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1、ncRNA(非编码 RNA)的知识 z 2010-07-31 10:36:54| 分类： Biology | 标签：rna |举报|字号 订阅目录一、核糖核酸（RNA）二、转运 RNA(tRNA) 三、信使 RNA(mRNA)四、核糖体 RNA（rRNA）五、小核 RNA（snRNA）六、RNA 干扰（RNAi）七、反义 RNA（atRNA）八、核仁小分子 RNA（snoRNA）九、细胞质小分子 RNA(scRNA)十、不均一核 RNA（hnRNA）十一、干扰 mRNA 的互补 RNA(miRNA)十二、非编码 RNA（ncRNA）十三、短发夹 RNA(shRNA)十四、短干扰 RNA(siR
2、NA)十五、核酸酶（RNase）十六、核糖核酸酶抑制剂（RNasin）十七、向导 RNA（gRNA）一、核糖核酸（RNA）1 概述核糖核酸(RiboNucleic Acid ) ，简称 RNA。由至少几十个核糖核苷酸通过磷酸二酯键连接而成的一类核酸，因含核糖而得名。RNA 普遍存在于动物、植物、微生物及某些病毒和噬菌体内。RNA 和蛋白质生物合成有密切的关系。在RNA 病毒和噬菌体内，RNA 是遗传信息的载体。RNA 一般是单链线形分子，也有双链的如呼肠孤病毒 RNA；环状单链的如类病毒 RNA，1983 年还发现了有支链的 RNA 分子。在 RNA 病毒中，RNA 是遗传物质，植物病毒总是含
3、 RNA。近些年在植物中陆续发现一些比病毒还小得多的浸染性致病因子，叫做类病毒。类病毒是不含蛋白质的闭环单链 RNA 分子，此外，真核细胞中还有两类 RNA，即不均一核RNA（hnRNA）和小核 RNA（snRNA）。hnRNA 是 mRNA 的前体，snRNA参与 hnRNA 的剪接（一种加工过程）。自 1965 年酵母丙氨酸 tRNA 的碱基序列确定以后，RNA 序列测定方法不断得到改进。目前除多种tRNA、5SrRNA、5.8SrRNA 等较小的 RNA 外，尚有一些病毒 RNA、mRNA及较大 RNA 的一级结构测定已完成，如噬菌体 MS2RNA 含 3569 个核苷酸。1982 年以
4、来，研究表明：不少 RNA，如 I、II 型内含子，RNase P，HDV，核糖体大亚基 RNA 等等有催化生化反应过程的活性，即具有酶的活性，这类RNA 被称为核酶（ribozyme）。 20 世纪 90 年代以来，又发现了 RNAi（RNA interference，RNA 干扰）等等现象，证明 RNA 在基因表达调控中起到重要作用。2 种类在生物体内发现主要有三种不同的 RNA 分子在基因的表达过程中起重要的作用，它们是信使 RNA（messenger RNA，mRNA）、转移（tranfer RNA，tRNA）、核糖体 RNA（ribosomal RNA，rRNA）。RNA 含有四种基
5、本碱基，即腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶，此外还有几十种稀有碱基。 3 结构 1965 年 R.W.霍利等测定了第 1 个核酸酵母丙氨酸转移核糖核酸的一级结构即核苷酸的排列顺序。此后，RNA 一级结构的测定有了迅速的发展。到1983 年,不同来源和接受不同氨基酸的 tRNA 已经弄清楚一级结构的超过 280种,5S RNA 175 种，5.8S RNA 也有几十种，以及许多 16S rRNA、18S rRNA、23S rRNA 和 26S rRNA。在 mRNA 中，如哺乳类珠蛋白 mRNA、鸡卵清蛋白 mRNA 和许多蛋白质激素和酶的 mRNA 等也弄清楚了。此外还测定了一些小分子 RNA，
