DNA 的多種面貌!第一個具酵素活性的 DNA 立體結構解出來了

作者 | 發布日期 2016 年 03 月 26 日 0:04 | 分類 生物科技 , 科技教育 follow us in feedly

想到 DNA,我們大多數人心中都會浮現差不多的畫面,長條型雙股、扭轉像彩帶一樣的那種,出現在各種 DNA 意象的雙股螺旋圖示。但事實上,DNA 不僅只能以那樣的結構存在,它的功能也不只有做為基因遺傳密碼而已。



DNA 除了以雙股螺旋的基因密碼型態存在,也可以透過立體結構的摺疊,變得具有酵素的活性,而在這種狀況下,我們就稱這樣的 DNA 為脫氧核酶(deoxyribozyme)。來自西班牙以及德國馬克斯普朗克生物物理化學研究所的研究者們,解出了第一個脫氧核酶的立體結構,也證實這樣的結構比先前普遍認為的還要更有彈性。

早在二十多年前,當時的化學家就已經成功分離出脫氧核酶,並且了解到這樣的一種特殊的 DNA 分子竟能擁有酵素的功能。然而,直到現在科學家才終於解出它的立體結構,並且根據立體結構得知這樣的 DNA 分子是如何帶有酵素的催化活性。

來自德國哥廷根馬克斯普朗克生物物理化學研究所的研究者們,成功的在瑞士運用 SLS 同步加速器,以 X 光繞射脫氧核酶分子來解出它的立體結構。這項研究發表於知名科學期刊 Nature,現在已經可以透過電腦程式建構模擬這種「DNA 酵素」的晶體結構。

此研究中所使用的脫氧核酶是為了要用於解出催化活性,於實驗室中合成的單股 DNA,這個結構可以催化兩股 RNA 的相互結合,而在此研究解出了它的結構之後,這個結構編號為 9DB1。

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▲ 脫氧核酶 9DB1 的結構圖。綠色所標示的是合成的 DNA 股,可以催化以橘色標示的兩股 RNA 相互結合。

參與這項突破性的研究的西班牙的科學家 Almudena Ponce-Salvatierra 表示:「我們解出了第一個脫氧核酶結構,這也是我們第一次能夠從分子立體結構的角度,去探討這種 DNA 分子為什麼可以像一般蛋白質構成的酵素或者核酶(具有酵素活性,能夠催化生化反應的一種 RNA 分子)一樣具有催化生物化學反應的特性。」

在 1953 年之後華生(James Watson)及克立克(Francis Crick)發現 DNA 的雙股螺旋結構之後,世人普遍對於 DNA 的認識就此定型,而這項研究卻打破了長久以來大家對於 DNA 分子的固定認知,其實 DNA 分子並不是一定以雙股螺旋的結構存在,DNA 的結構有著超乎我們從前認知的彈性,可以構成複雜的立體結構,有著除了攜帶遺傳密碼之外更多不一樣的功能。

此研究作者 Ponce-Salvatierra 認為,這項研究成果將使得我們對於這種分子所參與反應的原理,有更進一步的認識。除此之外,脫氧核酶已經有許多可運用之處,它能夠催化兩股 DNA 或 RNA 的結合,可以修復 DNA 或 RNA 包含胸腺嘧啶(thymine,DNA 4 種含氮鹼基 A、T、G、C 中的 T,容易因為兩個嘧啶形成二聚體等原因造成突變或其他 DNA 損害)的組成成分,而如今有些關於脫氧核酶在醫學上的應用已經進入臨床試驗階段,在未來可望使更多人受惠。

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