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1、RNARNA结构与特性结构与特性Structure andStructure andCharacters of Characters of RNAsRNAs1. RNA分子在糖基上比DNA分子多一个-OH基 ，位于2位。A A260nm260nm/A/A280nm280nm= 2.0,= 2.0, 而DNA为1.81.8。 RNA分子遇碱极易降解，而DNA则不。 2. RNA分子一般为单链分子，因此容易形成自 由能为最小的独特的二级结构, 其双链部分符合 Watson-Click双螺旋模型。 3. 正因为独特的二级结构和2羟基的存在, 一些 RNA分子具有自我切断、自我连接，或切断其 他核酸分
2、子、连接其他核酸分子的酶学活性， 第一个可以自我复制的分子被认为是RNARNA分子 。RNARNA分子分子4. RNA分子的组成成分可以通过由酶 (RibonucleotideRibonucleotide diphosphatediphosphate reductasereductase)催化的反应转化为DNA分子的 组成成分 。 5. RNA分子在细胞中同时扮演着信息的媒介作用和执 行者的作用，mRNA为前者，rRNA、tRNA和snRNA 为后者。因此有人很自然的认为，生命的早期可以称 为RNA worldRNA world。 6. RNA比DNA分子更容易受到修饰，均有其作用， 如 mR
3、NA的5帽子能启动蛋白质的翻译，tRNA上的修饰 可以增加tRNA的寿命。 7. 真核基因拥有令人吃惊的特点，顺序中插入了很多 不编码氨基酸的“废物”（IntroveningIntrovening sequence sequence, 或叫内内 含子含子，intronintron），这些序列在转录后的mRNA成熟之前 被除去。RNARNA的功能的功能1. 遗传密码的中间担体(mRNAmRNA) 2. mRNA剪接等加工的活性成份 (snRNAsnRNA，small nuclear RNAsmall nuclear RNA) 3. 核糖体的骨架结构及与mRNA的识 别(rRNArRNA) 4.
4、活化氨基酸的担体(tRNAtRNA)*5. 酶的活性成份*6. 病毒基因组的担体 CrickCrick的中心法则的中心法则DNADNA1957年转录RNARNA翻译ProteinProteinDNADNA1970年反转录ProteinProteinRNARNA细胞中的RNAmRNAmRNA1. 原核生物mRNA结构的特点：（1）多顺反子； （2） mRNA 5端无帽子结构，3端无多聚A尾； （3） mRNA一般没有修饰碱基。2. 真核生物mRNA结构的特点：（1） 5端有帽子结构； （2） 大多3端有多聚A（polyA）尾； （3）分子中可能有修饰碱基：主要有甲基化； （4）分子中有编码区与非
5、编码区。原核生物的基因结构原核生物的基因结构启动子转录起始转录起始结构基因1结构基因2结构基因3转录终止子转录终止转录终止DNA大肠杆大肠杆 菌中的菌中的 RNARNA聚聚 合酶转合酶转 录录RNARNA模板链与非模板链模板链与非模板链在病毒中两条链可以同时成为 模板链，但密码不同的蛋白质真核生物的基因结构真核生物的基因结构启动子外显子内含子转录终止子真核基因真核基因mRNAmRNA的形成的形成真核生物真核生物mRNAmRNA的剪接的剪接mRNAmRNA前体剪接机制前体剪接机制 mRNA拼接反应需要有核内小分子 RNA参与（snRNA），它们与蛋白质形成 的复合物称为小核糖核蛋白颗粒，SnRN
