核酸酶學(xué)

前言

　　《核酸酶學(xué)——基礎(chǔ)與應(yīng)用》是國內(nèi)首部介紹核酶（ribozyme）和脫氧核酶（de-oxyribozyme）的專著。它是在張今教授等編著的三部書（《核酸結(jié)構(gòu)與動力學(xué)導(dǎo)論》，科學(xué)出版社，1995；《分子酶學(xué)工程導(dǎo)論》，科學(xué)出版社，2003；《進(jìn)化生物技術(shù)——酶定向分子進(jìn)化》，科學(xué)出版社，2004）的基礎(chǔ)之上，又廣泛收集國內(nèi)外最新的文獻(xiàn)資料，結(jié)合多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)編寫而成.在編寫過程中，編者力求最大限度地反映近年來核酸酶學(xué)在基礎(chǔ)與應(yīng)用方面的進(jìn)展；在內(nèi)容取舍方面既避免與相關(guān)著作重復(fù)，又盡可能體現(xiàn)整合性和系統(tǒng)性?！　∥覀冎砸帉懕緯且?yàn)橐韵聨c(diǎn)：　?。?）核酸酶在結(jié)構(gòu)上是核酸，在功能上類似蛋白質(zhì)酶。核酸酶學(xué)不僅是核酸科學(xué)的重要組成部分，而且是酶學(xué)的一個(gè)獨(dú)特分支，是破解生命奧秘不可或缺的學(xué)科。該領(lǐng)域內(nèi)跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的新思想、新方法和新結(jié)果不斷涌現(xiàn)，已經(jīng)給生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)和化學(xué)等眾多領(lǐng)域帶來深刻的影響，使其成為生命科學(xué)領(lǐng)域中一顆璀璨的明珠?！　。?）某些核酶，例如，RNaseP、核糖體、剪接體等在所有現(xiàn)代生命細(xì)胞的蛋白質(zhì)合成和某些基因表達(dá)的過程中起關(guān)鍵作用，它們所催化的反應(yīng)是細(xì)胞存活的基礎(chǔ)。因此，它們理所應(yīng)當(dāng)?shù)爻蔀榱恕盎蚪M一轉(zhuǎn)錄物組一蛋白質(zhì)組”鏈條中的重要主題?！　。?）核酶在地球生命起源和進(jìn)化中可能起關(guān)鍵作用。“RNA世界”假說曾指出：RNA曾集信息和功能性質(zhì)于一身。在進(jìn)化過程中，當(dāng)核酸編碼的蛋白質(zhì)出現(xiàn)后，RNA逐漸將催化功能傳遞給蛋白質(zhì)，生命進(jìn)入了RNA－蛋白質(zhì)世界。再經(jīng)過一個(gè)漫長的進(jìn)化過程，RNA將其信息傳遞給DNA，生命進(jìn)入了DNA－蛋白質(zhì)世界。目前存在的某些核酶（也許是核糖體）可能是分子化石。分子進(jìn)化工程所獲得的核酶為“RNA世界”提供了證據(jù)?！　。?）核酸酶是開發(fā)理想藥物的基礎(chǔ).核酸酶有潛在的專一性和很高的選擇性，可以靶向特異的mRNA以干擾基因的表達(dá)，這應(yīng)當(dāng)是核酸酶開發(fā)為治療藥物的理想基礎(chǔ)?！　。?）核酸酶是基礎(chǔ)生物催化劑，可以為不同的應(yīng)用提供簡單且有前景的各種酶制劑。

內(nèi)容概要

　　核酸酶學(xué)不僅是核酸科學(xué)的重要組成部分，而且是酶學(xué)的一個(gè)獨(dú)特分支。本書是國內(nèi)首部全面、系統(tǒng)介紹核酸酶學(xué)的基礎(chǔ)、應(yīng)用及發(fā)展趨勢的專著。內(nèi)容涵蓋核酸酶的結(jié)構(gòu)原理和催化基礎(chǔ)、自身剪切類核酶、自身剪接類核酶、RNP類核酶、脫氧核酶、核酶和脫氧核酶的設(shè)計(jì)、核酶編碼核肽酶和蛋白質(zhì)酶以及核酶與脫氧核酶的應(yīng)用等?！　”緯晒氖律茖W(xué)研究與教學(xué)的人員參考，也可用作生命科學(xué)專業(yè)高年級本科生及研究生的教材和參考用書。

