生物谷報道：密西根大學的研究人員Nils Walter說,，致力于了解核酶（ribozyme）工作過程的研究,，最終將有助于產(chǎn)生監(jiān)控脂肪代謝的方法，甚至將可能參與到尋找火星生命跡象的研究中,。
核酶（Ribozyme）是80年代初期發(fā)現(xiàn)的具有催化功能的RNA分子。它具有高度專一內(nèi)切核酸酶的活性。經(jīng)過科學家十多年的研究,，核酶已被發(fā)展成為一項新型技術(shù)并廣泛應(yīng)用動植物抗病，人類疾病防治等領(lǐng)域的研究,，顯示出了廣闊的應(yīng)用前景,。與常見的蛋白質(zhì)組成的酶相似，RNA酶能加速細胞內(nèi)的化學反應(yīng),。Walter和密歇根大學的同事,、Xiaowei Zhuang和哈佛大學的同事希望了解核酶分子的變化如何影響其活性，他們還想更好地了解進化如何塑造RNA酶行使其功能,，并找到操控它們的方法,。
Walter的研究組將單分子熒光共振能量傳遞（fluorescence resonance energy transfer，F(xiàn)RET）技術(shù)和數(shù)學模擬結(jié)合起來研究一種與煙草花葉病毒復(fù)制有關(guān)的核酶,。正如蛋白質(zhì)的酶不是一個靜態(tài)結(jié)構(gòu)一樣,，核酶也會變化形狀、在緊湊的催化活性狀態(tài)和松散的無活性狀態(tài)間來回地變化。單分子FRET技術(shù)能使研究人員直接觀察和測定核酶在兩種不同形式間轉(zhuǎn)換的頻率和速度,，以及當改變Ribozyme分子不同部位時這種轉(zhuǎn)換頻率的變化,。
利用數(shù)學模擬，研究人員還研究了改變核酶分子的部分對催化化學反應(yīng)能力的影響——他們吃驚地發(fā)現(xiàn)無論改變分子的哪個部位——甚至是遠離反應(yīng)中心的地方發(fā)生改變都會影響到催化的效率,。
Walter說,，這些觀測結(jié)果與普通的蛋白質(zhì)的酶很相似，但是直到現(xiàn)在還沒有證據(jù)表明核酶工作方式與蛋白質(zhì)酶相似,。
“若干年前已經(jīng)知道如果對一個蛋白質(zhì)酶進行某種修飾——即使在離催化中心相當遠的位置進行,，也會發(fā)現(xiàn)化學反應(yīng)直接受到影響，”Walter說,。“這使我們想到可能存在一個“運動網(wǎng)絡(luò)”使得蛋白酶作為一個整體行使其功能,。我們的觀測結(jié)果也使我們首次假設(shè)核酶也存在同樣的情況。”
Walter說,，弄清核酶如何工作對了解生物學本質(zhì)很重要,，但是這項工作也可能有實際利用價值。尤其是,，Walter和同事Robert. T. Kennedy,、Jens-Christian Meiners正在研究將它們作為生物傳感器的前景。這個想法是有選擇地開啟一個核酶分子去催化的一個反應(yīng),，得到的產(chǎn)物與一種特殊的分子結(jié)合時會釋放一種特殊的熒光信號,。
“正如我們現(xiàn)在所作的，當你能在單分子水平上進行操作時,，你就能得到盡可能小的生物傳感器,，”Walter說。這種傳感器將能夠檢測重要的荷爾蒙如leptin（一種與脂肪代謝相關(guān)的蛋白）,。利用這樣一個工具,，“你將能檢測單個細胞如何產(chǎn)生leptin和測定環(huán)境改變時細胞產(chǎn)生leptin的變化，”他說,。
在另一項由NASA資助的項目中研究人員希望開發(fā)出一種生物傳感器——這種生物傳感器能夠被發(fā)送到火星上并能探測氨基酸或其它能說明在這個星球上曾經(jīng)存在生命的證據(jù),。“這個項目仍然處在發(fā)展階段，但是我們正在發(fā)展的這項問技術(shù)最終將幫助我們設(shè)計出具有多種潛在應(yīng)用價值的生物傳感器,，”Walter說,。
研究成果公布在6月24日的PNAS的網(wǎng)絡(luò)版上。
原文：
David Rueda, Gregory Bokinsky, Maria M. Rhodes, Michael J. Rust, Xiaowei Zhuang, and Nils G. Walter.Single-molecule enzymology of RNA: Essential functional groups impact catalysis from a distance.Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 10.1073/pnas.0403575101