6、A 分别被命名为U1、U2、U3、U4、U5和U6 RNA。SnRNA中的U2 RNA由与内源右端 拼接部位附近的UACUAA顺序高度互补， 形成一个环状结构，由特定的酶来识别切 除该环状结构，完成拼接过程。 真核生物 mRNA前体在剪接过程中，还可以形成套索样的结构，在内含子序列中常有一个 分支部位的腺苷酸残基，它的2-OH可以自动攻 击内含子5端与外显子1连接的磷酸二酯键，切 开了外显子1，而腺苷酸原来已有3,5-磷酸二酯 键相连的两个相邻的核苷酸残基，加上此3,5-磷酸二酯键连接后，在腺苷酸处出现了一个套索 ，已被切下的外显子1的3-OH攻击内含子3末端 与外显子2之间的3,5-磷酸二酯
7、键，键断裂后， 内含子以套索的形式被节下来，此时外显子1和 外显子2可以连接起来 鸡卵清蛋白鸡卵清蛋白mRNAmRNA与它的基因杂交，与它的基因杂交， intronintron存在的直观证据存在的直观证据真核生物mRNAmRNA的5端和3端5-帽子结构3-多聚腺苷酸(PolyA)5 cap structure真核生物mRNA 5端帽子结构的重要性在于它是mRNA作为翻译起始的必要的结构，对于核糖体对mRNA的识别提供了信号；这种帽子结构还 可能增加mRNA的稳定性，保护mRNA 免遭5外切核酸酶的攻击。 真核生真核生 物的物的 mRNAmRNA 多数接多数接 受受55加加 帽修饰帽修饰5帽子结
8、 构加帽过程3 3 PolyAPolyA （3-3-多聚多聚A A尾巴）尾巴）大多数真核mRNA都有3端的多聚尾巴（A)，大 约为200 bp。 polyA尾巴不是由DNA编码的，而是转录 后在核内加上去的，受polyA聚合酶催化，该酶能识别 mRNA 的游离3-OH端，并加上约200个A残基。大多 数真核基因的3端有一个AATAA序列，这个序列是 mRNA 3端加polyA尾的信号。核酸酶在此信号下游10- 15碱基外切断磷酸二酯键。有人推测polyA可能与 mRNA从细胞核转送到细胞质有关，但是相当数量的没 有polyA尾巴的mRNA如组蛋白mRNA，也照样通过核 膜进入细胞质。也有人认为
9、这种结构对真核mRNA的翻 译效率具有某种作用，并能稳定mRNA结构，保持一定 的生物半衰期。 snRNAsnRNA Small nuclear RNA 核内存在 是真核生物转录后加工过程中RNA剪接体（ spilceosome）的主要成分，参与mRNA前体的加 工过程。snRNA长度在哺乳动物中约为100-215 个核苷酸。snRNA一直存在于细胞核中，与40种 左右的核内蛋白质共同组成RNA剪接体，在 RNA转录后加工中起重要作用。 胞质中的小RNA为scRNA。 snRNAsnRNA参与内含子的剪接参与内含子的剪接U1 165N 核质 U2 188N 核质 U3 216N 核小体 U4
10、139N 核质 U5 118N 核质 U6 106N 核质 5: (C/A)AG/GT(A/G)AGT3: (T/C)11N(C/T)AG/GTrRNArRNA 核糖体RNA 原核生物：5S、16S、23S 真核生物：5S、5.8S、18S、28S。 真核生物核糖体的60S亚基（大亚基）由5S、 5.8S及28S rRNA与蛋白质形成；40S亚基（小亚 基）由18S rRNA与蛋白质组成。 原核生物核糖体的50S亚基（大亚基）由5S及 23S rRNA和蛋白质组成；30S亚基（小亚基）由 16S rRNA与蛋白质组成。核糖体，蛋白质和核酸的复合体30S 30S 亚基的三维结构亚基的三维结构核糖
11、体上蛋白质核糖体上蛋白质 合成过程中合成过程中 mRNAmRNA、tRNA tRNA 的的 作作 用，及用，及肽链的肽链的 延伸示意图。延伸示意图。mRNAtRNA核糖体16 S 16 S rRNArRNA序列在细菌分类鉴定中的作用序列在细菌分类鉴定中的作用细菌16 S rRNA以其在进化上的特征性序列 ，已被广泛用于细菌分类和鉴定的分子指标。通 过比较各类生物16 S rRNA的基因序列，从序列 差异计算它们之间的进化距离，可以绘出生物进 化树。因此，16 S rRNA序列分析技术的基本原 理就是从微生物样本中16 S rRNA的基因片段， 通过克隆、测序或酶切、探针杂交获得16 S rRN