書籍目錄

前言　第1章　引論　　1.1　核酸酶發(fā)展簡史　　1.2　核酸酶催化的反應(yīng)類型和分類　　　1.2.1　天然核酶催化的反應(yīng)類型和分類　　　1.2.2　工程核酶催化的反應(yīng)類型和分類　　　1.2.3　脫氧核酶催化的反應(yīng)類型和分類　　1.3　"生物催化功能流"假說　　　1.3.1　核酶的"核心地位"　　　1.3.2　生物催化進(jìn)化的模型　　　1.3.3　生物催化功能可能傳遞　　主要參考文獻(xiàn)　第2章　核酸酶的結(jié)構(gòu)原理和催化基礎(chǔ)　　2.1　引言　　2.2　核酸酶的基本構(gòu)件　　　2.2.1　含氮堿基及堿基配對　　　2.2.2　糖環(huán)的折疊　　　2.2.3　磷酸基團(tuán)　　　2.2.4　核苷和核苷酸的構(gòu)象　　2.3　核酸酶結(jié)構(gòu)的多樣性　　　2.3.1　核酸酶的結(jié)構(gòu)元件　　　2.3.2　三向接合結(jié)構(gòu)　　　2.3.3　鳥嘌呤四聯(lián)體結(jié)構(gòu)　　　2.3.4　假結(jié)結(jié)構(gòu)　　2.4　核酸酶的催化機(jī)制　　　2.4.1　質(zhì)子轉(zhuǎn)移　　　2.4.2　核酸酶催化中質(zhì)子轉(zhuǎn)移　　　2.4.3　金屬離子作為核酸酶催化的重要輔因子　　主要參考文獻(xiàn)　第3章　自身剪切類核酶　　3.1　引言　　3.2　錘頭核酶　　　3.2.1　最小錘頭核酶　　　3.2.2　全長錘頭核酶的二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)　　　3.2.3　錘頭核酶的分裂機(jī)制　　　3.2.4　哺乳動物mRNA中斷續(xù)的錘頭核酶　　3.3　發(fā)夾核酶　　　3.3.1　自然界的發(fā)夾核酶　　　3.3.2　發(fā)夾核酶的結(jié)構(gòu)　　　3.3.3　發(fā)夾核酶的活性部位和催化機(jī)制　　3.4　VS核酶　　　3.4.1　VS核酶　　　3.4.2　VS核酶的結(jié)構(gòu)　　　3.4.3　VS核酶底物的結(jié)構(gòu)　　　3.4.4　VS核酶的活性部位和催化機(jī)制　　　3.4.5　發(fā)夾核酶和VS核酶之間的相似性　　3.5　HDV核酶　　　3.5.1　HDV生物學(xué)簡介　　　3.5.2　HDV核酶的結(jié)構(gòu)　　　3.5.3　HDV核酶的活性部位和催化模型　　3.6　glmS核酶　　　3.6.1　適體與核開關(guān)　　　3.6.2　glmS核酶的生物化學(xué)特性　　　3.6.3　glmS核酶的結(jié)構(gòu)　　　3.6.4　glmS核酶自身分裂機(jī)制　　　3.6.5　結(jié)束語　　3.7　CPEB3核酶　　　3.7.1　真核生物存在自身分裂核酶　　　3.7.2　自身分裂核酶的體外選擇　　　3.7.3　CPEB3核酶的結(jié)構(gòu)　　　3.7.4　CPEB3核酶的催化機(jī)制　　　3.7.5　CPEB3核酶可能的生物學(xué)作用　　　3.7.6　結(jié)束語　　主要參考文獻(xiàn)　第4章　自身剪接類核酶　　4.1　引言　　　4.1.1　內(nèi)含子　　　4.1.2　內(nèi)含子核酶　　4.2?、耦悆?nèi)含子　　　4.2.1　Ⅰ類內(nèi)含子的分布　　　4.2.2　Ⅰ類內(nèi)含于的二級結(jié)構(gòu)　　　4.2.3?、耦悆?nèi)含子的三級結(jié)構(gòu)　　　4.2.4?、耦悆?nèi)含子的自身剪接　　　4.2.5?、耦悆?nèi)含子折疊機(jī)制　　　4.2.6　Ⅰ類內(nèi)含子的進(jìn)化　　4.3?、蝾悆?nèi)含子　　　4.3.1　Ⅱ類內(nèi)含子的生物學(xué)意義　　　4.3.2?、蝾悆?nèi)含子的結(jié)構(gòu)　　　4.3.3　Ⅱ類內(nèi)含子的活性部位　　　4.3.4?、蝾悆?nèi)含子催化的反應(yīng)和化學(xué)機(jī)制　　　4.3.5?、蝾悆?nèi)含子的折疊機(jī)制　　　4.3.6?