6、如 sn RNA 和病毒感染后产生的 RNA 的核苷酸排列顺序。类病毒 RNA 也有 5 种已知的一级结构，它们都是环状单链；MJS2RNA、烟草花叶病毒 RNA、小儿麻痹症病毒 RNA 是已知结构中比较大的 RNA。 RNA 的一级结构主要是由 AMP、GMP、CMP 和 UMP 四种核糖核苷酸通过3，5磷酸二酯键相连而成的多聚核苷酸链。天然 RNA 的二级结构，一般并不像 DNA 那样都是双螺旋结构，只有在一些区段可发生自身回折，使部分 A-U、G-C 碱基配对，从而形成短的不规则的螺旋区。不配对的碱基区膨出形成环，而被排斥在双螺旋之外。例如：tRNA 的三叶草结构。RNA 的三级结构，其
7、中研究得最清楚的是 tRNA，1974 年用 X 射线衍射研究酵母苯丙氨酸 tRNA的晶体，已确定它的立体结构呈倒 L 形。 RNA 中双螺旋结构的稳定因素，也主要是碱基的堆砌力，其次才是氢键。每一段双螺旋区至少需要 46 对碱基对才能保持稳定。在不同的 RNA 中，双螺旋区所占比例不同。细胞内有三类主要的核糖核酸，即：mRNA、rRNA、tRNA。它们各有特点。在大多数细胞中 RNA 的含量比 DNA 多 58 倍。 RNA 一级结构的测定常利用一些具有碱基专一性的工具酶，将 RNA 降解成寡核苷酸,然后根据两种(或更多)不同工具酶交叉分解的结果，测出重叠部分,来决定 RNA 的一级结构。举
8、例如下： 9 核苷酸 AGUCGGUAG工具酶 牛胰核糖核酸酶 高峰淀粉酶核糖核酸酶 T1 (RNase A) (RNase T1) 降解结果 AGU+C+GGU+AG AG+UCG+G+UAG 结果分析 1、牛胰核糖核酸酶是一个内切核酸酶，专一地切在嘧啶核苷酸的 3-磷酸和其相邻核苷酸的 5-羟基之间，所以用它来分解上述 9 核苷酸，得到 AGU、C、GGU 和 AG 4 个产物。2、核糖核酸酶 T1 是一个专一地切在鸟苷酸的 3-磷酸和其相邻核苷酸的 5-羟基之间的内切核酸酶，它作用于上述 9 核苷酸，则得到 AG、UCG、G 和 UAG 4 个产物。因此，根据产物的性质，就可以排列出 9
9、 核苷酸的一级结构。 除上述两种核糖核酸酶外，还有黑粉菌核糖核酸酶(RNase U2)，专一地切在腺苷酸和鸟苷酸处，和高峰淀粉酶核糖核酸酶 T1 联合使用,可以测定腺苷酸在 RNA 中的位置。多头绒孢菌核糖核酸酶(RNase Phy)除了 CpN 以外的二核苷酸都能较快地水解，因此和牛胰核糖核酸酶合用可以区别 Cp 和 Up 在 RNA中的位置。 4 功能 20 世纪 40 年代，人们从细胞化学和紫外光细胞光谱法观察到凡是 RNA 含量丰富的组织中蛋白质的含量也较多,就推测 RNA 和蛋白质生物合成有关。RNA 参与蛋白质生物合成过程的有 3 类 RNA，分别是：转移核糖核酸(tRNA)、信使
10、核糖核酸(mRNA)和核糖体核糖核酸(rRNA)。不同的 RNA 有其不同的功能，其中 rRNA 是核糖体的组成成分，由细胞核中的核仁合成，而 mRNA、 tRNA 在蛋白质合成的不同阶段分别执行着不同功能。mRNA 是以 DNA 的一条链为模板，以碱基互补配对原则，转录而形成的一条单链，主要功能是实现遗传信息在蛋白质上的表达，是遗传信息传递过程中的桥梁。tRNA 的是携带符合要求的氨基酸，以连接成肽链，再经过加工形成蛋白质。 二、转运 RNA(tRNA)1 概述转运 RNA（transfer ribonucleic acid），简称 tRNA，是具有携带并转运氨基酸功能的一类小分子核糖核酸。
11、绝大多数 tRNA 由七十几至九十几个核苷酸组成，分子量为 2500030000，沉降常数约为 4S（个别 tRNA 的沉降常数为3S，含 63 个核苷酸）。曾用名有联接 RNA、可溶性 RNA、pH5RNA 等。 2 种类 一种 tRNA 只能携带一种氨基酸，如丙氨酸 tRNA 只携带丙氨酸，但一种氨基酸可被不止一种 tRNA 携带。同一生物中，携带同一种氨基酸的不同 tRNA称作“同功受体 tRNA”。组成蛋白质的氨基酸有 20 种，而 tRNA 可以有六七十种或更多。携带同一种氨基酸的细胞器 tRNA 与细胞质 tRNA 也不一样。生物体发生突变后，校正机制之一是通过校正基因合成一类校正
