生物化學及分子生物學(人衛(wèi)第九版)-02-03節(jié)-RNA結構與功能課件

RNA的空間結構和功能第二節(jié)RNA的空間結構和功能第二節(jié)RNA是DNA的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。編碼RNA：核苷酸序列可以翻譯成蛋白質(zhì)非編碼RNA：不編碼蛋白質(zhì)組成性非編碼RNA:確保實現(xiàn)基本生物學功能，豐度基本恒定調(diào)控性非編碼RNA:具有調(diào)控基因表達的作用，其豐度隨外界環(huán)境和細胞性狀發(fā)生改變RNA是DNA的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。生物化學及分子生物學(人衛(wèi)第九版)-02-03節(jié)--RNA結構與功能ppt課件一、mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板信使RNA(messengerRNA,mRNA)：蛋白質(zhì)生物合成的模板僅占細胞RNA總重量的2～5％約有105個不同種類大小、豐度和穩(wěn)定性差異巨大。真核生物mRNA比原核生物mRNA更復雜。一、mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板信使RNA(messenge(一)真核細胞mRNA的5′-端有帽結構真核生物mRNA的5-端是一個通過5-5連接、

在N7位甲基化的鳥嘌呤，稱為5-帽結構（5-cap）。5-帽結構可以與帽結合蛋白(capbindingprotein)結合。5-帽結構與蛋白質(zhì)的翻譯起始和mRNA的穩(wěn)定性密切有關。(一)真核細胞mRNA的5′-端有帽結構真核生物mRNA的75’5’75’5’(二)真核生物mRNA的3′-端有多聚腺苷酸尾的結構

真核生物mRNA的3-端有一段長度約為20-250腺苷酸，稱為多聚腺苷酸尾(poly-Atail)。多聚A尾結構可以與多聚A結合蛋白(polyAtailbindingprotein)結合。該結構與mRNA從核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)移以及mRNA的穩(wěn)定性有關。(二)真核生物mRNA的3′-端有多聚腺苷酸尾的結構真核PPiATP斷裂點聚合腺苷酸富UG區(qū)多聚腺苷信號Y=嘧啶切割PPiATP斷裂點聚合腺苷酸富UG區(qū)多聚腺苷信號Y=嘧啶(三)

hnRNA經(jīng)過修飾成為成熟mRNA細胞核內(nèi)新生成的mRNA初級產(chǎn)物被稱為不均一核RNA(heterogeneousmRNA，簡稱hnRNA)。hnRNA有外顯子（exon）和內(nèi)含子（intron）。外顯子是編碼氨基酸的序列，內(nèi)含子是非編碼序列。hnRNA經(jīng)過剪接和加工過程，剔除內(nèi)含子，連接外顯子，成為成熟mRNA。(三)hnRNA經(jīng)過修飾成為成熟mRNA細胞核內(nèi)新生成的mhnRNA轉(zhuǎn)錄首尾修飾索套形成mRNA剪接DNA1872nt7564bp成熟mRNAA–G為內(nèi)含子。hnRNA轉(zhuǎn)錄首尾修飾索套形成mRNA剪接DNA1872n可讀框起始密碼子終止密碼子5-非翻譯區(qū)3-非翻譯區(qū)遺傳密碼子成熟mRNA的結構特征可讀框起始密碼子終止密碼子5-非翻譯區(qū)3-非翻譯區(qū)遺傳密二、tRNA是蛋白質(zhì)合成中氨基酸的載體轉(zhuǎn)運RNA(transferRNA,tRNA)：氨基酸的載體參與多肽鏈合成約占RNA總量的15%100多種tRNA長度為70～95nt結構非常穩(wěn)定二、tRNA是蛋白質(zhì)合成中氨基酸的載體轉(zhuǎn)運RNA(tran（一）tRNA含有多種稀有堿基10%-20%稀有堿基；在轉(zhuǎn)錄后修飾而成雙氫尿嘧啶（DHU）假尿嘧啶（）7甲基鳥嘌呤（m7G）51（一）tRNA含有多種稀有堿基10%-20%稀有堿基；（二）tRNA具有特定的空間結構tRNA的3′-端永遠是CCA。局部的核苷酸堿基互補形成了莖環(huán)(stem-loop)結構或發(fā)卡(hairpin)結構。DHU環(huán)；TψC環(huán)；反密碼子環(huán)氨基酸接納臂二級結構酷似三葉草形狀。（二）tRNA具有特定的空間結構tRNA的3′-端永遠是CC反密碼子環(huán)DHU環(huán)TψC環(huán)3’5’氨基酸接納臂可變臂反密碼子環(huán)DHU環(huán)TψC環(huán)3’5’氨基酸接納臂可變臂TψC環(huán)DHU環(huán)反密碼子環(huán)氨基酸接納臂5’3’tRNA的倒L形空間結構TψC環(huán)DHU環(huán)反密碼子環(huán)氨基酸接納臂5’3’tRNA的倒L（三）tRNA的3′-端連接著氨基酸氨基酸在相對應的氨基酰合成酶催化下連接在3′-端A的C3′-OH上。一種tRNA只能攜載一種氨基酸;一種氨基酸可以被多種tRNA所攜載。連接在tRNA上的氨基酸才可以用來進行蛋白質(zhì)的生物合成。酪氨酸-tRNA:Tyr-tRNATyr（三）tRNA的3′-端連接著氨基酸氨基酸在相對應的氨基酰合（四）tRNA的反密碼子能夠識別mRNA的密碼子反密碼子環(huán)中的三個核苷酸構成了一個反密碼子（anti-codon）。反密碼子與mRNA的密碼子通過Watson-Crick堿基互補配對識別。（四）tRNA的反密碼子能夠識別mRNA的密碼子反密碼子環(huán)中5’mRNA5’5’mRNA5’三、以rRNA為主要成分的核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所核糖體RNA(ribosomalRNA，rRNA)：與核糖體蛋白共同組成了蛋白質(zhì)生物合成的場所-核糖體(ribosome)。細胞內(nèi)含量最多的RNA：~80％穩(wěn)定的結構保守的核苷酸序列三、以rRNA為主要成分的核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所核糖體RN原核生物真核生物小亞基

