自身剪接反應

一種四膜蟲Tetrahumenathermophila的兩個主要rRNAs的基因和其他真核生物相類似，被轉錄在同一個初級轉錄本中。此轉錄本稱為35S前體RNA，較小的rRNA的序列在5'側，較大的rRNA(26S)序列則在3'側。在編碼26SrRNA序列存在一個單一的，短的(約400bp)內含子。如將這個35S前體RNA在體外溫育，可以發生自動剪接作用：內含子從前體中被切出，先呈線性RNA片段，後來又環化為環狀RNA。

基本介紹

• 中文名：自身剪接反應
• 又名：自身催化作用
• 類別：概念
• 科學：自然
• 學科：生物化學
• 作用對象：四膜蟲、真菌等

概念介紹

這個反應僅需要加入一種一價陽離子，一種二價陽離子，和一種鳥嘌呤核苷酸(G)。其他鹼基均不能代替G.但並不一定需要GTP;GDP;GMP和鳥苷都可以套用。這表示此反應並不需要能量供應。此外，此鳥嘌呤核苷酸必須有一個游離的3'-OH基。這個G要連線到內含子的5'端上(通過通常的磷酸二酯鍵)。當線性的內含子成為環狀時，其3'端可連線在距離5'端15個核苷酸之處，從而將原來5'端和15個鹼基的節段(包括G在內)排除出去。這種反應基本上是一種磷酸酯轉移反應。外顯子A的3'-OH基可直接和外顯子B的5'端相連線。亦即一個磷酸酯可以直接被轉移到另一個上去，不需要經過中間步驟(如水解作用之類)，因此磷酸酯鍵的能量被保存著。這解釋了為什麼此反應不需要水解ATP或GTP來供應能量。同時，兩次磷酸酯轉移反應似乎是緊密相連的，因為始終沒有找到過游離的外顯子(A或B)。而線性內含子的環化則可以被看作是第三個磷酸酯轉移反應。在體外系統中進行剪接時，並不需要蛋白質的存在。RNA有能力自行剪接，故稱為自身催化作用(auto catalysis)。

自身剪接示意圖

發現經過

T.Cech和S.Altman各自獨立地發現RNA具有催化作用。從而改變了生物催化劑的傳統概念。為此他們共同獲得了1989年Nobel化學獎。1978年Altman從純化的RNA酶P中分離出一種多肽和一種RNA(M1RNA)。最初的實驗結果表明，蛋白質和M1RNA單獨都沒有酶活性，但二者混合在一起又可恢復活性。其它生物材料的實驗結果表明M1RNA是RNA酶P活性所必須的。1983年Altoman證明，在較高濃度的Mg2+存在下，單獨的M1RNA就可以催化tRNA前體的成熟，而單獨的蛋白質則沒有這種能力。這樣，RNA即可看作是個酶。事實上，M1RNA的酶活性並不比RNA酶P的粗製品的活性低。原來認為蛋白質賦予酶的活性，RNA只起某種輔助作用(例如幫助蛋白質與其底物結合)，但發現這兩種功能已經倒轉。Cech給具有催化活性的RNA定名為ribozyme。

很長時間以來，人們就試圖自己設計和生產酶分子，但因蛋白質分子結構上的複雜性，迄今為止，尚無成功的例子。隨著ribozyme的發現，人工酶(新概念下的酶，它的構件分子是核苷酸)的設計又產生了新的希望。澳大利亞的科學家就設計了九個ribozyme分子，它們都具備內切酶的活性，且切割位點有高度特異性。同時，ribozyme的活性隨pH、溫度、及陽離子濃度的變化而變化，顯示出典型的酶特性。由於ribozyme的作用位點高度特異，故可以用來切割特定的基因轉錄產物(RNA)。有人將這種切割作用叫做抗基因活性。因為切割的結果破壞了RNA，也就是抑制了基因的表達。這種特性為我們進行基因和病毒的治療提供了一個可行的途徑。

存在介紹

某些線粒體中的內含子也是自身剪接的內含子。一些常見的真菌，如粗糙脈孢菌(Neurosporacrassa)，酒酵母(Saccharomycescerevisiae)等的線粒體內含子都能進行自身剪接，像四膜蟲中進行的磷酸酯轉移反應一樣。