医学分子生物学：第二章 RNA-1

第二章RNA第一节RNA的研究简史DNARNAProtein复制转录翻译1958年分子生物学中心法则脱氧核糖核酸（DNA）：储存遗传信息核糖核酸（RNA）：传递遗传信息蛋白质（Protein）：行使生理功能,表现生物性状

遗传信息的传递遗传信息的表达RNA信使核糖核酸（mRNA）转运核糖核酸（tRNA）核糖体核糖核酸（rRNA）（模板）（工具）（场所）参与蛋白质合成RNA的生物学功能逆转录病毒生活周期基因组RNARNADNA(-)DNA(-)DNA(+)mRNAmRNAprotein基因组RNARNA病毒DNA前病毒子代RNA病毒DNA(-)①RNA指导的DNA合成②RNA的水解③DNA指导的DNA合成（宿主细胞RNA聚合酶II）DNA指导的RNA合成（逆转录酶）1970年Temin和Baltimore逆转录病毒和RNA指导的DNA聚合酶（逆转录酶）的发现经典的分子生物学中心法则DNARNAProtein复制转录翻译逆转录完善的分子生物学中心法则HowardMartinTeminDavidBaltimore﹡RNA：在RNA病毒中储存遗传信息。FrancisHarryComptonCrick1958年1970年DNARNAProtein复制转录翻译2.1981年Cech四膜虫rRNA自我剪接，去除内含子1992年Holler核糖体大亚基rRNA，催化肽键形成﹡RNA：具有催化功能。核酶，具有催化功能的RNA分子ThomasRobertCech四膜虫3.1983年Simons和Mizumo反义RNA（antisenseRNA）targetmRNA5`3`5`3`反义RNARNaseH4.1998年Fire和MelloRNA干扰（RNAinterference，RNAi）targetmRNA5`3`3`5`dsRNAsiRNA复制转录后翻译转录后Dicer5`3`5`3`﹡RNA：具有调节基因表达功能。5.1993年Lee、Feinbaum和Ambros线虫microRNA（miRNA）lin-4let-7核蛋白lin-14成熟miRNA5`3`targetmRNA5`3`5`3`线虫1.参与蛋白质的合成2.储存遗传信息3.参与催化反应4.参与基因表达调节……mRNA、tRNA、rRNARNA病毒核酶antisenseRNA、siRNA、microRNARNA的生物学功能RNA起源说：RNA自我复制催化功能DNAProtein①参与蛋白质合成④调节基因表达③催化功能②储存遗传信息RNA功能多样：分子性质稳定分子结构多样第二节RNA的分子结构基本结构RNADNA构件分子AMP、GMP、CMP、UMPdAMP、dGMP、dCMP、(d)TMP碱基A、G、C、U、稀有碱基A、G、C、T戊糖核糖脱氧核糖核苷酸组成的多聚物。磷酸戊糖碱基核苷＋=核苷酸＋＋=1`2`3`4`5`OHH常见碱基6262244452（5-甲基尿嘧啶）稀有碱基（修饰碱基）5胞嘧啶CCH355-甲基胞嘧啶甲基化腺嘌呤A次黄嘌呤I6HNNNHON6脱氨戊糖核糖OHOHOHCH2OHO1`2`3`4`5`脱氧核糖HOHOHCH2OHO1`2`3`4`5`2`OH－①RNA分子不稳定，容易降解②RNA分子构象多样化，功能多样化。核苷戊糖与碱基以糖苷键相连。戊糖C1`嘧啶N1嘌呤N9＋核苷＋=磷酸戊糖碱基糖苷键腺嘌呤核苷（腺苷）鸟嘌呤核苷（鸟苷）胞嘧啶核苷（胞苷）尿嘧啶核苷（尿苷）(O)HOHOHCH2OHO1`2`3`4`5`戊糖HCNHCCHCHN1NHCCCCHHCNNN9H嘧啶嘌呤糖苷键糖苷键稀有核苷—稀有碱基组成次黄嘌呤核苷HNNNON6OHOHCH2OHO1`2`3`4`5`戊糖H（腺嘌呤脱氨）胸腺嘧啶核糖核苷（rT）稀有核苷—戊糖组成不同胸腺嘧啶稀有核苷—连接键不同OOHOHHOCH2HNOON234561OOHOHHOCH2HNOONH125346尿苷假尿苷Ψ（psai：）在tRNA、rRNA中出现连接键：3`，5`磷酸二酯键OH前一个核苷酸的3`羟基后一个核苷酸的5`磷酸3`，5`磷酸二酯键空间结构RNADNA二级结构无规律，常见发夹结构双螺旋结构三级结构进一步折叠，多样化进一步折叠，如超螺旋四级结构与蛋白质相互作用与蛋白质相互作用链内配对链间配对局部双螺旋环碱基配对—局部双螺旋（A型右手螺旋）发夹结构（茎环结构）发夹结构（茎环结构）碱基不配对—环和突起结构第三节各类RNA的结构和功能一、tRNA功能：①识别mRNA上的密码子②转运氨基酸。一种tRNA一种氨基酸一种氨基酸多个tRNAtRNA氨基酸氨基酰tRNA合成酶＋氨基酰tRNA…

