谈酶的化学本质

谈酶的化学本质 ? 4? lenv,HIV—lgag,干扰素(IFN一8),人白细胞介素 一 2(IL一2),流感病毒HA,血小板生成素(TPO)及 皮生长因子(EGF)受体蛋白等. 目前,人们正利用杆状病毒表达系统生产重组蛋 白药物,如粒细胞集落刺因子(G—CSF),一=f扰素 (—IFN)和红细胞生成素(EPO)等.尽管许多药物 尚处于试验阶段,但我们有理由相信,在不远的将来忏 状病毒系统一定会为人类生产出廉价,安全的药物.. 作为药物应用,要求生物学活性的形态不会引起意外 的效应或产生抗体.迄今所得的结果表明:用杆状病 生物学教学2001年(第26卷)第3期 毒载体在昆虫细胞系或家蚕体内产生的外源基因产物 儿乎都与人体内产物一样.尽管在糖基化作用方面与 哺乳动物有差别,但这种差别仅仅是因为某些糖类残 基附加不完全所致,因此这可能不会成为与人类免疫 应答有关的一个因子. 基因工程产品孕育着巨大的经济,社会效益,昆虫 忏状病毒表达系统有着独特的优势.中国是世界蚕业 的故乡,完全有理由指望利用家蚕杆状病毒表达系统 刨立一个以养蚕为基础的,富有中国特色的,生产各种 基因工程多肽的高技术产业. 谈酶的化学.本质 陈世军(黔南民族师范学院生物学系贵州558000) 人们对酶的认识起源于生产实践.几千年以前我 国劳动人民就开始制作发酵饮料及食品.夏禹时代, 酿酒已经出现,周代已能制作饴糖和酱,春秋战国时期 已知用曲治疗消化不良.不过当时还不可能知道发酵 现象中酶的作用.1857年Pasteur等人提出酒精发酵 是酵母细胞活动的结果.1878年,Liebig等人提出发 酵现象是由溶解于细胞液中的酶引起的,确立了”酶” 这个名称.1897年,E.Buchner成功地用不含细胞的 酵母汁实现了发酵,即从酵母中分离第一种酶的粗 制品(酵母汁),并推测酶的化学本质址蛋白质.1926 年,J.Sumner第一次从刀豆中纯化?结晶脉酶,通过实 验证明脲酶具有蛋白质性质,于是明确提…酶的化学 本质是蛋白质,这是人类对酶酌化学本顷队识的第一 次飞跃.20世纪30年代Northrop又分离出结晶的胃 蛋白酶,胰蛋白酶及胰凝乳蛋白酶,同时证实了这些酶 也是蛋白质,从而肯定了JSumner的结论,J.Sumner 也因此荣获1964年的诺贝尔化学奖.在此后的JL十 年中,人们发现了几千种酶,并确认了这些酶都是蛋白 质. 是否所有的酶都是蛋白质呢?1982年,T.Cech发 现四膜虫(Tetrahymena)的26SrRNA前体在没有蛋白 质的情况下可进行内含子的自我接拼.随后,在1983 年SAhman和Pace分别报道了,若将大肠杆菌(E. Coli)tRNA前体加工过程起催化作用的酶(全酶由 80%RNA和20%蛋白质组成)的蛋白质部分除去,留 下来的RNA部分具有与全酶相同的催化活性.这 例事实说明某些RNA具有酶活性,从而打破了”酶是 蛋白质”的一统天下的观点,这是人类对酶的化学本质 认识的第二次飞跃.然而最使人震惊的例子是T Cech1986年发现L9RNA(四膜虫26SrRNA前体经自 身拼接所释放出的内含子的缩短形式)在一定条件下 能够以高度专一陛的方式去催化寡聚核糖核苷酸底物 的切割与连接,LRNA在催化过程中既有核糖核酸酶 性,又有RNA聚合酶活性,并且L.RNA表现出经 典酶促作用的几种特征:(1)要求高度底物专一性,这 个RNA在寡聚胞苷酸C6上的作用比寡聚尿苷酸v 上快得多,而在寡聚腺苷酸上及寡聚鸟苷酸G上 则一点也不起作用;(2)服从Michaelis--Menten动力 学规律,对C5来说,Km值为42/2mol/L,K(值为0. 033;对竞争性抑制剂敏感,如脱氧c是Cs的竞争性 抑制剂.因此LRNA可以看作是一种酶.T.Cech和 S.Altman也因此荣获1989年诺贝尔化学奖.人们把 这类本质为RNA的酶称为核糖酶,又称酶性RNA,酶 RNA等,它们很适于去识别并转化单链核酸,因为它 『『]与所作用的核酸底物享用共同的碱基配对语言.但 是大多数RNA不能形成大的非极性分子,而且与蛋白 质相比,它们的易变性也小得多,因为核酸只有四种不 同的构造单位,而不像蛋白质那样有20种氨基酸作为 基本构造单位.因此,自然界中大部分酶的本质是蛋 白质. 1994年12月,G.Joyce等的研究表明,一个人工 台成的单链多聚脱氧核苷酸(由35个脱氧核苷酸组成 的单链DNA)能催化水解某一特定的由核糖核苷酸和 1电氧核糖核苷酸形成的磷酸二酯键.G.Joyce等将这 种具有酶活性的DNA称为酶性DNA(DNAenzyme). 这一发现,使人们认识到除蛋白质和RNA外.