核酶

核酶一詞用於描述具有催化活性的RNA, 即化學本質是核糖核酸(RNA), 卻具有酶的催化功能。核酶的作用底物可以是不同的分子, 有些作用底物就是同一RNA分子中的某些部位。核酶的功能很多，有的能夠切割RNA, 有的能夠切割DNA, 有些還具有RNA 連接酶、磷酸酶等活性。與蛋白質酶相比，核酶的催化效率較低，是一種較為原始的催化酶。

核酶（ribozyme）主要指一類具有催化功能的RNA，亦稱RNA催化劑。核酶是1982年，Cech等研究原生動物四膜蟲rRNA時，首次發現RRNA基因轉錄產物的I型內含子剪切和外顯子拼接過程可在無任何蛋白質存在的情況下發生，證明了RNA具有催化功能。為區別於傳統的蛋白質催化劑，Cech給這種具有催化活性的RNA 定名為核酶。1983年Altman 等人在研究細菌RNase P時發現，當約400個核苷酸的RNA單獨存在時，也具有完成切割rRNA前體的功能，並證明了此RNA分子具有全酶的活性。隨著研究的深入，Cech發現L -19 RNA 在一定條件下，能以高度專一性的方式去催化寡聚核苷酸底物的切割與連接。核酶可以識別底物RNA的特定序列，並在專一性位點上進行切割，其特異性接近DNA 限制性內切酶，高於RNase，具有很大的潛在的應用價值

大多數核酶通過催化轉磷酸酯和磷酸二酯鍵水解反應參與RNA自身剪切、加工過程。

自然界中已發現多種核酶，目前主要有四種核酶能用於反式切割靶RNA：四膜蟲自身剪接內含子、大腸桿菌RNase P、鎚頭狀核酶和髮夾狀核酶。

隨著對核酶的深入研究，已經認識到核酶在遺傳病，腫瘤和病毒性疾病上的潛力。

核酶，比如，對於艾滋病毒HIV的轉錄信息來源於RNA而非DNA，核酶能夠在特定位點切斷RNA，使得它失去活性。如果一個能專一識別HIV的RNA的核酶存在於被病毒感染的細胞內，那麼它就能建立抵抗入侵的第一防線。甚至，HIV確實進入到了細胞並進行了複製，RNA也可以在病毒生活史的不同階段切斷HIV的RNA而不影響自身的RNA。又如，白血病是造血系統的惡性腫瘤,目前尚缺少有效的治療方法。核酶的發現，尤其是鎚頭狀核酶，為白血病的基因治療帶來了新的希望。近些年，在國外的一些國家已經在小白鼠體內得到較好的效果。

核酶是在對多種植物病毒衛星RNA及類病毒RNA的自我剪接研究中 發現的，數量較少常見於rRNA的內含子。

核酶的具體作用主要有：

1. 核苷酸轉移作用。

2.水解反應，即磷酸二酯酶作用。

3. 磷酸轉移反應，類似磷酸轉移酶作用。

4. 脫磷酸作用，即酸性磷酸酶作用。

5. RNA內切反應，即RNA限制性內切酶作用。核酸內切酶可以催化水解多核苷酸內部的磷酸二酯鍵。有些核酸內切酶僅水解5′磷酸二酯鍵，把磷酸基團留在3′位置上，稱為5′-內切酶；而有些僅水解3′-磷酸二酯鍵，把磷酸基團留在5′位置上，稱為3′-內切酶。能專一性地識別並水解雙鏈DNA上的特異核苷酸順序，稱為限制性核酸內切酶（restriction endonuclease，簡稱限制酶）。當外源DNA侵入細菌后，限制性內切酶可將其水解切成片段，從而限制了外源DNA在細菌細胞內的表達，而細菌本身的DNA由於在該特異核苷酸順序處被甲基化酶修飾，不被水解，從而得到保護。限制性核酸內切酶可被分成三種類型。Ⅰ型和Ⅲ型限制酶水解DNA需要消耗ATP，全酶中的部分亞基有通過在特殊鹼基上補加甲基基團對DNA進行化學修飾的活性。Ⅱ型限制酶水解DNA不需要ATP也不以甲基化或其它方式修飾DNA，能在所識別的特殊核苷酸順序內或附近切割DNA。因此，被廣泛用於DNA分子克隆和序列測定。

1982年，美國科學家T.Cech和他的同事在對“四膜蟲編碼rRNA前體的DNA序列含有間隔內含子序列”的研究中發現，自身剪接內含子的RNA具有催化功能，並因此獲得了1989年諾貝爾化學獎。

為了與酶（enzyme）區分，Cech將它命名為ribozyme，其中文譯名“核酶”已得到大多數人的認可。因為其本質是RNA，而且不參與翻譯，所以它又屬於組成型非編碼RNA中的一份子。核酶在非編碼RNA的分類中亦被稱為“催化性小RNA”。

核酶的發現對於所有酶都是蛋白質的傳統觀念提出了挑戰。

酶製劑是近年來普遍應用的麵粉改良劑之一。生物酶加入小麥粉或製品中的作用相當大，它能顯著改善麵粉筋力，提高麵粉品質。酶製劑作為生物大分子物質，屬於生物製劑，只要適量使用，一般不考慮其毒性，其安全性比其它改良劑要高的多，因此酶的應用也倍受麵粉企業的青睞。酶本身是活性細胞產生的活性蛋白質，它的催化作用具有高度的專一性；酶的催化效率高，用量相當少，工業化生產經濟合算；操作條件溫和。故在麵粉行業中也廣泛的應用。麵粉中常用的酶製劑是α—澱粉酶、脂肪氧化酶、葡萄糖氧化酶、半纖維素酶、蛋白酶，植酸酶，它們對麵粉品質均有較好的改良作用。

