五、核酶:简单
功夫再高,也怕菜刀。原始而简单的,往往也是有效的。
传说在真核生物细胞核的染色体藏经阁中,藏有令无数武林人士为之疯狂的顶尖功法,抄经大师“RNA聚合酶”常年在阁中眷刻这些核酸序列,但每每流入江湖中的却并非功法的全本,中间有若干称为内含子的部分被人以一种叫“RNA剪接”的秘术刻意撕去,而到底是谁在练这门秘术,已成为多年来江湖上最大的秘密之一。
年,美国生化学家ThomasCech试图利用四膜虫解开“RNA剪接”秘术之谜。Cech知道四膜虫编码rRNA前体的DNA序列含有间隔内含子序列,而成熟的rRNA是没有内含子的,和所有人一样,他猜想肯定是某个蛋白干的,于是试图采用蛋白纯化技术来找到这个练有秘术的家伙。然而,Cech不久就郁闷的发现所有的样品均“顺利”出现RNA剪接,“顺利”到连对照也不例外,实在是太令人沮丧了。为此,他们折腾了好几年,对各种可能做了一次又一次的排除。直到年,Cech在一条合成的RNA中仍然惊奇的发现剪接现象,也就是说,这一切都是RNA自己干的,这个RNA分子居然就是那个练有秘术的狠人,狠到可以往自己身上砍一刀,它自我催化剪接了。RNA分子的自我催化突破了酶都是蛋白的传统观念,Cech干脆叫它核酶(Ribozyme)。随后,年SidneyAltman发现大肠杆菌的核糖核酸酶P的RNA部分具有全酶的催化活性。Cech和Altman也因此获得了年的诺贝尔化学奖。
四膜虫(Tetrahymenasp.)
对于这些发现,更加令人细思恐极的是,RNA可以顶替DNA编码遗传信息,如今再修习有蛋白的酶学催化功法,则可肩挑储存信息和催化反应两大重任,那将意味着,RNA分子有可能抛开DNA和蛋白质,独霸天下,甚至它可能曾经就这么干过。年,诺奖得主WalterGilbert在Nature上更是直接高举出“RNA世界”的大旗。
自此,江湖舆论一片哗然,大家都难以相信当今武林居然有可能传承自这样一个从前并不太在意、甚至看起来头脑简单的小子。
后续研究不断设计出功能更加强大的核酶,甚至可以具有复制超过它自身长度序列的能力。再联想到能量分子ATP、多种细胞信号分子和多种辅酶等重要生物分子结构中的核苷酸成分......,多种证据都指向,在上古时期,RNA很可能是第一个可以自我复制的分子,真可能存在过一个RNA的世界,这位可能真的曾经独霸江湖。
核酶出身于核酸,仅为一个小RNA分子,有较稳定的空间结构,催化效率相对较低,大多催化转酯和水解等少数反应类型;结构原始而简单,甚至只是像把锤子,但这些都不妨碍它展现出货真价实的酶学功法。尽管“RNA世界”仍还存在于猜想中,其核心却直指生命的本源。一时间,RNA的江湖地位急剧上升,从以前无人问津的小子一跃成为江湖大佬,其展现的广泛的生物学功能,至今仍是研究的热点。
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