今年诺贝尔化学奖承认一个发现——核糖核酸（RNA）对反应能起催化作用——由两个完全独立的实验室取得。

托马斯 · R · 切赫（Thomas R. Cech）和西德尼 · 奥尔特曼（Sidney Altman）需要征服自己及几乎所有，其它化学和生物学家所持的偏见——这并非惊奇，确实因催化RNA或“核酶”的概念推翻了分子生物学的中心原则之一，即：酶是蛋白质。追溯过去，即使在新思想产生重大意义时，旧思想仍根深蒂固。

正如奥尔特曼、切赫和许多人指出的那样，该发现有意义是因为，起催化剂作用的核酸避开了生命起源学说的一个老问题，这就是：何者在先，是通过酶活性能推进生物化学的蛋白质还是携带生成蛋白质所需信息的核酸（DNA或RNA）？催化RNA有可能回避了原始生物中鸡和蛋的问题，而涉及蛋白质所起的此刻显性作用和后来的DNA演变。

耶鲁大学（Yale University）生物学教授奥尔特曼的注意力集中在RNA尤其是转移RNA（tRNA）的处理问题上。tRNA是负责将单个氨基酸运送到某个细胞的蛋白质合成机构的核酸分子。1970年，他的研究小组芬离出一个特殊tRNA的一个每体，接着使它能识别并净化酶，获得对生产成熟tRNA反应负责的核糖核酸酶（RNase-P）。

奥尔特曼说：“不久便弄清，RNase-P具有明显不同于其它核糖核酸酶的特性。从Escherichia Coli深度净化和表征RNase-P的尝试导致了含RNH及蛋白质酶的发现。”1976年，从事该问题的研究生本 · 斯塔克（Ben Stark）表明RNA和蛋白质两者都是活化酶的基本组份。

生物化学的原理是在生命的分子间存在一种明确的层次关系：DNA携带遗传密码；RNA在转译密码成为蛋白质方面承担许多任务。蛋白质除作为生物的结构分子外，靠其对反应起催化作用的能力演奏生命生物化学的交响乐。奥尔特曼说，由于这一发现对传统的生物学法则提出了挑战，他的小组也遇到了出版关于RNase-P的RNA组份原始报告的困难。

RNA和蛋白质的复杂组合体核糖核蛋白体在一种颇难理解的过程中将氨基酸结合进蛋白质。实际上，核糖核蛋白体可视为很大的酶。然后，奥尔特曼郑解道：不可能的是，在演变过程中，像核糖核蛋白体那样复杂的颗粒会存在而不被可能具有其它功能的较简单核糖核蛋白复合体抢先。

“我对RNA及蛋白质能参与活性中心形成的概念感到欣慰”奥尔特曼说：“正像核糖核蛋白体中RNA和蛋白质两者都参与使颗粒活化一样。”但是，耶鲁小组还没有数据支持单独RNA具有催化活性的观点。

同时，70年代中期，科罗拉多大学（University of Colorado，Boulder）化学教授切赫对一个截然不同的问题——基因表达规则产生了兴趣。切赫研究小组利用一种来自四膜虫属thermophila的核蛋白体RNA（rRNA）基因，开发了一个体外转录系统；该基因碰巧包含一个400碱基对内含子或错位顺序一种DNA转录为RNA随即从RNA切片产生成熟RNA的顺序。

在开发该转录系统中，化学家们注意到在他们的电泳胶上存在一种低分子量的均相RNA区域。“出于好奇，我们决意了解它”切赫说。他们发现它是内合子。“换言之，在这个原始的体外转录系统中正发生精RNA切片，我很难置之不理。”他说，因为尽管当时已存在许多体外转录系统，而开发的体外RNA切片系统仅另有一套。

切赫将其研究改向利用这一奇妙的发现。当然，中心议题是分离及表达酶和对切片反应负责的酶。“为了净化酶，你需要一种物质；在此便是未经处理的全长母体rRNA”切赫说。搞到母体后，想法是从细胞核中用萃取办法孵化它，确定有无切片反应发生。