、蝾悆?nèi)含子的進(jìn)化關(guān)系　　4.4　類-Ⅰ類內(nèi)含子--GIR1核酶　　　4.4.1　GIR核酶　　　4.4.2　GIR1核酶的生物化學(xué)表征　　　4.4.3　GIR1核酶的二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)　　　4.4.4　結(jié)論　　4.5　RNA復(fù)制酶的探索　　　4.5.1　自動催化組裝途徑　　　4.5.2　交叉催化途徑　　　4.5.3　體外進(jìn)化途徑　　　4.5.4　搜索天然復(fù)制酶核酶　　4.6　結(jié)束語　　主要參考文獻(xiàn)　第5章RNP類核酶　　5.1　引言　　　5.1.1　RNP核酶　　　5.1.2　RNP蛋白質(zhì)酶　　　5.1.3　RNP酶　　5.2　RNase　P　　　5.2.1　RNase　P的特性　　　5.2.2　RNase　P　RNA的化學(xué)　　　5.2.3　RNase　P　RNA的二級結(jié)構(gòu)　　　5.2.4　細(xì)菌RNasePRNA的晶體結(jié)構(gòu)　　　5.2.5　底物識別的決定因素　　　5.2.6　RNase　MRP　RNA　　　5.2.7　結(jié)束語　　5.3　剪接體核酶　　　5.3.1　剪接體的組成　　　5.3.2　剪接體RNA催化的證據(jù)　　　5.3.3　剪接體的活性部位　　　5.3.4　結(jié)束語　　5.4　核糖體核酶　　　5.4.1　核糖體在蛋白質(zhì)合成中的作用　　　5.4.2　核糖體肽?；D(zhuǎn)移酶的活性部位　　　5.4.3　肽鍵形成的機(jī)制　　　5.4.4　結(jié)束語　　主要參考文獻(xiàn)　第6章　脫氧核酶　　6.1　引言　　　6.1.1　DNA作為酶的潛能　　　6.1.2　DNA酶的體外選擇　　　6.1.3　DNA酶催化功能的改進(jìn)　　　6.1.4　DNA"催化作用"　　　6.1.5　DNA酶的結(jié)構(gòu)和催化機(jī)制　　6.2　分裂RNA的脫氧核酶　　　6.2.1　DNA催化RNA的分裂　　　6.2.2　8-17脫氧核酶　　　6.2.3　10-23脫氧核酶　　　6.2.4　分裂RNA"二分"脫氧核酶　　　6.2.5　分裂RNA的DH2脫氧核酶　　　6.2.6　分裂RNA的脫氧核酶活性的調(diào)節(jié)　　6.3　分裂DNA的脫氧核酶　　　6.3.1　自身分裂脫氧核酶的體外選擇　　　6.3.2　Ⅱ類脫氧核酶的最小結(jié)構(gòu)域　　　6.3.3?、蝾惷撗鹾嗣阜至袲NA的產(chǎn)物和分裂機(jī)制　　　6.3.4　自身分裂N-糖基化脫氧核酶　　6.4　連接RNA的脫氧核酶　　　6.4.1　連接成線性RNA的脫氧核酶　　　6.4.2　連接成分支RNA的脫氧核酶　　　6.4.3　連接成套環(huán)RNA的脫氧核酶　　6.5　連接DNA的脫氧核酶　　　6.5.1　具有連接酶活性的DNA金屬酶　　　6.5.2　自身連接的脫氧核酶　　6.6　催化其他底物的脫氧核酶　　　6.6.1　自身磷酸化脫氧核酶　　　6.6.2　光解酶活性的脫氧核酶　　　6.6.3　小分子底物的脫氧核酶　　　6.6.4　催化Diels-Alder反應(yīng)的脫氧核酶　　　6.6.5　DNA酶催化氨基酸側(cè)鏈反應(yīng)　　6.7　結(jié)束語　　主要參考文獻(xiàn)　第7章　核酶和脫氧核酶的設(shè)計(jì)　　7.1　引言　　　7.1.1　脫氧核酶催化活性調(diào)控的設(shè)計(jì)　　　7.1.2　基于脫氧核酶的生物傳感器的合理設(shè)計(jì)　　　7.1.3　基于脫氧核酶的分子邏輯門的設(shè)計(jì)與構(gòu)建　　7.2　環(huán)狀核酶的設(shè)計(jì)　　7.3　環(huán)狀脫氧核酶的設(shè)計(jì)　　7.4　環(huán)狀核酶-脫氧核酶組合酶的設(shè)計(jì)　　7.5　核酶與脫氧核酶轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)　　7.6　雙功能別構(gòu)脫氧核酶的設(shè)計(jì)　　7.7　結(jié)束語　　主要參考文獻(xiàn)　第8章　核酶編碼核肽酶和蛋白質(zhì)酶　　8.1　引言　　8.2　核酶編碼核肽酶　　8.3?、耦悆?nèi)含子編碼內(nèi)切核酸酶　　8.4?、蝾悆?nèi)含子編碼反轉(zhuǎn)錄酶　　8.5　Ⅰ類內(nèi)含子和Ⅱ類內(nèi)含子編碼成熟酶　　8.6　結(jié)束語　　主要參考文獻(xiàn)　第9章　核酶與脫氧核酶的應(yīng)用　　9.1　引言　　9.2　核酶是基因失活的工具　　　9.2.1　分裂特定靶向mRNA核酶的設(shè)計(jì)　　　9.2.2　核酶進(jìn)入細(xì)胞的途徑　　　9.2.3　核酶介導(dǎo)的基因失活　　9.3　核酶在抗病毒方面的應(yīng)用　　　9.3.1　抗艾滋病病毒　　　9.3.2　抗肝炎病毒　　　9.3.3　抗其他病毒　　9.4　脫氧核酶在抗病毒方面的應(yīng)用　　9.5　核酶和脫氧核酶在腫瘤治療研究中的應(yīng)用　　　9.5.1　脫氧核酶在癌癥臨床治療研究中的應(yīng)用　　　9.5.2　核酶抗乳腺癌細(xì)胞的研究　　　9.5.3　核酶對癌細(xì)胞生長和癌變的抑制作用　　9.6　核酶調(diào)控糖代謝　　9.7　結(jié)束語　　主要參考文獻(xiàn)+

