核糖核酸酶為什麼耐高溫？

01-07

核糖核酸酶，或者說RNA酶（RNase）是典型的構象超級穩定的小分子量蛋白。其熱穩定性主要由其二硫鍵來貢獻。

比如說，牛胰腺RNase A只有124個氨基酸，約13.7 KDa，但卻含有4個二硫鍵：Cys26-Cys84，Cys40-Cys95，Cys58-Cys110和Cys65-Cys72。

平均而言，對於100-200個氨基酸的蛋白來說，二硫鍵的數量僅為0.5個。(Protein Eng Des Sel. 2014 Mar;27(3):65-72. doi: 10.1093/protein/gzt063. Epub 2014 Jan 9.)

因此牛胰腺RNase A的二硫鍵數量算得上多得逆天了。

Structural representations of ribonuclease A. (A) Ribbon diagram with inscriptions referring to the location of the disulfide bonds and active-site residues. The solvent-accessible surface area (0.52 nm2= 100%) of the cystine side chains in the crystalline protein (PDB entry 7RSA) are Cys26–Cys84, 0 nm2; Cys58–Cys110, 0.02 nm2; Cys40–Cys95, 0.06 nm2; and Cys65–Cys72, 0.07 nm2. (B) Scheme showing the connectivity of the disulfide bonds. The secondary structural context of the half-cystines is indicated by H, α-helix; L, surface loop; or S, β-sheet.

其中，Cys26-Cys84和Cys40-Cys95對其熱穩定性的貢獻最大。一旦把這兩個二硫鍵中的其中一個幹掉，就可以將野生型的熱躍遷溫度（或者你把它理解為半數蛋白質能夠耐受的不變性溫度）一下子從60多攝氏度變成只有20多攝氏度。

這也就是為什麼一些提取RNA的試劑會加入異硫氰酸胍、DTT等還原劑的原因，目的是為了打開RNase的二硫鍵從而將其失活。

其次，不少RNase具有強大的復性重摺疊能力。總體而言，分子量越小的蛋白，復性重摺疊能力越強。而RNase中的Cys，也有助於通過形成二硫鍵輔助重摺疊。也有很多研究集中在Proline殘基的異構化是如何推動RNase重摺疊的。這裡就不展開說了，我也不是蛋白質構象方面的專家。

有關RNase二硫鍵和熱穩定性的研究文獻可以看這裡：Contribution of disulfide bonds to the conformational stability and catalytic activity of ribonuclease A（Eur J Biochem. 2000 Jan;267(2):566-72.）

其實trypsin到七八十度也work，還挺快，只是要換個buffer……

總體上RNA酶是比蛋白酶robust一些，一方面RNA酶小，軟，因為你要處理的是親水大分子，另一方面很多RNA酶是作為生物自我保護機制進化出來的，robustness是很重要的，所以比起蛋白酶，RNA酶總體上說能工作的溫度，pH條件都要廣，起效也要快。

前陣子才做過某個RNA酶要如何quench的實驗，最後唯一有效的方法是trypsin digest……

拋磚引玉

題主可能是想問PCR中使用的聚合酶為什麼耐高溫吧。

簡單來說，聚合酶是蛋白質，決定蛋白質性質的是其結構，決定結構的是氨基酸的順序。

氨基酸中有鹼性氨基酸（Arg，Lys，His）和酸性氨基酸（Asp，Glu）

當帶負價的鹼性氨基酸和帶正價的酸性氨基酸互相吸引可以增加蛋白質整體穩定性（耐高溫）。

同時兩個氨基酸Cys （半胱氨酸）可以形成雙硫鍵，增加蛋白質結構的穩定性。

我是一個生物本科生，根據回憶只想到這麼一點。

以上