核酸化学RNA的结构实用课件

1、 RNA结构的复杂性和多样性 决定RNA结构的复杂性和多样性的因素： 与DNA不同, RNA组成是复杂和多样的，RNA组 成是的复杂性决定了其结构的复杂性和多样性。有如 下决定因素： 1. RNA中的碱基配对方式多种多样 碱基配对可以由几乎是全排列的各种碱基配对方式。 2.两个核苷之间的配对不仅发生在碱基之间，也可发 生在碱基与核糖之间，甚至是在核糖与核糖之间。 3. 修饰核苷酸复杂和多样性： 据不完全统计，仅在RNA中已发现的修饰核苷酸 （修饰类型前已述及）就有 98种。修饰种类的繁多， 也是导致RNA结构的复杂性和多样性，进而导致 RNA功能多样性的重要因素。 一、RNA的一级结构与序列分

2、析 RNA也是由35的磷酸二酯键连接成的无分 支链大分子。 ： 细胞 RNA：通常都是线形*单链分子。 病毒 RNA：有双链、*单链、环状、线型多种形 式。 NMP：AMP、GMP、CMP、UMP。 这些核苷酸中的戊糖不是脱氧核糖是核糖。 RNA种类多，种类不同结构也各不相同。 1. tRNA的一级结构 是第一个被测定核苷酸序列的RNA，由76个 核苷酸组成。 通常由7393个核苷酸组成。含有 较多的稀有碱基，因而增加了识别和疏水作用。 保守序列： tRNA 的5端多为G（也有C）， 3端皆为 CpCpA-OH尾。 tRNA一级结构的保守序列与其特殊的结构和功能有 关。 各种rRNA： 120

3、个核苷酸、无修饰成分、与tRNA、大亚基 的 和蛋白质相互识别和作用。 10个甲基化核苷 个核苷酸、有假尿嘧啶修饰核糖、有与细 菌 43个甲基化核苷 个甲基化核苷，（还有假尿嘧啶核苷） 个甲基化核苷，（还有假尿嘧啶核苷） 28S： 74 rRNA的功能： （1）核糖体的骨架 （2）与mRNA和tRNA作用，催化肽键的形成。 （3）促进蛋白质合成的正常进行。 mRNA（信使RNA）： 是蛋白质合成的直接模板。 mRNA的核苷酸序列决定相应蛋白质的氨基酸序列。 如图所示,5端有帽子结构（cap）,依次为5 非编码区、编码区 、 3非编码区， 3端为聚腺苷 酸（polyA）尾巴。 5端有帽子结构（c

4、ap） 帽子结构通常有三种类型 除真核生物mRNA外，5端帽子结构也是高等 动植物病毒mRNA所特有的，有的病毒RNA具有特 殊的帽子结构。这些帽子结构都是转录后早期加上去 的。 帽子结构对于mRNA的翻译活性是重要的，它 可使mRNA免遭外切核酸酶的降解和mRNA与核糖 体的结合包括翻译起始区的辨认都是重要的，帽子结 构与蛋白质合成的启动有关。 7557575 ,m G ppp Np m G NmpNpm G NmpNmpNp和 mRNA中的非编码区 无论原核或是真核生物mRNA都存在5端和3 端的两 个非编码区。由间隔转录得到的非编码区广泛存在于 原核 生物mRNA中。在噬菌体R17 RN

5、A 的外壳蛋白和复 制酶 基因之间还存在相邻的终止密码子UAA和UAG 。这 种现 象可能是噬菌体RNA为了防止密码子读过头而设置的 一种 重复终止信号，可以保证蛋白质合成的准确终止。 1.RNA的二级结构元件 DNA仅有一种二级结构双螺旋。 RNA有多种二级结构元件： 单链（无规线团）、双链（茎区）、错配、 发夹（茎环）、内环、突环、两茎连接、 四茎连接等。 二级结构元件的不同组合，可以组成各种不同的RNA 二级结构。 同样，在此基础上形成更加复杂的三级结构。 下面是RNA多种二级结构元件图： 2.RNA中的碱基配对方式多种多样 DNA中只有A-T与G-C两种碱基对，并且是标准的Watson