章節(jié)摘錄

　　“核酶”概念發(fā)展的源頭，應(yīng)該首推Crick。他在1968年首先提出RNA既攜帶遺傳信息，又具有催化活性的假設(shè)。1981年，Cech等發(fā)現(xiàn)四膜蟲的前體rRNA可以在沒有蛋白質(zhì)存在的情況下自身催化切除內(nèi)含子，完成加工過程。1983年，A1tman等在研究細(xì)菌RNaseP（ribonucleaseP）時(shí)發(fā)現(xiàn)，該酶中的RNA分子單獨(dú)完成前體tRNA加工?；贑ech和Altman的創(chuàng)造性工作，1989年兩人共同獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。隨后加入核酶目錄的有11類內(nèi)含子、錘頭核酶（hammerheadribozyme）和發(fā)夾核酶（hair-pinribozyme）等?！　?981年前，人們認(rèn)為蛋白質(zhì)是細(xì)胞中唯一的大分子催化劑。核酶的發(fā)現(xiàn)是酶學(xué)一次偉大的變革，不僅豐富和發(fā)展了酶的概念，而且為“RNA世界”假說提供了前提，這對于地球上生命如何出現(xiàn)具有重要意義。1986年，Gilbert提出了“RNA世界”的假說。該假說指出，在生命起源早期，生命世界是由RNA組成的RNA分子具有雙重功能，既像DNA一樣攜帶遺傳信息，又像蛋白質(zhì)一樣催化各種化學(xué)反應(yīng)，包括自身的復(fù)制反應(yīng)。同年，MulliS發(fā)明了聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）?？茖W(xué)家用PCR技術(shù)可以在實(shí)驗(yàn)室迅速擴(kuò)增DNA分子。20世紀(jì)90年代初，PCR技術(shù)成功地用于體外進(jìn)化。一些實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用體外選擇／篩選／進(jìn)化獲得各種催化反應(yīng)的核酶，包括在生命起源和進(jìn)化過程中有重要意義的核酶，如RNA連接酶、tRNA合成酶和轉(zhuǎn)肽酶等。上述工作表明任何一門學(xué)科的誕生都離不開思想和技術(shù)的背景。2000年前后核糖體被證明是一種核酶，它在所有細(xì)胞的蛋白質(zhì)生物合成過程中起核心作用。核開關(guān)核酶等調(diào)節(jié)細(xì)菌和真核生物基因的表達(dá)，前體mRNA的剪接是剪接體催化。

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