11.13: 核酶

术语核酶用于可以充当酶的 RNA。核糖酶主要存在于选定的病毒、细菌、植物细胞器和低等真核生物中。核酶于 1982 年首次被发现，当时 Tom Chech 的实验室观察到 I 组内含子充当酶。不久之后，Sid Altman 的实验室发现了另一种核酶 Ribonulcease P。切赫和阿尔特曼都因在核酶方面的工作而于 1989 年获得诺贝尔化学奖。

核糖酶根据它们的大小可以分为两组——大和小。大核酶的大小可以从几百个核苷酸到几千个核苷酸不等。I 型和 II 型内含子以及细菌核糖核酸酶 P 是大核酶。小核酶长 30 到 150 个核苷酸。它们存在于许多致病性植物病毒和人类病原体 HDV 中。锤头鱼、发夹鱼、HDV 和 Varkud 卫星是常见的小核酶类型。大多数大核酶需要金属离子，尤其是 Mg²⁺ 来维持其活性，但金属离子对于大多数小核酶来说不是必需的。glmS mRNA 中的 glmS 核酶是一种独特的 α-核酶，因为当 6-磷酸氨基葡萄糖以高浓度存在时，它也充当核糖开关。

大多数天然存在的核酶催化自身 RNA 中存在的自切割断裂磷酸二酯键。与典型的蛋白质酶不同，大多数核酶进行单周转反应，因为在自切割后，它们不再活跃。然而，两种核酶 – 核糖体 P 和 50S 核糖体亚基中的 23S RNA 执行不同的反应。细菌核糖核酸酶 P 是一种 RNA-蛋白质复合物，具有核酸内切酶活性，需要 Mg²⁺ 离子。它的 RNA 成分作用于早产 tRNA 的 5′ 端，产生成熟的 5′ 端。核糖体中存在的 23S RNA 与所有其他已知的天然核酶不同，因为它在翻译过程中进行肽键形成反应，而不是磷酸基转移反应。

由于 RNA 可以作为遗传信息和酶的载体，因此假设过去可能存在一个”RNA 世界”，其中 RNA 在早期生命形式的发展中发挥了重要作用。然而，随着复杂生命形式的进化，具有 20 个氨基酸的蛋白质可能已经开始充当酶并接管了核酶进行的许多反应。该理论得到了体外开发的人工核酶的支持，该核酶可以进行多种反应，例如酰胺键形成、糖苷键形成、碳-碳键形成和氧化还原反应。