Science：X射线衍射技术确定核酶晶体结构

　　

生物通报道：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。”
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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。”