牛胰核糖核酸酶

牛胰核糖核酸酶，通常也稱為牛胰核糖核酸酶A或簡稱RNase A，是一種可切割單股RNA的胰核糖核酸酶。牛胰核糖核酸酶是蛋白質科學中的經典模型系統之一。為表彰在牛胰核糖核酸酶方面所做的研究，諾貝爾化學獎曾兩度頒發：1972年，該獎項授予 Christian Anfinsen，以表彰其在蛋白質摺疊方面的研究；授予 Stanford Moore 和 William Stein，以表彰他們在蛋白質結構與其化學機制之間關係的研究。1984年，該獎項授予 Robert Bruce Merrifield，以表彰其發展的蛋白質化學合成法。

歷史

牛胰核糖核酸酶之所以成為蛋白質研究中一個常見的模型系統，主要是因為它極其穩定，並且可以大量純化。在1940年代，Armour and Company公司純化了一公斤的該蛋白質——這在當時的蛋白質純化標準來看是極大的量——並以低價將樣品提供給感興趣的科學家。能夠獲得單一批次的純化酶，使其成為蛋白質研究的主要模型系統。作為其蛋白質家族中最著名的成員，它通常被稱為核糖核酸酶A或RNase A，該家族也被稱為胰核糖核酸酶、核糖核酸酶A或核糖核酸酶I。

Christian Anfinsen對牛胰核糖核酸酶氧化摺疊過程的研究，為理解胺基酸序列與蛋白質摺疊後的三維結構之間的關係奠定了基礎，並鞏固了蛋白質摺疊的熱力學假說，該假說認為蛋白質的摺疊形式代表其自由能的最小值。

RNase A是第一個在結構未知前，就已提出正確催化機制的酶。RNase A是第一個被用於展示蛋白質摺疊中，脯胺酸殘基前的肽鍵之非天然異構體效應的蛋白質。

牛胰核糖核酸酶也是用於發展許多分析蛋白質結構的光譜學方法的模型蛋白，這些方法包括吸光度、圓二色性、拉曼光譜、電子順磁共振（EPR）及核磁共振（NMR）光譜學。它是開發蛋白質研究化學方法的第一個模型蛋白，這些方法如暴露側鏈的化學修飾、抗原識別，以及無序區段的有限蛋白水解。核糖核酸酶S（RNase S）是由RNase A經枯草桿菌蛋白酶處理而來，它是第三個在1967年被解析出晶體結構的蛋白質。

結構與性質

RNase A是一種相對較小的蛋白質（124個殘基，約13.7 kDa）。它可以被描述為一個雙層的 \alpha + \beta 蛋白質，帶有用於結合RNA受質的深裂溝。第一層由來自蛋白質N端半部的三個α螺旋（殘基3-13、24-34及50-60）組成。第二層由來自C端半部的三個β髮夾（殘基61-74、79-104及105-124）組成，排列成兩個β摺疊。髮夾61-74和105-124形成一個四股反平行的β摺疊，位於螺旋3（殘基50-60）之上。最長的β髮夾79-104與一個短的β股（殘基42-45）配對，形成一個三股反平行的β摺疊，位於螺旋2（殘基24-34）之上。

RNase A在其天然狀態下有四個雙硫鍵：Cys26-Cys84、Cys58-110、Cys40-95及Cys65-72。前兩個（26-84及58-110）對構象摺疊至關重要；它們各自將第一層的一個α螺旋與第二層的一個β摺疊連接起來，在其附近形成一個小的疏水核心。後兩個雙硫鍵（40-95及65-72）對摺疊較不重要；在生理條件下，任一鍵可被還原（但不能兩者皆是）而不影響其天然結構。這些雙硫鍵連接環狀區段，且相對暴露於溶劑中。65-72雙硫鍵具有極高的形成傾向，無論是作為肽鏈還是存在於全長蛋白質中，其形成傾向都遠高於其環熵的預期。這表明61-74 β髮夾具有很高的構象摺疊傾向。

RNase A是一種鹼性蛋白質（pI = 9.63）；其眾多的正電荷與其和RNA（一種聚陰離子）的結合相符。更廣泛地說，RNase A異常地具有極性，或者說，異常地缺乏疏水基團，特別是脂肪族基團。這或許可以解釋為何它需要四個雙硫鍵來穩定其結構。低疏水性含量也可能有助於減少高電荷基團（其自身及受質RNA的基團）與低介電常數區域（非極性殘基）之間的物理排斥力。

RNase A的N端α螺旋（殘基3-13）通過一個柔性連接子（殘基16-23）與RNase A的其餘部分相連。正如F. M. Richards所證實，此連接子可在殘基20和21之間被枯草桿菌蛋白酶切割，而不會導致N端螺旋與RNase A的其餘部分分離。該肽-蛋白複合物稱為「RNase S」，肽（殘基1-20）稱為「S-肽」，而其餘部分（殘基21-124）則稱為「S-蛋白」。S-肽對S-蛋白的解離常數約為30 pM；這種緊密的結合可用於蛋白質純化，方法是將S-肽連接到目標蛋白上，然後將混合物通過一個結合了S-蛋白的親和層析柱。［一個較小的C-肽（殘基1-13）也同樣有效。］RNase S模型系統也已被用於通過偶聯摺疊與結合來研究蛋白質摺疊。S-肽是第一個在分離狀態下被證明具有（不穩定）二級結構的天然蛋白質肽段（由Klee和Brown於1967年證明）。

RNase A專一性地在嘧啶核苷酸之後進行切割。切割過程分兩步進行：首先，3',5'-磷酸二酯鍵被切割，生成一個2',3'-環狀磷酸二酯中間產物；其次，該環狀磷酸二酯被水解成3'-單磷酸。它可以被核糖核酸酶抑制蛋白、重金屬離子以及尿苷-釩酸鹽複合物所抑制。

酶促機制

RNase A的正電荷主要位於兩個葉瓣之間的深裂溝中。RNA受質位於此裂溝中，並被兩個催化性組胺酸殘基His12和His119切割，形成一個2',3'-環狀磷酸中間產物，該產物由附近的Lys41穩定。

酶調控

此蛋白質可能使用morpheein模型的變構調節。

參見

• 核糖核酸酶

外部連結

Category:核糖核酸酶 Category:EC 3.1.27