核酶（核酶，ribozyme）能够完成合成新RNA分子所需的基本反应，加州大学研究人员最近确立了核酶的三维结构，为探索生命起源过程中首个具有自我进化能力的分子提供了参考。
当今所有生命形式中，DNA和RNA分子的合成是由蛋白酶完成的，而编码这些蛋白酶的指令又包含在DNA和RNA中，这种类似先有蛋还是先有鸡的过程，向生命起源理论提出了挑战。
“谁先出现的呢，核酸还是蛋白？这个问题先前被看作是一个极难处理的矛盾，但随着核酶的发现，现在可以想象一个生命起源以前的‘RNA世界’，那里自我复制的酶执行两种功能，”UC Santa Cruz化学和生化副教授William Scott说。
Scott 与博士后研究员Michael Robertson确立功能（将两个RNA亚基组合在一起）与RNA聚合酶相似的酶的结构。研究结果刊登于3月16日《Science》。
“一种RNA依赖的RNA聚合酶核酶是整个RNA世界假说的基础，” Robertson说，“有了它，就可以产生能够自我复制的RNA，某些拷贝中的突变或者错误会产生达尔文自然选择所强调的变异，并且该分子将进化为更大更好的核酶。这些是该结构如此迷人的原因。”
Robertson和Scott所研究的这种核酶并非完全自我复制，但具有将两个RNA亚基键合起来的“连接酶”的功能。在德克萨斯大学生化学家Andrew Ellington的实验室完成研究生
论文时，Robertson通过一种试管演变实验得到了这种连接酶核酶。以随机合成的RNA分子的混合物为起始点，选择目的特征，研究人员能够从中得到RNA酶。在Ellington实验室，Robertson得到连接酶核酶（L1连接酶），并确定了功能部分和非关键部分。
到加州大学 Santa Cruz后，Robertson开始尝试制造核酶的晶体，以便利用X射线结晶学确定结构。使RNA分子结晶非常困难，通过摸索各种条件和更换这种核酶的形式，Robertson和Scott终于利用X射线结晶学，确立了该核酶的三维结构。
该核酶有三个从中心发射出的茎干。发生连接反应的活性位点位于其中一个茎干上。结构图显示，分子的另一茎干的一部分折叠在连接位点之上，形成一个发生反应的口袋。一个镁离子结合在一个茎上，落在口袋里，在反应中发挥重要作用。这种结构提示这种人工选择的核糖体的反应机制与天然酶的相似。
Robertson 说L1连接酶利用的过渡状态稳定性机制（transition-state stabilization）和酸碱催化作用，似乎与天然核酶和蛋白酶所利用的相似。”
据sciencedaily网站2007年3月16日报道，美国加州大学圣克鲁兹分校的研究人员们测出了一种核糖核酸酶，即“核酶”的三维结构。核酶通过一个基础反应制造新核糖核酸分子。这一研究成果将帮助我们深入了解是数十亿年前出现的何种自我复制分子通过进化，促使生命的起源。
在当今已知的所有生命形态中，由蛋白质构成的酶扮演了合成脱氧核糖核酸和核糖核酸的角色。制造这些蛋白质的指令包含在由脱氧核糖核酸或者核糖核酸（核酸）构成的基因之中。此过程的循环对生命起源相关理论形成了挑战。
美国加州大学圣克鲁兹分校化学和生物化学副教授威廉.斯科特说，“核酸还是蛋白质首先出现呢？这一疑问曾今是一个非常棘手的问题，但是随着核酶的发现，现在我们可以想像一个生命起源前的‘核糖核酸世界’中自我复制的核酶完成了两项工作。”
斯科特和博士后研究员迈克尔.罗伯逊测出了一个核酶的结构，该核酶在核糖核酸聚合酶蛋白质在生物系统中进行的同类反应中将两种核糖核酸子组结合在一起。他们的研究发现刊登在3月16日《科学》杂志期刊上。
罗伯逊说，“一个依赖核糖核酸的核糖核酸聚合酶核酶是整个核糖核酸世界假设成立的基础。在此假设条件下，核糖核酸具备自我复制的能力；这些复制的突变或者错误导致了达尔文自然选择学说中阐述的生物多样性结果。分子进化成更大和更好的核酶。这就是使该结构如此生动有趣的原因。”
罗伯逊和斯科特测出的一个核酶结构尽管并不是一个完全自我复制的核糖核酸分子，但是它可以引发这一分子所必须的基本反应，即一个“连结酶”反应制造出两个核糖核酸子组的合体。
当罗伯逊还是一名德州大学奥斯汀分校安德鲁.埃林顿生物化学实验室的研究生时，他就通过一种试管进化方法获得了一个连
结核酶。通过结合随意合成核糖核酸分子和选择具有期望分子特性的分子的方式，研究人员可以将最初状态的核糖核酸酶进行进化。在埃林顿实验，罗伯逊对连结核酶（称之为L1连结酶）进行了进化，并测出该酶那些部分对其功能至关重要，那些部分可能被转移用于制造一个“最小结构”。
在美国加州大学圣克鲁兹分校，罗伯逊开始着手培育核酶晶体，以便他能够利用X射线结晶学技术来测量其结构。晶体化核糖核酸分子是一项极端困难的工作。罗伯逊在不同条件下共试了数十种不同类型的核酶才获得实验成功。通过采用X射线结晶学技术（使用一束X射线穿透晶体，然后对衍射模式结果进行分析），罗伯逊和斯科特测出了核酶的三维结构。
核酶的中心发散出来三个茎。连结产生的活跃点就位于其中的一个茎上。该结构显示分子以这样一种方式交迭，即另外一个茎位于连结点之上，形成一个发应包。罗伯逊说，一个绑定在一个茎上，位于反应包之内的镁离子对反应起着非常重要的作用。
罗伯逊称，该结构显示利用反应机理进行人工选择核酶的方式非常类似于酶自然选择的方式。他说，“发现L1连结酶就是利用了类似于自然核酶和蛋白质酶存在的过渡状态稳定性和酸基催化作用的方法。
英文原文链接参见：
http://www.sciencedaily.com/releases/2007/03/070315161035.htm
作者：
2007-3-21