《核酶抗体酶》PPT课件.ppt

Company Logo,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,核酶 抗体酶,Company Logo,核 酶（Ribozyme,),一、,概述,二、,剪接型核酶,三、,剪切型核酶,四、,核酶的应用,五、,核酶技术面临的问题,六、,脱氧核酶,（deoxyribozyme),Company Logo,1、,对酶及生物催化剂的认识的发展,一、概 述,生物催化剂,（,Biocatalyst）,蛋白质类：天然酶,enzyme,极端酶,extremozyme,抗体酶,abzyme,生物工程酶,其它：模拟酶,核酸类:,克隆酶,遗传修饰酶,蛋白质工程新酶,、,Ribozyme,Deoxyribozyme,Company Logo,2、长期以来，人们认为只有某些蛋白质才有生物催化功能但近些年研究发现，某些,RNA,分子也具有生物催化功能，被称为,Ribozyme,1982,年,Cech,等发现四膜虫细胞大核期间26,SrRNA,前体具有自我剪接功能，并于1986年证明其内含子,L-19IVS,具有多种催化功能1984年,Altman,等发现,RNaseP,的核酸组分,M,1,RNA,具有该酶的活性，而该酶的蛋白质部分,C,5,蛋白并无酶活性。

Cech,和,Altman,因发现,Ribozyme,而获得1989年度诺贝尔化学奖Company Logo,3、核酶作用的特点,化学本质 RNA,底物 RNA 肽键 -葡聚糖分支酶,反应特异性(专一性）碱基,催化效率 低,产物,Company Logo,剪切型核酶,剪接型核酶,根据催化反应,锤头核酶,I,内含子,II,内含子,发夹核酶,丁型肝炎病毒（,HDV),核酶,RNaseP,4.核酶的分类,Company Logo,二、剪接型核酶,剪接型核酶的作用机制是通过既剪有接的方式除去内含子（Intron).,剪接型核酶分类,1、,I类内含子,2、,II类内含子,Company Logo,1.I类内含子的自我剪接(Self-splicing),剪接机制,L-19IVS在体外的多种酶活性,核酶是一种金属依赖酶,结构与功能的关系,引导序列：IVS中的6个嘌呤核苷酸序列,5CUCUC,U,3,3GGGAGG5,G结合位点:IVS 中的 P7茎区,空间结构,Company Logo,核酶是一种金属依赖酶,金属离子的作用,：,1、特异的结构作用，或参与活性部位的 化学过程,2、促进RNA的总体折叠,3、二价金属离子（如Mg,2+,）与底物活性部位直接相互作用，参与过渡中间复合物的形成,Company Logo,2、类内含子的自我剪接,剪接机制,结构与功能的关系,Company Logo,三、剪切型核酶,1、自身催化剪切型RNA,1、1,剪切机制,1、2 结构与功能的关系,锤头结构,(Hammerhead),发夹结构,(Hairpin),斧头结构,(Axehead),假结样结构,(Pseudoknot-like),1、3,影响核酶活性的因素,Company Logo,2、异体催化剪切型,RNA,核糖核酸酶,P(RNaseP),是内切核酸酶，是核糖核蛋白体复合物，能剪切所有,tRNA,前体的5端，除去多余的序列，形成3-,OH,和 5-磷酸末端。

