水分子是地球上所有生命形式構(gòu)成的基礎(chǔ),，并且具有“通用”溶解濟(jì)的性質(zhì),。RNA酶（RNA enzyme）也稱為核酶（ribozyme）,，與蛋白質(zhì)酶一樣可以加速細(xì)胞中的化學(xué)反應(yīng)，在細(xì)胞中發(fā)揮重大作用并且是潛在的醫(yī)療原材料,。正如蛋白質(zhì)酶是一種非靜態(tài)結(jié)構(gòu)一樣,，核酶也在活動(dòng)和休眠狀態(tài)（稱之為conformations構(gòu)型）之間不斷變化形狀。
目前,，由美國(guó)密切根大學(xué)和捷克科學(xué)院（the Academy of Sciences of the Czech Republic,，ASCR）研究人員組成的聯(lián)合小組，發(fā)現(xiàn)在RNA酶中的水分子的前所未知的重大作用,。研究結(jié)果發(fā)表于本周（8月）PNAS網(wǎng)絡(luò)版,。
在由U-M's Nils Walter化學(xué)副教授帶領(lǐng)的研究小組的早期工作中，發(fā)現(xiàn)核酶分子的各個(gè)部分,，甚至在遠(yuǎn)離化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的部位都存在修飾現(xiàn)象（modifications）,，并且這種修飾現(xiàn)象影響酶改變構(gòu)象的速度和催化化學(xué)反應(yīng)的速率，這些與蛋白質(zhì)酶有相似之處,，但在此之前的RNA酶研究中從來(lái)沒有被發(fā)現(xiàn)過,。這項(xiàng)刊登于兩年前PNAS上的早期發(fā)現(xiàn)向研究工作者提示：核酶上較遠(yuǎn)距離部位發(fā)生的變化會(huì)沿著某種網(wǎng)絡(luò)傳遞到分子的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生中心。最近的研究顯示：在核酶中心被“捕獲”的水分子就是此網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分,。
如果將氫鍵作用薄弱,、分子與分子之間或者分子各亞基之間發(fā)生靜電吸引的區(qū)域比作雞尾酒會(huì)的話，那么這種網(wǎng)絡(luò)如同雞尾酒會(huì)上擁擠的人流,。核酶中“捕獲”的水分子可以與其它水分子或者核酶分子的亞基形成氫鍵,。
Walter 說(shuō)：“總結(jié)一下就是說(shuō)在核酶中，一個(gè)地方引發(fā)的化學(xué)修飾會(huì)使局部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生微妙地變化,。”構(gòu)成核酶的各亞基擺動(dòng)進(jìn)入不同的位置,，并在此過程中解開某些氫鍵，重新形成另一些氫鍵,，如同酒會(huì)上社交高手之間互換位置與各種人員打交道一樣,。
“結(jié)果，通過氫鍵與這些亞基結(jié)合的伙伴（有些是水分子）也被跟著重新改變‘造型’,；繼而通過氫鍵與這些伙伴相結(jié)合的伙伴的伙伴也不得不重新改變‘造型’……這種多米諾骨牌效應(yīng)使局部的改變被傳遞到整個(gè)分子,，分子各個(gè)部位的結(jié)構(gòu)都被跟著改變了。”水分子能夠在各部位靈活地形成氫鍵,，使整個(gè)核酶看起來(lái)更像一個(gè)相互連接的整體,，因此水分子對(duì)這種多米諾傳遞過程至關(guān)重要,。
Walter及其同事證實(shí)核酶中水分子的另一大功效：水分子直接參與核酶的催化反應(yīng)。通過將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和單分子熒光能量共振轉(zhuǎn)移技術(shù)（single-molecule fluorescence resonance energy transfer）聯(lián)系起來(lái),，研究人員能夠直接觀察,、測(cè)量核酶改變構(gòu)型的速度以及這種速度隨分子中發(fā)生變化的亞基不同而變化的情況。
這種情況與蛋白質(zhì)酶中的不盡相同,，蛋白質(zhì)酶中各部分間構(gòu)象改變的信息傳遞不需要水分子,，水分子在酶發(fā)生作用時(shí)會(huì)被排出核心區(qū)域。而在核酶中則會(huì)出現(xiàn)一個(gè)由氫鍵形成的網(wǎng)絡(luò)（network of hydrogen bonds）,，在分子內(nèi)一處接一處地傳遞信號(hào),。
目前的研究只是集中在一種特異的核酶，Walter認(rèn)為此研究結(jié)果適用于其它的RNA,。假如真如Walter所想,，那么此結(jié)果將會(huì)引起從事于尋找RNA不同功能的科研人員的廣泛關(guān)注。RNA在初期一直被認(rèn)為只是被動(dòng)地傳遞遺傳信息代碼,，現(xiàn)在看來(lái)RNA調(diào)節(jié)基因表達(dá)等重大細(xì)胞事件,，而且具有傳感器的作用——檢測(cè)細(xì)胞信號(hào)并及時(shí)做出相應(yīng)的反應(yīng)。實(shí)際上,，在細(xì)胞中除了mRNA外（人類大約25,，000），還存在許多非編碼蛋白的RNA（100,，000）,。
關(guān)于核酶的研究工作不僅處于理論研究階段，目前世界上也已經(jīng)有許多工業(yè)實(shí)驗(yàn)室致力于發(fā)掘RNA的醫(yī)療潛力,。一種名為RNA aptamers的人工合成分子,，可以與引發(fā)某種疾病的相關(guān)蛋白結(jié)合，阻止疾病發(fā)生過程的關(guān)鍵步驟,。
Walter 說(shuō)：“水分子調(diào)節(jié)這些aptamers與疾病相關(guān)靶標(biāo)蛋白的結(jié)合,，直至將蛋白從其致病部位徹底趕出去。所以我們得到的這些關(guān)于核酶中水分子作用的基礎(chǔ)理論有助于改善這些疾病的治療措施,。”