……

………………mRNA5`3`氨基酰tRNA氨基酰tRNA③10%稀有碱基和稀有核苷双氢尿嘧啶（DHU）、次黄嘌呤（I）、假尿嘧啶核苷（ψ）、核糖胸腺嘧啶（rT）。1.tRNA的一级结构：①73～93个核糖核苷酸组成的RNA单链。②30%碱基固定不变→功能相关。部分可变碱基→氨基酰tRNA合成酶识别位点6HNNNHON6脱氨5566（U）（DHU）加氢（A）（I）5`CCA3`④5`端pG，3`端-CCA-OH﹡转录后加工2.tRNA的二级结构－4环4臂的三叶草结构

氨基酸臂－3`-NCCA-OH单链区双氢尿嘧啶臂－双氢尿嘧啶环－含有DHU

反密码臂－反密码环－3个碱基组成反密码子可变环－

TψC臂－

TψC环－TψC序列53U密码子：5`AUC3`反密码子：5`GAU3`5`AUC3`3`UAG5`反向平行配对3.tRNA

的三级结构－倒L型结构具有生物活性4.tRNA的类型和功能①起始tRNA识别：翻译起始密码子定位：肽位（P位）…

AUG

…

……AUG

………mRNA5`3`原核生物：tRNAfmet起始密码子编码密码子真核生物：tRNAmet﹡序列特异性

﹡结合因子不同②延长tRNA识别：编码密码子定位：氨基酰位（A位）③校正tRNA基因突变移码突变错义突变无义突变

5`GUAGCCCACUGG3`5`GUAGCCUACUGG

3`5`GUAGCCUACUGG3`5`GUAGCCUACUGA

3`组酪终止密码子色酪丝丙脯基因内校正突变：校正突变发生在结构基因内。基因间校正突变：校正突变发生在结构基因外的其他基因中。校正突变：能够校正第一次突变的第二次突变。……CGC

…Ser……AGC

…Arg……AGG

…ArgproteinCGCAGCGCAGCAGG第一次突变第二次突变基因内校正突变3`3`5`5`TCGTAGtRNAserproteinCGACTA第一次突变第二次突变基因间校正突变野生型突变型5`5`5`5`3`3`3`3`校正tRNA：校正mRNA中突变的tRNA分子。校正tRNA移码校正tRNA错义校正tRNA无义校正tRNA5`GGG3`5`GGGG3`3`CCC5`3`CCCC5`甘甘5`GGA3`5`AGA3`精甘3`CCU5`甘3`UCU5`甘5`CAG3`5`UAG3`终止谷酰3`GUC5`谷胺酰氨3`AUC5`谷胺酰氨5`---------GGA--------3`CCU甘5`---------*AGA----------------AGA----3`UCU甘野生型突变型精UCU校正tRNA正常tRNA？甘氨酸精氨酸有害突变mRNAtRNA校正tRNA携带氨基酸不变反密码子改变蛋白质突变消除校正突变第二次突变消除第一次突变的有害结果。④同工tRNA同义密码子（简并密码子）20种氨基酸61种密码子识别同义密码子携带同种氨基酸的tRNA机体的自稳机制ⅰ.DNAⅱ.mRNA切除修复校正tRNA同义密码子和同工tRNAGGGGGAGGUGGC如：甘氨酸甘CCC甘CCU甘CCA甘CCG同工tRNA同义密码子摆动配对ⅲ.蛋白质氨基酰tRNA合成酶tRNA氨基酸氨基酰tRNA合成酶＋氨基酰tRNA﹡具有高度特异性﹡具有校正活性氨基酰tRNA合成酶结合位点：结合正确的氨基酸，使之活化。水解位点：水解错误的氨基酸，保证翻译准确性。二、mRNADNA（＋）DNA（－）hnRNAmRNA核膜真核生物原核生物加工核内不均一RNA（hnRNA）成熟mRNA无时空分离一致功能：蛋白质合成模板。原核生物和真核生物mRNA结构特点原核生物真核生物多顺反子mRNA单顺反子mRNASD序列Kozak序列无5`帽子无3`尾巴T1/2短T1/2