6、-Crick碱基对。这种碱基对具 有二次旋转对称性，即一个碱基对翻转180，并不影响双螺旋的对称性，因此双螺旋结构 只限定了配对的方式，并不限定碱基的顺序。 DNA的这种配对方式下的两个核苷，它们的核糖处于顺式状态，即两个核糖均在其 碱基的同一测。 这种配对方式，虽然简单僵硬，却满足了DNA只携带并传递遗传信息一种生物功能 的特性，他保证了可携带的遗传信息的多样性、稳定性，保证了遗传信息在信息传递和信 息的世代传递中的准确性。 RNA中的碱基配对方式多种多样 RNA的碱基配对方式要多得多。 原因：是核糖核酸主要以单链形式存在，它不具有长的结构规正的双螺旋结构，因此RNA 中的碱基对常常以各种基

7、团碱的氢键来维系，碱基配对可以由几乎是全排列的各种碱基配 对方式，如A-A、A-G、A-C、A-U等等。 DNA的两个核苷配对方式是，它们的核糖处于顺式状态。 而RNA配对的两个核苷：核糖可以是顺式或反式排列，有时碱基对间的氢键不仅发 生在碱基之间，也可发生在碱基与核糖之间，甚至是在核糖与核糖之间，现在已知的RNA 碱基配对方式有12类100多种。 各种碱基对举例： （1）顺式的Watson-Crick / Watson-Crick碱基对 . 两个核苷酸均处于Watson-Crick碱基对的状态， .配对的两个核苷的核糖处于顺式状态。 但由于RNA分子内的碱基对不受双螺旋结构的束缚，碱基对不限

8、于嘧啶与嘌呤之间， 还可以有嘧啶嘧啶，嘌呤嘌呤碱基对。 . A-C与C-A虽然均由A与C形成碱基对，且A与C氢键位置也相同，但由于RNA螺旋 的不规正性，两者的构象是不同的， .在A-A碱基对中，虽然两个A均处于Watson-Crick状态，但两者的氢键位置是不同 的。前一个A的1位N和6位氨基H分别与后一个A的2位H和N形成氢键。 图 （2）反式的Watson-Crick/ Watson-Crick碱 基对 .配对的两个核苷的核糖处于反式状态。 .在反式配对的状态下，造成小沟变大，大 沟变小。 与顺式Watson-Crick/ Watson-Crick 碱基对中情况相同，在A-C与C-A碱基

9、对间，虽 然形成氢键的位置和两个核苷酸均处于反式状态， 但它们对螺旋形成的大、小沟宽度的贡献是不同 的。 （3）顺式的Watson-Crick/核糖对 一个核苷的位置处于Watson-Crick的标准状 态，另一个核苷处于一特殊的顺式状态。在正常的双 螺旋结构中，核糖处于螺旋的外侧，而碱基处于螺旋 的内部。因此碱基与核糖间无法形成氢键，但在 RNA不规正的短螺旋或者根本只是单个碱基对中， 由于核酸链卷曲使得某些核糖与临近的碱基靠近，在 此状态下，碱基与核糖间的氢键形成，因此碱基对间 的氢键数减少，核糖因其方向改变而形态多变。 （4）反式的Watson-Crick/核糖对 一个核苷酸的位置处于W

10、atson-Crick的标准 状态，另一个核苷酸处于一特殊的反式状态，但氢键 的能否形成还决定与两个碱基的距离，故真正的氢键 数低于可能形成的氢键数。 （5）顺式的核糖/核糖对 当两个顺式排列的核苷酸的核糖靠近到一定 距离时，两个核糖间可以形成氢键。 此时，两个核苷酸的碱基间、一个核苷酸的碱 基与另一核苷酸的核糖间也可能形成氢键，这种情况 可以发生在任何核苷酸的组合中。 （6）反式的核糖/核糖对 两个反式排列的核苷酸对中，各自的核糖可以 接近对方的碱基。这种接近达到一定距离，可以形成 碱基与核糖间的氢键。 tRNA的高级结构二级结构 tRNA 的一级结构特点： 5端多为G（也有C）， 3端皆为

11、CpCpA-OH尾。 *tRNA 的二级结构特点： 三环一臂三叶草，可变环在右下角， 反密码环最重要，决定氨基酸谁正好，反密码子互补找（与mRNA互补）， 另外一端有长臂（氨基酸臂），行使功能也重要。CCA尾 3端，把氨基酸结合牢。 三、RNA的三级结构及其结构元件 RNA在二级结构基础上，核酸链再次折叠形成更 高级结构三级结构。 三级结构的元件：有假结构、三链结构、环环结合和螺旋环结合。 环环结合可看成是特殊的假结构，它比通常的假 结构更复杂。螺旋环结合可堪称是特殊的三链结构， 当然它也比通常的三链结构要复杂。因此下面仅简单 叙述假结构和三链结构。此外三级结构的维系中，三 碱基对中的氢键和三