某些 生物学教学2001年(第26卷)第3期 DNA也具酶性,实现了人类对酶化学本质认识的第三 次飞跃.1995年,我国王身立等人证明从绿豆中提取 的一种DNA具有催化萘酯分解的酯酶活性;1995年6 ,B.Cuenud和Szostak报道,他们发现了一个酶性 DNA,具有连接酶的活性,能够催化与它互补的两个 DNA片段之间形成磷酸二酯键而连接成一个DNA分 子.1995年l0月Usman等人报道他们发现了另一个 酶性DNA,对核糖核酸分子具有较弱的水解活性.这 „)? 些事实可与G.Joyce的研究结论相比较. 由此可见,酶的化学本质除大部分是蛋白质外,有 的则是IA或DNA.目前国内外的酶性RNA和酶性 DNA的研究已分外引人注目,特别是在医疗上的应用 研究.酶性DNA和酶性RNA的发现,对于人们关切的 生物进化,生命起源等的研究有着重要的启示,对分子 生物学的”中心法则”也是一个重要的补充和发展. 中枢神经再生研究的进展 董亚芳(华东师范大学生物学系上海200062) 再生是一种以修复或替代损伤部位为目的的正常 生理反应.一般来说,损伤越严重,再生的反应也越强 烈.人体中大部分组织,包括肌肉,皮肤,肝脏和外周 神经,都具有一定程度的受损伤后自我修复的能力. 但奇怪的是,构成人体中枢神经系统的大脑和脊髓却 几乎不具有这种先天的修复能力.对成年人来说,大 部分的中枢神经系统不能再形成新的神经元,也不能 再长出能在神经元之间传导电冲动的轴突.正是由于 这个原因,中枢神经系统的损伤通常会成为永久性的 伤害. 长久以来,神经学家对这一现象进行了不懈的研 究.他们首先观察到中枢神经系统轴突顶端在受损之 初似乎仍会生长,但接着便逐渐退化丁(Ramon, 1928),此后又证明了某些成人中枢神经系统中的神经 元轴突可以通过移植到外周神经中而继续生长(David 等,1981).这些发现似乎都表明轴突不能再生可能是 由于它们处在抑制其生长的环境中.进一步的的实验 发现,这种环境是由中枢神经系统中寡突胶质细胞和 星状胶质细胞所造成的(Schwab等,1985). 十年前,已有人鉴定出两种能强力抑制轴突再生 的髓磷脂蛋白分子,并发现了一种称为IN一1的单克 隆抗体,它能识别并中和髓磷脂蛋白的抑制作用(Ca— roni等,1988).若把IN一1注入脊髓受损的成年鼠, 结果发现约5%的受损轴突穿过受伤的组织再生了, 而且这些成年鼠在运动机能方面也表现出显着的提高 (Bregman等,1995). 目前,运用生物化学和现代分子生物学技术,人们 已分别从鼠和人的基因库中发现了一个被为Nogo的 基因,它编码一种被命名为Nogo—A(1,163个氨基 酸)的具抑制轴突再生作用的髓磷脂蛋白(PriNha等, 2000;GrandPre等,2000).这种只存在于中枢神经系 统中能被IN一1抗体识别的蛋白分子,可在寡突胶质 细胞内大量地表达,而位于外周神经系统中的施旺氏 细胞却不表达产生这种蛋白.此外.研究还表明Nogo 基因在某些神经元和几种非神经组织中还会表达产生 两种被称为Nogo—B(360个氨基酸)和Nogo—C(199 个氨基酸)的蛋白分子,至于这两种分子是否具有抑制 轴突再生的作用,目前仍存在着争议,有待进一步的实 验证明. 实验发现Nogo蛋白大量地存在于寡突胶质细胞 的内质网中,而且其分子中含有一段能使其固定在内 质网膜上的序列,这似乎表明Nogo蛋白不太可能会与 轴突接触.然而,就目前已知,至少存在两种其他的髓 磷脂蛋白也具有类似的固定序列却可移动到细胞膜 上;其次,免疫染色实验也已确证至少有一部分的No— go—A蛋白能到达培养中的寡突胶质细胞的表面(chen 等,1999);第三,有两种特异的Nogo—A蛋白的抗血 清具有与IN一1抗体十分相似的作用,即它们都能在 视觉神经的移植实验中抑制寡突胶质细胞的作用,使 培养中的轴突再生(chen等,1999).以上这些研究结 果,使我们有理由相信至少有一部分的Nogo蛋白一定 存在于细胞表面并发挥着抑制轴突再生的作用. 另外,已知用髓磷脂蛋白免疫过的实验鼠在神经 再生方面的能力比未免疫过的至少强十倍,而且半数 实验鼠的脊髓中约有1/2的轴突重新伸长了相当一段 距离,相应地其运动机能也得到了相当程度的恢复. 这项惊人的发现提示我们,克服髓磷脂蛋白的抑制作 用具有巨大的潜在价值,这也正是目前科学家们尽力 从事这方面研究的巨大魅力所在.当然,若要将这项 技术真正运用于临床,实际帮助那些因中风和脊髓受 损而遭受病痛折磨的病人,尚有许多问题有待解决. 但是,髓磷脂抑制性蛋白Nogo的发现无疑使我们在 “中枢神经再生研究”这条漫长的探索道路上迈出了标 志性的一步.