长无稀有碱基有稀有碱基1.多顺反子mRNA和单顺反子mRNA多顺反子：多个结构基因转录在一条mRNA上。单顺反子：一个结构基因转录在一条mRNA上。DNAmRNA蛋白质转录翻译AB单顺反子调控序列调控序列DNAmRNA蛋白质转录翻译AB多顺反子调控序列操纵子DNAmRNA蛋白质转录翻译AB调控序列调控序列一个基因一条mRNA一条蛋白质共线性关系RNA内含子剪接拼接方式改变RNA编辑（RNAediting）编码方式改变mRNA中核苷酸的缺失，插入或置换

RNA再编码（RNArecoding）阅读方式改变mRNA中核苷酸的重复阅读或跳过不读在RNA水平上的遗传信息容量扩增2.SD序列和Kozak序列AUGAGGA5`3`起始密码子SD序列7～12ntmRNAUCCU16rRNA3`5`PA核糖体原核生物的SD序列SD序列：原核生物mRNA5`端AUG上游一段富含嘌呤的保守序列。Kozak序列：CCAUGGGCCAG-3+4起始密码子mRNA5`3`Kozak序列：真核生物mRNA5`端AUG周围一段保守序列。与翻译起始的精确性和高效性相关。真核生物的Kozak序列区别于转录第一位：+1（无0位）ATGGCCAACCTGGTCTAGATGGCCAACCTGGTCTACCGGTTGGACCAGATCGCCACCforwardprimerreverseprimer5`5`5`5`3`3`3`3`Kozak序列在基因工程中的应用ｃＤＮＡ3.5`帽子结构帽0帽I帽II7甲基鸟苷酸5`5`三磷酸酯键2`OH甲基化帽O：m7G5`ppp5`Np帽I：m7G5`ppp5`Nmp帽II：m7G5`ppp5`NmpNmp加帽过程pppN（原始转录物）磷酸酶ppNpiGpppNpppGppimGpppN甲基化原始转录物5`帽子结构：①保护mRNA，不受核酸外切酶的降解。②与帽结合蛋白结合（m7G），使核糖体40S大亚基结合至mRNA5`端。帽结合蛋白帽子结构5`3`mRNA①ATP酶活性、解旋酶活性－解开mRNA5`端二级结构②识别并结合核糖体帽结合蛋白：4.3`尾部真核生物mRNA3`端的一段约20～250个腺苷酸（polyA）的序列。AAAAAAAAA5`3`来源：转录后加工AAAAAAAAATTTTTTTTTTDNA（＋）（－）5`5`3`3`mRNA？×多聚位点（PolyAsigal）：————————————AATAAA——GT————————————————TTATTT——

CA

————AAUAAA——GU——5`3`5`5`3`3`剪切位点AAUAAA——AAAAAAA(A)n—5`3`polyA聚合酶ATPPPi剪切信号mRNADNA（＋）（－）mRNA﹡polyA和polyAsignal意义：保持mRNA稳定性。例外：组蛋白应用：提取mRNAoligoT/UtRNA、rRNAmRNA总RNA逆转录产生cDNAAAAAAATTTTTTTOligodT引物mRMAcDNA5`5`3`3`逆转录酶5.mRNA的半衰期5`3`N6.mRNA中的修饰碱基原核生物：无。真核生物：m6A腺嘌呤66甲基腺嘌呤CH36甲基化三、rRNA（占80％）功能：蛋白质合成场所。