12、级氢键也起到了重要作用。 RNA三级结构的元件图 tRNA三级结构倒L型： tRNA的 倒L型结构与核糖体上的空穴相符。 左、右两环构成倒L型的转角。 四、RNA 的四级结构 RNA与蛋白质复合物 核糖核酸的四级结构则更为复杂，但现在知之不多。 如：在人和果蝇身上发现了介导目标mRNA切割过程或者翻译抑制的RNA-蛋白质复合物。 而在果蝇中发现的80S的RNA-蛋白质复合物很可能借此调控生物体的生长发育过程。 五、RNA的测序 DNA的快速测序获得成功后， DNA测序的同样原理和方法如化学断裂 法和双脱氧法稍加修改都可应用于RNA的 测序。RNA的测序方法很多，主要有3种： （一）用酶特异切断

13、RNA链后测序 a. 从胰脏提取的RNaseA水解嘧啶核苷酸的键，所产生寡 核苷酸的3端均为嘧啶核苷 酸。 b. 米曲霉中提取的RNaseT1特异水解鸟苷酸与相邻核苷酸 的键。 c. 黑粉菌中提取的RNaseU2在一定条件下特异水解腺苷酸 的键。 d. 从多头粘菌中提取的RNase Phy l 水解A G U 三种核苷酸，但不水解胞苷酸（-C）。 利用上述4种酶可测定RNA的序列。 酶切法RNA测序基本步骤为： （1）对核酸的5末端进行放射性同位素标记。 。 （3）用聚丙烯腺胺凝胶电泳方法将RNA片段按分子 大小 进行分离。 （4）根据放射自显影胶片上显示的末端标记片段的分 布 情况，直接读出

14、核酸的核苷酸序列。 （与DNA测序方法相似） （二）用化学试剂裂解RNA后测序： 基本原理与DNA化学法测序相似。 （此法又叫直读法，最简便）。 先用逆转录酶将被测RNA逆转录为互DNA（cDNA），即可用DNA测序法来测定 序列。 新核酸四链核酸 分子内四链：在Na+、K+和 铯（Cs+ ）存在下寡核 苷酸 能形成分子内四链结构。 反平行的四链结构 分子间四链 平行的四链结构 四链核酸的功能还不清楚。 引诱物核酸 1. 短双链或发夹式的寡DNA，作为引诱物，可以与 反式因子结合，由于竞争性抑制，基因DNA模板得 不到足够的反式因子，而不能顺利转录，这类化合物 有相当的毒性和不良反应。因此，它

15、能有效的抑制或 杀伤肿瘤细胞。 2.小分子调控双链RNA 2004年发现，小分子调控双链RNA通过与蛋 白质的相互作用，启动了神经元特异基因的表达调控， 在神经元分化中起重要作用，它可以看成是天然的引 诱物。 一、RNA的一级结构与序列分析 RNA也是由35的磷酸二酯键连接成的无分 支链大分子。 ： 细胞 RNA：通常都是线形*单链分子。 病毒 RNA：有双链、*单链、环状、线型多种形 式。 1. tRNA的一级结构 是第一个被测定核苷酸序列的RNA，由76个 核苷酸组成。 通常由7393个核苷酸组成。含有 较多的稀有碱基，因而增加了识别和疏水作用。 保守序列： tRNA 的5端多为G（也有C

16、）， 3端皆为 CpCpA-OH尾。 tRNA一级结构的保守序列与其特殊的结构和功能有 关。 二级结构元件的不同组合，可以组成各种不同的RNA 二级结构。 同样，在此基础上形成更加复杂的三级结构。 下面是RNA多种二级结构元件图： RNA中的碱基配对方式多种多样 RNA的碱基配对方式要多得多。 原因：是核糖核酸主要以单链形式存在，它不具有长的结构规正的双螺旋结构，因此RNA 中的碱基对常常以各种基团碱的氢键来维系，碱基配对可以由几乎是全排列的各种碱基配 对方式，如A-A、A-G、A-C、A-U等等。 . A-C与C-A虽然均由A与C形成碱基对，且A与C氢键位置也相同，但由于RNA螺旋 的不规正性，两者的构象是不同的， .在A-A碱基对中，虽然两个A均处于Watson-Crick状态，但两者的氢键位置是不同 的。前一个A的1位N和6位氨