二 RNA 作为催化剂的发现

80 年代初，美国 Colorado 大学化学与生物化学系 T.R.Cech 教授

（1989 年诺贝尔化学奖获得者）及其合作者们发现从原生动物四膜虫中提取出的 RNA 能自发地催化其切割与剪接过程，从而导致自身长度的缩短。

这种 RNA 的形成需要从其前体中准确地切去含有 413 个核苷酸的插入片段（IVS）并进行一系列切割、剪接（图 2、3）。在研究中，Cech

① 刊于 1994 年第 9 卷第 1 期第 1 页

等惊讶地发现，该片段的切割、剪接并不需要酶——至少不需要传统意义上的酶——只需要适量三磷酸鸟苷（GTP），或者正如后来所发现的， 只需要适量鸟嘌呤或其衍生物。核酸所进行的是一系列快速、温和的化学反应，从而导致不需要蛋白质酶的辅助而完成自身的切割、剪接。

在剪接过程中，鸟嘌呤（或其衍生物）进攻 RNA 中 413 个核苷酸插入序列的 5′端。这是一种酯交换反应，鸟嘌呤的羟基（—OH）进攻第一个内含子核苷与第一个外显子核苷之间的磷酸二酯键的 3′端，使得鸟嘌呤基团与内含子的 5′端相连，而外显子的 3′端被游离出（图 3）。“自由”了的外显子 3′端又自发地与 413 个核苷酸插入序列的最远端相接， 完成了将外显子两端相剪接的过程。Cech 等人已证实了该过程在热力学上是合理的（图 2、3）。

内含子被切除，外显子被剪接后，自由的内含子又自发地产生了一系列反应（图 4）。首先该多聚核苷酸的 3′端几乎完全专一地进攻第 15 个核苷与第 16 个核苷之间的磷酸二酯键，形成环多聚核苷酸，从而导致从内含子的 5′端切去含 15 个核苷酸的片段。如果该环多聚核苷酸被置于高 pH 值（如 pH=9.0）环境下，则分子精确地在最新形成的化学键处开环。活泼的 3′端又一次进攻，切去含有 4 个核苷酸的短链，并再一次成环。同样，在碱性条件下开环，形成了含有 395 个核苷酸的多聚核苷酸长链。

如果忽略它不是蛋白质这一事实。这种 RNA 的种种行为完全符合酶的定义。它与蛋白质酶的唯一不同在于：酶是作用于其他分子，而这种RNA 是作用于自身。基于该点考虑， T.R.Cech 将这种 RNA 定义为Ribozyme，即 RNA 酶（或 RNA 催化剂）。然而，近年的研究发现，许多RNA 却能催化其他分子而不是本身，从此，Ribozyme 就完全符合酶的定义了。