12、A序列信息，再与16 S rRNA数据库中的序 列数据或其他数据进行比较，确定其在进化树中 位置，从而鉴定样本中可能存在的微生物种类。tRNAtRNA1. 单链小分子； 2. 含有稀有碱基或修饰碱基； 3. 5端总是磷酸化， 5末端往往是pG ； 4. 3端是CpCpAOH序列； 5. 三叶草结构； 6. 三级结构是倒L型。分析3300多种 tRNA的全序 列发现， tRNA均为 7495 Nt组成 的小分子，不 同tRNA大小 的变化在45和 46位可变环的 伸缩。 tRNAtRNA与与 氨基酸的氨基酸的 连接连接氨基酸臂二氢尿嘧啶环 TC环环反密码子环三级结构 呈倒L形三 叶草结构 (cl
13、overleaf structure)单股tRNA链可通过 自身折叠形成四个 螺旋区和四个环的 基本结构，类似一 个三叶草。 tRNA碱基的修 饰有83种，每个 tRNA约含有 1015个稀有碱 基，如、甲基 化的嘌呤和嘧啶 核苷、DH、胸 腺嘧啶(T)核苷 和辫苷（Q）等 。 3端均为CCA-OH序列，氨基酸 接在腺苷酸残基上，CCA-OH序 列称为氨基酸接受臂(amino acid acceptor arm)。3-端第511位 核苷酸与5-端第17位核苷酸形 成的螺旋区称氨基酸接受茎 (amino acid acceptor stem)。TC环由7 Nt组成, 参与tRNA与核糖 体表面的
14、结合。 额外环或可变环 由318个不同种类 和数量的碱基组成 ，高度可变，并富 含稀有碱基。 反密码子环由7 Nt组成，处 于34、35、36位的3个碱基 为反密码子。 二氢尿嘧啶环(D- loop)由812个碱 基组成，含有13 个修饰碱基(D) 一条 mRNA上可 以有多个 核糖体同 时合成蛋 白质原核生 物基因 转录与 蛋白质 的合成 可以同 步进行真核生物蛋白质合成的起始真核生物蛋白质合成的起始CrickCrick绘制的密码图及使用绘制的密码图及使用绿色标识表绿色标识表 示平均频率示平均频率请对照各氨基酸在二级结 构中出现的频率RNARNA的加工类型的加工类型1. Cleavage (
15、切割） 2. Trimming（修剪） 3. Splicing（剪接） 4. Editing（编辑） 5. Modification（修饰 ）卵清白蛋白基因卵清白蛋白基因mRNAmRNA的加工示意图的加工示意图RNA RNA 编辑（编辑（editingediting） 发生在发生在mRNAmRNA水平上水平上, , 多数为插入碱基多数为插入碱基CrickCrick的中心法则的中心法则DNADNA1957年转录RNARNA翻译ProteinProteinDNADNA1970年反转录ProteinProteinRNARNA反转录病毒最早 在20世纪初由Rous 氏从邻居小孩抱来 的一只得了肿瘤的
16、鸡上分离到，命名 为Rous sarcoma virus。此后从鸡和 小鼠上分离到了多 种上还分离到了多 种反转录病毒。 1962年Tamin预测 该病毒中存在RNA 反转录酶，但要到 1970年才检测到。miRNAmiRNA ( (microRNAmicroRNA) ) siRNAsiRNA (small (small inteferenceinteference RNA) RNA) 反义反义RNA RNA ( (antisenseantisense RNA) RNA)近年来，科学家在较高等的真核生物中发 现了数种不会产生蛋白质的小RNA，如小核 RNA (small nuclear RNA)、小干扰RNA (small interference RNA，siRNA)、微小RNA (micro RNA, miRNA)和反义RNA (antisense RNA)。在 发现它们功