RNaseP,由,M1RNA,和蛋白质亚基组成体外：,M1RNA,具催化作用,蛋白质作为辅助因子,体内：,M1RNA,和蛋白质对酶活性都是必需的2、1,剪切机制,Mg,2+,2、2,结构与功能的关系,M1RNA,5端完整结构对维持催化活性是必需的胰腺癌护理 胰腺癌康复 胰腺癌饮食：,Company Logo,RNaseP,可剪切前体5端41,nt,5,端成熟不同,tRNA,的 5 端没有顺序共同性，剪切的准确性与剪切部位周围的核苷酸顺序无关，表明在,RNaseP,的组分内没有引导序列，,RNaseP,所识别的是底物的,高级结构,RNaseP,底物的二级结构,剪切位点,Company Logo,Company Logo,1、,转核苷酸作用,2,CpCpCpCpC CpCpCpCpCpC,+CpCpCpC,2、,水解作用,CpCpCpCpC CpCpCpC+pC,3、,转磷酸作用,CpCpCpCpCpCp+UpCpU,CpCpCpCpCpC+UpCpUp,4、,去磷酸作用,CpCpCpCpCp CpCpCpCpC+Pi,5、,限制性内切酶作用,CpUpCpUpN +G CpUpCpU,+GpN,Company Logo,核酶在医学上的应用,1、,核酶抗肝炎病毒的研究,目前人们已进行了核酶抗甲型肝炎病毒（,HAV)、,乙型肝炎病毒（,HBV）、,丙型肝炎病毒（,HCV）,以及,HDV,作用的研究。

人工设计核酶多为锤头状结构，少部分是采用发夹状核酶2、抗人类免疫缺陷病毒型（,HIV-,)核酶,1998,年，美国加利福尼亚大学,Wong-Staal,等利用发夹核酶抑制,HIV-,基因表达，并率先进入临床期3、抗肿瘤治疗 核酶能在特定位点准确有效地识别和切割肿瘤细胞的,mRNA,抑制肿瘤基因的表达，达到治疗肿瘤的目的Company Logo,五、核酶技术面临的问题,1、核酶催化切割反应的可 逆性问题,2、提高催化效率,3、寻找合适载体将核酶高效、特异地导入靶细胞,4、使核酶在细胞内有调控地高效表达,5、增强核酶在细胞内的稳定性,6、对宿主的损伤问题有待进一步考察,Company Logo,六、脱氧核酶的研究,1、,体外选择技术筛选脱氧核酶分子,脱氧核酶分子的体外选择是通过优先扩增事先固定在固相载体上的具有自我裂解功能的活性分子来实现的通过这一技术已有两种具有,RNA,裂解活性的脱氧核酶被筛选出来8-17，,10-23,2、脱氧核酶催化特征,10-23裂解位点为嘌呤、嘧啶连接,双链稳定性越高，酶活性越高,结合臂的长度影响酶催化转换性,RNA-DNA,比,RNA-RNA,稳定性差对,Mg,2+,Zn,2+,Ca,2+,Mn,2+,有依赖性,组氨酸，精氨酸促进催化活性,极强的切割特异性（单碱基错配即可大幅降低切割活性）,Company Logo,10-23型脱氧核酶作用机理,R,Y R,RNA substrate,切割点,R=A or G,Y=C or U,deoxyribozyme,5,3,Company Logo,手枪型脱氧核酶自我剪切作用机理,茎,II,(,催化部位),茎,I,(,结合部位),5,3,3,C A,切割点,10,20,30,40,Company Logo,p,3 HO-G,p,3,p,P-G,OH,p,P-G,3,HO,类内含子的剪接机制,Mg,2+,或,Mn,2+,GMP,GDP,GTP,外显子,内含子或居间序列,（,Intervening sequence,IVS),5,Company Logo,p,2,HO-A,p,p-A,p,3,OH,p,P-A,HO 3,类内含子的剪接机制,Mg,2+,套环的形成,5,3,外显子连接,Company Logo,B,A,A,5,B,B,A,B,A,PCR,PCR,5,5,5,Streptavidin,Column,NaOH,cofactor,体外选择技术筛选具有自我裂解功能的,DNA,分子,N50(DNA,分子库）,Company Logo,类内含子二级结构通式,保守序列,G,结合位点,剪接部位,引导序列,Company Logo,类内含子有一个保守的二级结构：,结构域,：两个保守内含子结构序列,EBS1,EBS2,与两个外显子结构序列,IBS1,IBS2,互相配对。