12、 tRNA，以维持翻译作用译码的相对正确性。可以有多种校正 tRNA 携带同一种氨基酸。 3 结构tRNA 的分子由一条长 7090 个核苷酸并折叠成三叶草形的短链组成的。上图中有两种不同的分子，苯丙氨酸 tRNA 和天冬氨酸 tRNA。tRNA 链的两个末端在图上方指出的 L 形结构的末端互相接近，氨基酸在箭头示意的位置被连接，在这条链的中央形成了 L 形臂，如图下方所示，露出了形成反密码子的三个核苷酸。三叶草结构的其余两环被包裹成肘状，在那里它们提供整个分子的结构。四个常见 RNA 碱基-腺嘌呤、尿嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶显然不能提供足够的空间以形成一个坚固的结构，因为这些碱基大部分被修饰过以
13、延长它们的结构。但是，有两个奇特的例子，看 37 号反密码子相邻的碱基，位于甲硫氨酸tRNA（1yfg）或苯丙氨酸 tRNA(4tna 和 6tna)的起始部位。一般情况下，二级结构具有以下几个共同点： 5末端具有 G（大部分）或 C。 3末端都以 ACC 的顺序终结。 有一个富有鸟嘌呤的环。 有一个反密码子环，在这一环的顶端有三个暴露的碱基，称为反密码子（anticodon）.反密码子可以与 mRNA 链上互补的密码子配对。 有一个胸腺嘧啶环。自从 1965 年 RW霍利等首次测出酵母丙氨酸 tRNA 的一级结构即核苷酸排列顺序以来，到 1983 年已有 200 多个 tRNA（包括不同生物
14、来源、不同器官、细胞器的同功受体 tRNA 以及校正 tRNA）的一级结构被阐明。按照AU、GC 以及 GU 碱基配对原则，除个别例外，tRNA 分子均可排布成三叶草模型的二级结构（图 1）。它由 3 个环，即 D 环因该处二氢尿苷酸（D）含量高、反密码环（该环中部为反密码子）和 TC 环因绝大多数tRNA 在该处含胸苷酸（T）、假尿苷酸（）、胞苷酸（C）顺序，四个茎，即 D 茎（与 D 环联接的茎）、反密码茎（与反密码环联接）、TC 茎（与 TC 环联接）和氨基酸接受茎也叫 CCA 茎，因所有 tRNA 的分子末端均含胞苷酸（C）、胞苷酸（C）、腺苷酸（A）顺序， CCA 是连接氨基酸所不可
15、缺少的，以及位于反密码茎与 TC 茎之间的可变臂构成。不同 tRNA 的可变臂长短不一，核苷酸数从二至十几不等。除可变臂和 D 环外，其他各个部位的核苷酸数目和碱基对基本上是恒定的。图 1 也示出 tRNA 分子中出现的保守或半保守成分，这些成分对维系 tRNA 的三级结构是很重要的。tRNA 的结构特征之一是含有较多的修饰成分，如上面提到的 D、T、 等；核酸中大部分修饰成分是在 tRNA 中发现的。修饰成分在 tRNA 分子中的分布是有规律的，但其功能不清楚。1974 年用 X 射线晶体衍射法测出第一个 tRNA酵母苯丙氨酸 tRNA 晶体的三维结构，分子全貌象倒写的英文字母 L，呈扁平状
16、，长 60 埃，厚 20 埃（图 2），它是在 tRNA 二级结构基础上，通过氨基酸接受茎与 TC 茎以及 D茎与反密码茎间折叠成右手反平行双螺旋。tRNA 三级结构由保守或半保守成分与构成二级结构的核苷酸之间形成氢键（称三级结构氢键）维系。其他tRNA 晶体的三维结构类似酵母苯丙氨酸 tRNA，只是某些参数有所不同。tRNA 在溶液中的构型与其晶体结构一致。 4 功能tRNA 的功能主要是携带氨基酸进入核糖体，在 mRNA 指导下合成蛋白质。即以 mRNA 为模板，将其中具有密码意义的核苷酸顺序翻译成蛋白质中的氨基酸顺序。tRNA 与 mRNA 是通过反密码子与密码子相互作用而发生关系的。在肽链生成过程中，其中第一个进入核糖体与 mRNA 起始密码子结合的 tRNA 叫起始tRNA，其余 tRNA 参与肽链延伸，称为延伸 tRNA，按照 mRNA 上密码的排列，携带特定氨基酸的 tRNA 依次进入核糖体。形成
