能的調節；生物催化和其他持家功能，遺傳信息的加工與進化。現在發現的核酶大部分參加RNA的加工和成熟，也有可催化C-N鍵合成的RNA，其中，23SrRNA具有肽酰轉移酶活性。1992年有研究證明RNA具有催化蛋白質合成的活性。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具有肽基轉移酶的活性。表明了RNA與蛋白質的生物合成有關。

2.1 rRNA前體的轉錄后加工

真核細胞和原核細胞中的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，發現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個核苷酸堿基的插入序列（內含子）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）指導的。真核細胞的核仁中存在種類甚多的snoRNA，從酵母和人類細胞中已經發現有上百種。他們與rRNA前體的加工有關，包括斷裂、甲基化及尿嘧啶核苷的形成。

2.2 mRNA的轉錄后加工

真核生物的細胞核含有由許多極長的RNA分子構成的混合物，成為不均一核RNA（hnRNA），hnRNA是細胞質mRNA的前體。真核生物細胞核mRNA前體的剪接是在形成剪接體后才能進行的。在脊椎動物核細胞中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 蛋白質的合成

核糖體是蛋白質合成的場所。過去以為蛋白質肽鍵的合成是由核糖體的蛋白質所催化，稱為轉肽酶。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。蛋白質知識維持rRNA構象，其輔助作用。2000年，耶魯大學研究小組在核糖體結晶圖譜中定位了肽酰轉移酶的位點，發現組成該位點的成分全是rRNA，這些成分屬于23s rRNA結構域V的中央環。

2.4 幫助分泌蛋白和膜蛋白跨膜運輸

過去一直認為幫助分泌蛋白和膜蛋白跨膜運輸的信號識別顆粒中（SRP）中，RNA只起簡單的衣架作用。直到最近通過動力學分析才發現，細菌SRP中的4.5S RNA能夠促進SPR蛋白和SPR受體間的可逆結合。籍助核磁共振和X射線晶體學研究，解釋了4.5S RNA在于Ffh蛋白結合前后構象的變化。由于SPR RNA能穩定Ffh與Fts Y結合的過渡態，因而具有催化作用。

2.5 調節個體發育和組織分化

較早就發現RNA在個體發育和組織分化中起調節作用。如X染色體的失活和維持均由Xist RNA介導。1995年發現線蟲中一些小RNA能夠關閉有關基因的表達，由此認識到基因可因RNA干擾（RNAi）而受到調節。2001年在人和鼠細胞中也發現RNAi作用，將它看成是生物節廣泛存在的基因調節方式。

3 人體內是否有核酶

關于這一問題，無論是從網上，還是大學的教科書上查了好久也沒有找到準確的答案。不過我想上面劃線的文字也許能給我們一些啟示。所以，是否應該說人體內的酶絕大多是蛋白質更好一些呢？

本來只是一道題引來的爭議，通過查閱資料才發現，關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：自己以往因為想當然和得過且過錯過了多少次知識更新的機會！酶的化學本質、作用正在不斷的被補充，以后也許將有更大的發現。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該不斷的更新呢？一些拙見，供各位同仁參考。

參考文獻

[1]王鏡巖.生物化學[M].3版.高等教育出版社.

[2]聶劍初.生物化學簡明教程[M].高等教育出版社.

[3]細胞生物學[M].3版，高等教育出版社.