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第1章 引论1

1.1核酸酶发展简史1

1.2核酸酶催化的反应类型和分类2

1.2.1天然核酶催化的反应类型和分类2

1.2.2工程核酶催化的反应类型和分类4

1.2.3脱氧核酶催化的反应类型和分类6

1.3“生物催化功能流”假说7

1.3.1核酶的“核心地位”7

1.3.2生物催化进化的模型8

1.3.3生物催化功能可能传递9

主要参考文献10

第2章 核酸酶的结构原理和催化基础14

2.1引言14

2.2核酸酶的基本构件14

2.2.1含氮碱基及碱基配对14

2.2.2糖环的折叠14

2.2.3磷酸基团15

2.2.4核苷和核苷酸的构象16

2.3核酸酶结构的多样性18

2.3.1核酸酶的结构元件18

2.3.2三向接合结构19

2.3.3鸟嘌呤四联体结构19

2.3.4假结结构21

2.4核酸酶的催化机制23

2.4.1质子转移23

2.4.2核酸酶催化中质子转移25

2.4.3金属离子作为核酸酶催化的重要辅因子27

主要参考文献30

第3章 自身剪切类核酶32

3.1引言32

3.2锤头核酶32

3.2.1最小锤头核酶32

3.2.2全长锤头核酶的二级结构和三级结构33

3.2.3锤头核酶的分裂机制34

3.2.4哺乳动物mRNA中断续的锤头核酶36

3.3发夹核酶37

3.3.1自然界的发夹核酶37

3.3.2发夹核酶的结构37

3.3.3发夹核酶的活性部位和催化机制38

3.4VS核酶40

3.4.1VS核酶40

3.4.2VS核酶的结构40

3.4.3VS核酶底物的结构42

3.4.4VS核酶的活性部位和催化机制42

3.4.5发夹核酶和VS核酶之间的相似性42

3.5HDV核酶43

3.5.1HDV生物学简介43

3.5.2HDV核酶的结构44

3.5.3HDV核酶的活性部位和催化模型45

3.6glmS核酶47

3.6.1适体与核开关47

3.6.2glmS核酶的生物化学特性48

3.6.3glmS核酶的结构50

3.6.4glmS核酶自身分裂机制50

3.6.5结束语52

3.7CPEB3核酶52

3.7.1真核生物存在自身分裂核酶52

3.7.2自身分裂核酶的体外选择52

3.7.3CPEB3核酶的结构53

3.7.4CPEB3核酶的催化机制54

3.7.5CPEB3核酶可能的生物学作用54

3.7.6结束语55

主要参考文献55

第4章 自身剪接类核酶57

4.1引言57

4.1.1内含子57

4.1.2内含子核酶58

4.2Ⅰ类内含子59

4.2.1Ⅰ类内含子的分布59

4.2.2Ⅰ类内含子的二级结构59

4.2.3Ⅰ类内含子的三级结构60

4.2.4Ⅰ类内含子的自身剪接62

4.2.5Ⅰ类内含子折叠机制64

4.2.6Ⅰ类内含子的进化67

4.3Ⅱ类内含子67

4.3.1Ⅱ类内含子的生物学意义67

4.3.2Ⅱ类内含子的结构68

4.3.3Ⅱ类内含子的活性部位72

4.3.4Ⅱ类内含子催化的反应和化学机制74

4.3.5Ⅱ类内含子的折叠机制76

4.3.6Ⅱ类内含子的进化关系77

4.4类-Ⅰ类内含子——GIR1核酶77

4.4.1GIR核酶77

4.4.2GIR1核酶的生物化学表征78

4.4.3GIR1核酶的二级结构和三级结构80

4.4.4结论82

4.5RNA复制酶的探索83

4.5.1自动催化组装途径83

4.5.2交叉催化途径84

4.5.3体外进化途径85

4.5.4搜索天然复制酶核酶86

4.6结束语87

主要参考文献87

第5章 RNP类核酶89

5.1引言89

5.1.1RNP核酶89

5.1.2RNP蛋白质酶90

5.1.3RNP酶91

5.2RNase P91