“该法立即生效”切赫说“但我们省去核萃取的控制实验也奏效，故切片活性似乎与RNA自身紧密相关”。

实际上，这种关系如此紧密以至于化学家们发现他们不能从RNA分离切片活性。逐渐有数据说明蛋白质不为切片反应发生所必需。例如，采用一种蛋白酶处理并不排斥这种反应。1981年，切赫提出了一个切片反应机理。在论文中，他假定切片活性可能寓于RNA自身。

利用一种包含一部分四膜虫属rRNA基因的重组体质粒的深入试验证实了蛋白质不为切片反应发生所需。切赫建议RNA的错位顺序部分具有能使其分裂并再形成磷酸二酯键的酶的特性。最终结果是在一系列生产成熟四膜虫属rRNA的自催化反应中，错位顺序从RNA中分裂自身。

切赫发现的虽不是真正的催化作用，然而，他的工作清楚地演示了单独RNA会接受一种包含能认识和连结特殊结构并在其中大大影响比化学性质的活性中心的三维结构。换言之，他已表明，某些RNA分子具有酶的基本特征。

奥尔特曼小组提出的RNA催化作用的最后一点使人困惑不解多年。作为与丹佛科罗拉多医学中心大学诺曼 · P · 佩斯（Norman P. Pace），合作努力的一个分项，奥尔特曼实验室的研究者演示了在非生理条件下，RNase-P的RNA亚单位单独分裂tRNA母体。奥尔特曼小组证明：反应中RNA亚单位起一种真正催化剂作用，而RNase-P蛋白质亚单位单独表现出无催化活性。

3年后，切赫与同事们使人信服地演示了四膜虫，属错位RNA：顺序也起一种酶的作用。在一个与rRNA母体自切片类似的反应机理中，错位顺序对连续分裂和多重低聚核苷酸物质的再聚合反应起催化作用 · 本质上，错位顺序起一种：RNA聚合酶的作用。

自那以后已出现了许多RNA催化作用的例子。在四种脱除已被鉴别的内含子的RNA切片反应中，三种包含核酶或核糖核蛋白酶。在这些切片反应中包含两种截然不同的机理。

切赫指出：除RNA切片反应和被RNase-P催化的tRNA处理反应外，尚有各种各样便动植物感染的自分裂RNA被其它研究者识别。有一类这种RNA分子享有一种共同结构区域，谓之“锤头”由30种核苷酸组成。这种区域对RNA分裂反应负责，反应机理不同于RNA内含子切片或RNase-P的情形。

切赫和奥尔特曼已研究达到完全弄懂他们发现的两种体系的生物化学。例如，切赫小组今年早些时候报道：自切片化学——导致分裂和RNA分子再聚合的两种酯基转移反应一一不是速度控制步骤。该发现对解释动力学数据和RNA的位置特殊变更效应至关，重要。切赫与同事们也研究定义了仍未结晶的四膜虫属内含子核酶的三维结构。凭消化带有Fe(Ⅱ)-EDTA生成的自由基的核酶，他们已能较好地定义分子的内外表面。

切赫也已探讨了核酶的某些潜在实际用途。限制核酸内切酶的蛋白质等价物——分裂DNA. 顺序——不为RNA而存在。为提供这种工具，切赫与同事们正在构造四膜虫属核酶。切赫还说他“愈来愈对RNA催化作用的药物含意感兴趣”他要探索利用核酶的某些变化毁灭如体内病毒RNA的可能性。问题的另一方面是某些致病RNA自身就是核酶。这为具有开发前景的药理学提出了新的目标。

新近已担任4年耶鲁学院系主任的奥尔特曼仍继续探索RNase-P的生物化学，他说，明年将有许多论文报道他的实验室研究。他的研究小组已搞懂了RNase-P催化反应的机理及其键合特性。X - 射线结晶研究试图使RNase-P. 结晶的工作正在进行。

[C&EN，1989年12月4日]