结构域,：高度保守，催化活性必需结构域,：,A,提供2-,OH,类内含子二级结构模式,5 3,Company Logo,5个环和4个螺旋形成两个结构域,剪切反应发生在底物识别序列,GUC,的5端,两个内部环中的碱基及在螺旋区的,G11,和底物中的,G+1,都是酶发挥作用所必需的5,3,发夹二级结构模型,剪切位点,Company Logo,HDV RNA,斧头结构模式,三个碱基对的茎,需要二价阳离子，,产生5-,OH,和 2,3-环磷酸,剪切部位,剪切部位,Company Logo,这类,RNA,进行自身催化的反应是只切不接特点,：在,Mg,2+,或其他二价金属离子存在下，在特定的位点，自我剪切，产生5-,OH,和2，3-环磷酸二酯末端,剪 切 机 制,核酶自身剪切反应,Company Logo,mRNA,剪接过程,mRNA,剪接反应是在剪接体（,splicesome),上进行的.,5种,snRNA,剪接体,50多蛋白质,Company Logo,锤头结构的 五种类型,R,示酶，,S,示底物，箭头示剪切位点,Company Logo,建议的,L19 RNA,催化机理,Company Logo,锤头型核酶对切割位点的识别位点遵守,NHH,规则（,N,代表任意核苷酸，,H,代表,A,U,或,C）。

催化过程需要二价金属离子参与单金属离子催化,双金属离子催化,Company Logo,Company Logo,锤头型核酶的二级结构 和空间立体结构示意图,三个双螺旋区,13个核苷酸残基保守序列,剪切反应在右上方,GUX,序列的3端自动发生,Company Logo,UCU,AAA,IVS,G,UAA,Pre-rRNA,UCU,A,A,A,G,UAA,UCU,oH,3,5,GAAA,G,UAA,UCUUAA,5,GAAA,G,OH,3 G-IVS,L-19IVS,19,nt,5,3,rRNA,5,3,5,pG,OH,3,5,3,四膜虫,rRNA,前体自我剪接反应,Company Logo,CCCUCU,O,P,+,HO,G,3,OA,o,o,o,CCCUCU,O,P,OA,o,O,G,CCCUCU,OH,+,P-oG,o,A,o,o,过渡态,Company Logo,CCCUCU,O,P,OA,o,O,G,o,CCCUCU,O,P,OA,o,O,G,Mg,2+,Mg,2+,o,过渡态,金属离子催化,Company Logo,Company Logo,锤头（,Hammerhead),结构,二级结构模型,锤头二级结构编号,锤头结构的类型,锤头核酶的催化反应机制,Company Logo,17位（,X）,的核苷酸残基多数是,C,不能是,U,G.,7位核苷酸残基的置换不会对酶活性产生很大影响,锤头二级结构编号,7位核苷酸,17位核苷酸,Company Logo,发夹（hairpin）结构,发夹核酶发现于三种不同植物RNA病毒，即烟草环点病毒，菊苣黄色斑点病毒型和筷子芥花叶病毒。

三种发夹核酶分别是这些RNA病毒卫星RNA的负链，英文缩写分别是sTRSV,sCYMVT,sARMV,均为单链RNA发夹核酶结构模型,发夹核酶催化机制,金属离子在催化反应 中起结构作用，其剪切活性比锤头结构核酶高Company Logo,GUACGGCCGGU,GCCGGCUGGGG,CAUU,CCGAGGGGAC,CAA,GUAAUGGCUCCCCUG,c,CGG,GUCCAGCC,U U,C C,G C,C U,CAGGU,AAGCG,3,5,剪切位点,HDV,核酶假结样结构,L3,L4,J1/2,J1/4,J2/4,四个螺旋区，三个连接区，两个环,活性中心区：,J1/4,J2/4,L3,剪切位点：688/689,Company Logo,影响核酶活性的因素,1、pH值对活性的影响 pH70 -7 5 时核酶活性最高2、二价金属阳离子对活性的影响 Mg,2+,Mn,2+,3、抗生素对活性的影响 大多数为抑制效应,4、变形剂对活性的影响,5、温度对活性的影响 在65范围内随温度升高而增加，37 时均有适宜的活性Company Logo,Company Logo,四、核酶的应用,一、,在医学领域中的应用,：,2.免疫源性低，很少引起免疫反应。

3.针对锤头核酶而言，。