5.2.1RNase P的特性91

5.2.2RNase P RNA的化学91

5.2.3RNase P RNA的二级结构93

5.2.4细菌RNase P RNA的晶体结构93

5.2.5底物识别的决定因素96

5.2.6RNase MRP RNA96

5.2.7结束语98

5.3剪接体核酶98

5.3.1剪接体的组成98

5.3.2剪接体RNA催化的证据98

5.3.3剪接体的活性部位100

5.3.4结束语102

5.4核糖体核酶102

5.4.1核糖体在蛋白质合成中的作用102

5.4.2核糖体肽酰基转移酶的活性部位103

5.4.3肽键形成的机制107

5.4.4结束语108

主要参考文献108

第6章 脱氧核酶110

6.1引言110

6.1.1DNA作为酶的潜能110

6.1.2DNA酶的体外选择110

6.1.3DNA酶催化功能的改进112

6.1.4DNA“催化作用”113

6.1.5DNA酶的结构和催化机制114

6.2分裂RNA的脱氧核酶114

6.2.1DNA催化RNA的分裂114

6.2.2 8-17脱氧核酶115

6.2.3 10-23脱氧核酶117

6.2.4分裂RNA“二分”脱氧核酶119

6.2.5分裂RNA的DH2脱氧核酶119

6.2.6分裂RNA的脱氧核酶活性的调节119

6.3分裂DNA的脱氧核酶120

6.3.1自身分裂脱氧核酶的体外选择120

6.3.2Ⅱ类脱氧核酶的最小结构域121

6.3.3Ⅱ类脱氧核酶分裂DNA的产物和分裂机制122

6.3.4自身分裂N-糖基化脱氧核酶123

6.4连接RNA的脱氧核酶124

6.4.1连接成线性RNA的脱氧核酶124

6.4.2连接成分支RNA的脱氧核酶126

6.4.3连接成套环RNA的脱氧核酶127

6.5连接DNA的脱氧核酶127

6.5.1具有连接酶活性的DNA金属酶127

6.5.2自身连接的脱氧核酶128

6.6催化其他底物的脱氧核酶130

6.6.1自身磷酸化脱氧核酶130

6.6.2光解酶活性的脱氧核酶132

6.6.3小分子底物的脱氧核酶132

6.6.4催化Diels-Alder反应的脱氧核酶133

6.6.5DNA酶催化氨基酸侧链反应134

6.7结束语135

主要参考文献135

第7章 核酶和脱氧核酶的设计138

7.1引言138

7.1.1脱氧核酶催化活性调控的设计138

7.1.2基于脱氧核酶的生物传感器的合理设计139

7.1.3基于脱氧核酶的分子逻辑门的设计与构建144

7.2环状核酶的设计144

7.3环状脱氧核酶的设计145

7.4环状核酶脱氧核酶组合酶的设计147

7.5核酶与脱氧核酶转换的设计149

7.6双功能别构脱氧核酶的设计152

7.7结束语154

主要参考文献155

第8章 核酶编码核肽酶和蛋白质酶157

8.1引言157

8.2核酶编码核肽酶158

8.3Ⅰ类内含子编码内切核酸酶161

8.4Ⅱ类内含子编码反转录酶165

8.5Ⅰ类内含子和Ⅱ类内含子编码成熟酶168

8.6结束语170

主要参考文献170

第9章 核酶与脱氧核酶的应用172

9.1引言172

9.2核酶是基因失活的工具172

9.2.1分裂特定靶向aiRNA核酶的设计172

9.2.2核酶进入细胞的途径173

9.2.3核酶介导的基因失活173

9.3核酶在抗病毒方面的应用174

9.3.1抗艾滋病病毒175

9.3.2抗肝炎病毒177

9.3.3抗其他病毒177

9.4脱氧核酶在抗病毒方面的应用178

9.5核酶和脱氧核酶在肿瘤治疗研究中的应用179

9.5.1脱氧核酶在癌症临床治疗研究中的应用179

9.5.2核酶抗乳腺癌细胞的研究180

9.5.3核酶对癌细胞生长和癌变的抑制作用181

9.6核酶调控糖代谢182

9.7结束语183

主要参考文献183