结构生物化学/核酸/RNA/RNA 修饰/核糖核酸酶
核糖核酸酶是一种能够切割形成 RNA 主链的每个核酸单元之间的磷酸二酯键的酶。单个 RNA 链中的磷酸二酯键是由一个核糖糖分子上的 3' 碳原子与连接到相邻核苷的另一个核糖糖上的 5' 碳原子之间的连接形成的。这些酶具有重叠的功能，因为小核 RNA 作用于 mRNA，因此它们通过将 RNA 分解成更短的部分链来催化 RNA 降解。核糖核酸酶可以分为两类：内切核糖核酸酶和外切核糖核酸酶。
文件：Nucleic acid.gif 两个碱基为腺嘌呤和胞嘧啶的 RNA 核苷酸的图片
内切核糖核酸酶，类似于限制性内切核酸酶，能够识别 RNA 中的特定 RNA 核苷酸并在一个特定位点切割。这些酶能够分解单链或双链 RNA。
外切核糖核酸酶通过从 RNA 链的 5' 端或 3' 端移除末端核苷酸来切割 RNA。从 5' 端移除核苷酸的酶称为 5'-3' 外切核糖核酸酶，而从 3' 端移除核苷酸的酶称为 3'-5' 外切核糖核酸酶。
内切核糖核酸酶和外切核糖核酸酶都可以根据它们的化学切割机制进一步分解成核糖核酸酶的亚类，例如磷酸解和水解激活。它们存在于所有生命王国，包括细菌、古细菌和真核生物。它们参与许多不同 RNA 种类的降解，例如信使 RNA、转移 RNA、核糖体 RNA、微 RNA 等。
左侧显示 RNase 的水解活性，其中一个水分子拦截磷酸基团和相邻糖的 5' -OH 基团之间的 3' 酯键，断裂一个核苷酸。左侧显示 RNase 的磷酸解活性，其中一个磷酸基团拦截磷酸基团和相邻糖的 5' -OH 基团之间的 3' 酯键，断裂一个带有两个磷酸基团的核苷酸。
左侧显示一条被 G 帽和 poly-A 尾保护的 mRNA 链。Dcp1/2 蛋白识别 RNA 5' 端的 G 帽，将其去除，外切核糖核酸酶 Xrn1 出现并开始从 5' 端咀嚼 RNA 链。右侧显示脱腺苷化蛋白识别 poly-A 尾并开始咀嚼它。然后是外切核糖核酸酶，另一种从 3' 到 5' 方向降解 RNA 的外切核糖核酸酶。中间显示一个内切核糖核酸酶结合到 RNA 中的特定序列并将其内部切割。
核糖核酸酶 A 的结构是在 50 年前首次结晶的。它是第一个酶，也是第三个确定其氨基酸序列的蛋白质。它是一个单链蛋白，包含 4 个二硫键。它包含 124 个氨基酸残基和 20 种氨基酸中的 19 种，除了色氨酸。这些酶存在于牛胰腺的外分泌细胞中。它们非常坚韧，高度稳定的酶，主要归功于它们的结构和折叠模式。其分子式为 C575H907N171O192S12，一般结构由两层 α 螺旋和 β 片组成，通过四个二硫键交联。核糖核酸酶 A 具有碱性性质。它特异性地攻击嘧啶核苷酸上的 3' 磷酸。切割过程简单地分为两步：1）。3’，5’-磷酸二酯键断裂，生成 2’，3’-环状磷酸二酯中间体；2）。环状磷酸二酯水解成 3’-单磷酸。
例如：pG-pG-pC-pA-pG 经核糖核酸酶 A 切割后会产生 2 个序列：pG-pG-pCp 和 A-pG。
核糖核酸酶 A 可以被钾盐和钠盐激活，并通过在起始 RNA 切割中对 His12 或 His119 的烷基化而抑制。它利用磷酸解和水解活性来切割 RNA 链。
西德尼·奥尔特曼在英国剑桥分子生物学实验室工作期间发现了核糖核酸酶 P 并将其命名，他专注于 tRNA 的功能。他提出，通过改变 tRNA 中的空间关系，无论是插入新的核苷酸还是删除现有的核苷酸，都会影响或改变 tRNA 的功能。他用大肠杆菌进行的实验表明，突变的 tRNA 不能发育成为完整的成熟 tRNA，而成熟的 tRNA 无法在蛋白质合成过程中发挥其传递氨基酸的功能。然而，这些功能失调的 tRNA 很快恢复到野生型 tRNA。通过分离 tRNA 的 DNA 到 RNA 转录本，奥尔特曼发现 tRNA 的 5' 和 3' 末端有一些额外的核苷酸。当这些 tRNA 被引入活体培养基时，观察到一种酶通过切割磷酸二酯键来切割掉额外的核苷酸，从而暴露分子的 5' 端。这种核糖核酸酶不同于以前已知的其他核糖核酸酶，因为它在 tRNA 的 5' 端具有特异性。奥尔特曼还表明，在从多种生物体（包括人类）中提取的细胞中存在类似于核糖核酸酶 P 的活性。核糖核酸酶 P 的独特之处在于它是核酶。虽然它切割其他 RNA，但它也切割自身，这意味着它在反应过程中自我毁灭。它是一种包含 120 个氨基酸残基的单链蛋白。它们存在于许多生物体中，例如古细菌、细菌和真核生物，以及植物中的叶绿体。核糖核酸酶 P 的构成因生物体而异，但它们的功能是相同的，因为它们具有正交性质。核糖核酸酶 P 是产生功能性 tRNA 分子的关键组成部分。
