生物谷報(bào)道：密西根大學(xué)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(xué)家十多年的研究，核酶已被發(fā)展成為一項(xiàng)新型技術(shù)并廣泛應(yīng)用動(dòng)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(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng),。Walter和密歇根大學(xué)的同事、Xiaowei Zhuang和哈佛大學(xué)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(jìn)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(xué)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(gè)靜態(tài)結(jié)構(gòu)一樣，核酶也會(huì)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(cè)定核酶在兩種不同形式間轉(zhuǎn)換的頻率和速度,，以及當(dāng)改變Ribozyme分子不同部位時(shí)這種轉(zhuǎn)換頻率的變化。
利用數(shù)學(xué)模擬,，研究人員還研究了改變核酶分子的部分對(duì)催化化學(xué)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(gè)部位——甚至是遠(yuǎn)離反應(yīng)中心的地方發(fā)生改變都會(huì)影響到催化的效率,。
Walter說，這些觀測(cè)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(duì)一個(gè)蛋白質(zhì)酶進(jìn)行某種修飾——即使在離催化中心相當(dāng)遠(yuǎn)的位置進(jìn)行，也會(huì)發(fā)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)直接受到影響,，”Walter說,。“這使我們想到可能存在一個(gè)“運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)”使得蛋白酶作為一個(gè)整體行使其功能。我們的觀測(cè)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(duì)了解生物學(xué)本質(zhì)很重要，但是這項(xiàng)工作也可能有實(shí)際利用價(jià)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(gè)想法是有選擇地開啟一個(gè)核酶分子去催化的一個(gè)反應(yīng),，得到的產(chǎn)物與一種特殊的分子結(jié)合時(shí)會(huì)釋放一種特殊的熒光信號(hào)。
“正如我們現(xiàn)在所作的,，當(dāng)你能在單分子水平上進(jìn)行操作時(shí),，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(cè)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(gè)工具，“你將能檢測(cè)單個(gè)細(xì)胞如何產(chǎn)生leptin和測(cè)定環(huán)境改變時(shí)細(xì)胞產(chǎn)生leptin的變化,，”他說,。
在另一項(xiàng)由NASA資助的項(xiàng)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(cè)氨基酸或其它能說明在這個(gè)星球上曾經(jīng)存在生命的證據(jù)。“這個(gè)項(xiàng)目仍然處在發(fā)展階段,，但是我們正在發(fā)展的這項(xiàng)問技術(shù)最終將幫助我們?cè)O(shè)計(jì)出具有多種潛在應(yīng)用價(jià)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