在自然狀態下，植酸與不同的陽離子或蛋白質結合在一起，限制了日糧中蛋白質和礦物質的消化吸收，悉尼大學的試驗證明：植酸可降低家禽的生產性能，植酸的抗營養效應早已引起人們的關注，但有關植酸影響畜禽生產性能的資料卻很少。植酸對營養物質的不良影響表現為降低動物的生產性能，

並且這種影響隨植酸含量增加而加大。最近悉尼大學的試驗驗證了通過在日糧中添加酶他富植酸酶可得到有效改善。其它大量的試驗也驗證了酶他富不僅可促進植酸磷的消化吸收，還可促進其它營養物質的利用。

試驗表明，日糧中添加微生物植酸酶不僅可促進磷的吸收，還可提高Ca、Zn、蛋白質和氨基酸的利用率。飼料工業對微生物植酸酶的認識和接受，不僅取決於它的作用效果，還決定於植酸酶價格、產品穩定性和易操作性。植酸酶能否取得和添加無機磷一樣的經濟效益，決定於植酸酶的額外效應，特別是可促進蛋白質和氨基酸的利用方面。如果在綜合評定時考慮后兩個因素，植酸酶的經濟效益將更明顯。綜上所述，使用植酸酶促進營養物質的利用，降低磷排出，減少環境污染的潛力是巨大的。

酶製劑在油脂中的應用很多也很有意義，但由於過去存在著成本問題，使用尚不廣泛。隨著酶製劑生產規模的增加，成本逐漸降低，且產品本身越來越趨於成熟. 酶法轉化甘油三酯油脂是人類食品的主要營養成分之一，既賦予食品不可缺少的風味，又提供人體的熱量來源。然而，隨著社會進步和科技的發展，人們發現傳統油脂作為甘油三酯的形式容易在人體血管中沉積，從而導致肥胖和心腦血管疾病的發生。利用酶製劑通過酯交換可使甘油三酯轉化為甘油二酯，在小腸內消化吸收，並作為能源消耗掉，不會再形成脂肪，在食用口感上卻不會發生變化。與傳統食用油相比，甘油二酯可降低血脂，長期食用還可以防止體內脂肪尤其是內源性脂肪的積累，可以說是真正的健康油脂。目前，國外已經開發出了商品化的甘油二酯烹調油。

生產人造奶油和起酥油酶技術在起酥油和人造奶油的生產方面也有很好的應用。

這是因為以大豆油為原料氫化生產出來的人造奶油會生成反式酸，這種反式酸已被證明對人體是有害的. 利用酶製劑進行酯交換生產則可避免生成反式酸，目前已經有國際大型食品企業開始利用酶技術進行不含反式酸的人造奶油的生產。相對於穀物食品而言，酶製劑在油脂行業的應用雖然起步較晚，但其發展勢頭將更為迅猛。酶技術在很多傳統的食品加工行業越來越被關注，包括動植物蛋白原料的深加工、保健與營養製品、乳製品、調味品和嬰兒食品等。在對動物蛋白的深加丁中，利用酶製劑改善香腸的風味就是一種絕佳的表現。香腸在加工過程中經高溫滅菌，易導致風味損失。但酶法肉類抽提物可以強化香腸的天然肉香味。目前，這一技術被中國的大型肉類加工企業廣泛採納並已用於肉骨的加工。在植物蛋白方面，現在傳統的大豆蛋白已經不能滿足新應用的需要，而以酶製劑對傳統大豆分離蛋白進行修飾，改變其功能特性，如增強其保健和營養性、提高其溶解性等，從而大大擴展大豆分離蛋白的應用市場，包括將其添加於飲料和乳製品當中。而且，酶在提升酵母抽提物的風味和得率、改善嬰兒食品的可吸收消化性、實現植物原料有效成分的提取等食品加工中都發揮著不可或缺的作用。

隨著對核酶進一步研究，人們還人工合成了一些具有催化活性的DNA。

並沒有發現有天然存在的催化性DNA。

核酶是具有催化活性的RNA ，主要參加RNA的加工與成熟。天然核酶可分為四類：（1）異體催化剪切型，如RNaseP；（2）自體催化的剪切型，如植物類病毒、擬病毒和衛星RNA；（3）第一組內含子自我剪接型，如四膜蟲大核26SrRNA；（4）第二組內含子自我剪接型。利用反義技術研製的藥物稱反義藥物。反義藥物作用於產生蛋白的基因，因此可廣泛應用於多種疾病的治療，如傳染病、炎症、心血管疾病及腫瘤等。與傳統藥物比較反義藥物更具選擇性及效率，因此也更高效低毒。基於上述特點反義藥物已成為藥物研究和開發的熱點。而且反義技術還可以應用於生物科學的基礎研究。

與一般的翻譯RNA相比，核酶具有較穩定的空間結構，不易受到RNA酶的攻擊。更重要的是，核酶在切斷mRNA后，又可從雜交鏈上解脫下來，重新結合和切割其它的mRNA分子。

核酶可通過催化靶位點RNA鏈中磷酸二酯鍵的斷裂，特異性地剪切底物RNA分子，從而阻斷靶基因的表達。