RNA 的新发现

以往人们一直认为，只有蛋白质才有催化功能，因此不言而喻，所有称为酶的生物大分子都是蛋白质。蛋白质是一类功能分子，而核酸是一类信息分子。蛋白质负责催化生物体内的生化过程，核酸则负责编码出这些蛋白质。实际上，在绝大多数现代的生物系统中，情况确是这样。但到了80年代，人们就开始发现一些例外的情况。最初是在一种称为四膜虫的原生动物中发现内含子的剪接可以在没有蛋白质酶存在的情况下进行。这一现象是由美国科学家切克等人首先发现并报道的，该发现开辟了RNA研究的新领域。在真核生物中，很多基因都是断裂式的，即由编码序列的外显子和非编码序列的内含子相间构成。一个断裂基因起码含有一个内含子。当从这些断裂基因的DNA转录出RNA后，紧接着就会除去RNA中非编码的内含子并把外显子连接在一起，这一过程就称为剪接。剪接后的RNA才能用于编码蛋白质或执行其他功能。一般的剪接都需要有蛋白质酶参与催化才能进行。但是在四膜虫的核糖体RNA唯一的一个内含子的剪接过程中，却是不需要任何蛋白质的催化。那么这种剪接过程又是如何进行的呢？切克等人发现，这个核糖体RNA中的内含子可以自行进行剪接，说明这种RNA分子具有“自剪接”的功能。这一RNA的新功能引起了众多的科学家对研究RNA内含子的兴趣，由此进一步发现了更多的RNA内含子都具有自剪接的功能，而且可以看出这些内含子在结构上都有一些相似的特点。于是，有人便把它们归纳成为两大类，分别称为Ⅰ类和Ⅱ类内含子。通过对这些RNA内含子的研究，发现它们除了可有自剪接的功能外，还可有其他一些与酶十分相似的功能。
     例如，它们可以把核酸分子长链的某个特定部位切开，即相当于一种内切酶的作用；它们也可以把两段寡聚核苷酸的短链连结起来，起到相当于一种连接酶的作用；更有甚者，有一些还能以自身的某部分序列作为模板，进行简单的部分自复制。另外，通过在试管里的选择还可以找到一些有催化小分子有机化合物异构化等功能的 RNA。RNA这些类似酶的催化功能不断被发现，使得人们对这类生物大分子刮目相看，并相继冠以它们新的名称，计有“RNA酶”、“核酶”、“酸”、“拟酶”，等等。RNA 酶与蛋白质酶的区别不仅在于它们的化学本质不同，而且在于蛋白质酶只作为一种催化剂，而很多RNA酶本身是集催化剂与反应物于一体，因此所起的催化作用是自催化。不过，有关研究也发现RNA酶同样可以进行一些异体催化。如一种称为核糖核酸酶P（RNase P）的酶是蛋白质和RNA的复合体，可以催化核酸的特异剪切，研究发现这种催化作用主要是由 RNase P中的RNA行使的。近两三年来，RNA的新功能仍不断地被发现。核糖体是细胞内合成蛋白质的重要场所，它由几种大小不等的RNA分子和多种蛋白质组成。在核糖体内，各种氨基酸被逐个连接成肽链，随着越来越多的氨基酸加入，肽链不断地延伸，最终就合成出了完整的蛋白质分子。在蛋白质的生物合成中，把一个新的氨基酸连接到已存在的肽链的末端是极其重要的反应，这一反应称为转肽反应。以往一直认为该反应是由肽基转移酶催化的，而肽基转移酶的角色是由核糖体内的某种蛋白质担当。也有人认为是由蛋白质加上某种RNA的辅助来起催化转肽反应的作用。但令人迷惑的是，即使用到最新的技术，也没有分离出这种肽基转移酶。随着RNA的催化功能的发现，人们恍然大悟，并猜测催化转肽反应的可能不是蛋白质，而是RNA，或是由RNA起到主要的作用。这种猜测在不久前被证实了，因为即使把核糖体中的蛋白质完全去掉，转肽反应仍然能够进行。
     有关的研究还表明，在核糖体中最大的那种RNA分子才是催化转肽反应的最重要的作用因子。从而可以得出结论，就是核糖体中的RNA比蛋白质更重要。RNA编辑是在80年代中期发现的一种新的遗传现象，这种现象首先是在一种称为锥体虫的原生动物中发现的。这种锥体虫的线粒体内的一个基因转录出RNA后，该RNA分子中的一些特异部位便会有某种核苷酸加入，从而改变了这一RNA的序列，因此称为RNA编辑。此后，RNA编辑不仅在锥体虫线粒体内更多的基因的转录产物中发现，而且在其他生物，包括高等植物、哺乳动物和病毒的某些基因的转录产物中同样有RNA编辑的存在。RNA 编辑的范围也扩展到在RNA分子的特定位置上插入或删去某个核苷酸，用另一种核苷酸取代RNA特定位置上的核苷酸等。RNA 编辑的结果使得有关基因上的遗传信息在传递的过程中发生了变化，因此这一发现开始被认为是向“中心法则”的挑战。但后来发现有关如何编辑的信息仍然是来自基因组的，只不过这些信息可以不在有关的基因之内，从而RNA编辑是对中心法则的一个非常重要的补充。另一方面，RNA 编辑的机制仍然不很清楚，有人认为编辑是在由RNA和蛋白质组成的核蛋白体内进行。近年的体外研究表明，第Ⅱ类内含子RNA可以催化加入核苷酸这种编辑过程，因此推测在体内实际进行的RNA编辑中，可能有一些具催化功能的RNA参与而且它们是必不可少的。所有这些有关RNA的新发现促使人们重新考虑RNA在生命起源过程中的作用。