T2 家族核糖核酸酶被认为是转移酶类型的核糖核酸酶，根据三个特征与核糖核酸酶 A 和核糖核酸酶 T1 蛋白家族区分开来。
- 首先，T2 核糖核酸酶分布更均匀，存在于细菌、植物、原生动物、动物甚至病毒中，而核糖核酸酶 T1 酶仅存在于细菌和真菌生物体中，核糖核酸酶 A 家族酶在动物中高度存在。
- 其次，许多 T2 核糖核酸酶的最佳活性 pH 值介于 4 到 5 之间。相比之下，RNaseT1 和 RNaseA 家族在碱性（pH 7-8）或弱酸性（pH ~7）条件下具有最佳活性。
- 第三，T2 核糖核酸酶不区分它们的切割位点。T2 家族通常切割所有四种碱基，而 RNaseA 和 RNaseT1 家族倾向于分别对嘧啶碱基或鸟嘌呤碱基具有特异性。
T2 核糖核酸酶的生物学作用各不相同。这些核糖核酸内切酶在各个生物界中普遍存在，并且已被证明除了其水解 RNA 的能力外，在不同的生物体中执行各种功能。一些生物学作用的例子包括核酸的清除、自身 RNA 的降解、宿主免疫反应的调节以及作为细胞细胞毒素。
T2 核糖核酸酶是转移酶类型的核糖核酸酶，通过 2',3'-环磷酸中间体催化 ssRNA（单链 RNA）的裂解。此催化反应的结果是具有 3' 磷酸基团的单核苷酸或寡核苷酸。通常，这些核糖核酸酶从细胞或细胞内的特定特殊位置（如液泡）分泌，这可能证明了它们在细胞内活性调节方式的重要性。这种核糖核酸酶家族具有特定结构和机制，这是从 X 射线晶体学中得知的。同样，晶体学已经定义了特定位置，例如具有 5' 末端的位点的特定结合位点，称为 B1，以及具有 3' 末端的位点的 B2，以及由 α 和 β 结构组成的核心。此外，T2 核糖核酸酶的催化作用从一个到三个组氨酸残基开始。需要注意的是，这些残基的改变或突变会导致核糖核酸酶失活。这种催化的两个主要步骤是转磷酸化和水解。目前正在针对这些特定核糖核酸酶进行以下方面的进一步研究
- 发现来自该家族的核糖核酸酶如何独立于催化作用发挥功能
- 突变分析以确定核酸酶非依赖性功能所需的区域
- 这些核糖核酸酶如何进入细胞以揭示蛋白质如何穿过膜，而许多东西却不能
1. T2 家族核糖核酸酶：具有多种作用的古老酶。Luhtala N，Parker R. 趋势生化科学。2010
2. Raines，Ronald T.“核糖核酸酶 A”。化学评论。威斯康星州：威斯康星大学，1998 年。1045-065。印刷。
3. Gopalan，Venkat，Agustin Vioque 和 Sidney Altman。“RNase P：变体和用途*”。RNase P：变体和用途。JBC 论文正在出版中，2011 年 12 月 10 日。网络。2012 年 11 月 20 日。<http://www.jbc.org/content/277/9/6759.full>。
4. Cuchillo，C. M.；Nogués，M. V.；Raines，R. T. (2011)。“牛胰核糖核酸酶：第一个酶促反应机制的五十年”。生物化学 50：7835-7841。PMC 3172371。 PMID 21838247。
5. J. Holzmann，P. Frank，E. Löffler，K. Bennett，C. Gerner 和 W. Rossmanith (2008)。“没有 RNA 的 RNase P：人类线粒体 tRNA 加工酶的鉴定和功能重建”。细胞 135 (3)：462–474。doi：10.1016/j.cell.2008.09.013。 PMID 18984158。