rRNA

蛋白質(zhì)30S

16S1542個核苷酸

21種占總重的40%40S

18S1874個核苷酸

33種占總重的50%大亞基

rRNA

蛋白質(zhì)50S

23S2490個核苷酸

5S120個核苷酸

31種占總重的30%60S

28S4718個核苷酸

5.8S160個核苷酸

5S120個核苷酸

49種占總重的35%核糖體的分子組成原核生物真核生物小亞基30S40S大亞基50S60S核糖體70S核糖體30S小亞基50S大亞基23SrRNA+5SrRNA16SrRNA21種蛋白質(zhì)31種蛋白質(zhì)原核生物核糖體的分子組成70S核糖體30S小亞基50S大亞基23SrRNA5SrRNA16SrRNA5’5’3’3’原核生物rRNA的二級結構5SrRNA16SrRNA5’5’3’3’原核生5’3’原核生物肽鏈合成的示意圖5’3’原核生物肽鏈合成的示意圖5’3’氨基酰-tRNA進位5’3’氨基酰-tRNA進位5’3’肽鏈延長5’3’肽鏈延長5’3’核糖體轉(zhuǎn)位5’3’核糖體轉(zhuǎn)位5’3’tRNA退位5’3’tRNA退位四、組成性非編碼RNA是基因表達中不可缺少的因子真核細胞中還有其他類型的組成性非編碼RNA。這些RNA作為關鍵因子參與了RNA的剪接和修飾、蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運以及調(diào)控基因表達。四、組成性非編碼RNA是基因表達中不可缺少的因子真核細胞中還組成性非編碼RNA種類催化小RNA：

也稱為核酶（ribozyme）；具有催化特定RNA降解的活性；在RNA合成后的剪接修飾中具有重要作用。核仁內(nèi)RNA（smallnucleolarRNA，簡稱snoRNA）：snoRNA定位于核仁；參與rRNA的加工，如tRNA的核糖C2′的甲基化和假尿嘧啶化修飾。組成性非編碼RNA種類催化小RNA：也稱為核酶（riboz核內(nèi)小RNA（smallnuclearRNA，簡稱snRNA）：snRNA富含尿嘧啶，故命名為U-snRNA。參與真核細胞mRNA的成熟過程，如U1、U2、U4、U5、U6和U7。它們的作用是識別hnRNA上的外顯子和內(nèi)含子的結點，切除內(nèi)含子。這些snRNA的5′-端有一個與mRNA相類似的5′-帽結構。核內(nèi)小RNA（smallnuclearRNA，簡稱snR胞質(zhì)小RNA（smallcytoplasmicRNA，簡稱scRNA）：

scRNA存在細胞質(zhì)中；與蛋白質(zhì)結合形成復合體后發(fā)揮生物學功能，如SRP-RNA與六種蛋白質(zhì)共同形成信號識別顆粒，引導含有信號肽的蛋白質(zhì)進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進行合成。胞質(zhì)小RNA（smallcytoplasmicRNA，簡五、調(diào)控性非編碼RNA參與了基因表達調(diào)控調(diào)控性非編碼RNA不編碼蛋白質(zhì)

具有重要的生物學功能：轉(zhuǎn)錄調(diào)控、RNA剪切和修飾、mRNA的翻譯、蛋白質(zhì)的穩(wěn)定和轉(zhuǎn)運、染色體的形成和結構穩(wěn)定等

參與了胚胎發(fā)育、組織分化、信號轉(zhuǎn)導、器官形成等基本的生命活動中以及疾病（如腫瘤、神經(jīng)性疾病等）的發(fā)生和發(fā)展

五、調(diào)控性非編碼RNA參與了基因表達調(diào)控調(diào)控性非編碼RNA不調(diào)控性非編碼RNA種類短鏈非編碼RNA（smallnon-codingRNA,簡稱sncRNA）長鏈非編碼RNA（longnon-codingRNA,簡稱lncRNA）環(huán)狀RNA（circularRNA，簡稱circRNA）調(diào)控性非編碼RNA種類短鏈非編碼RNA（smallnon-（一）短鏈非編碼RNA種類微小RNA（microRNA,簡稱miRNA）小干擾RNA（smallinterferingRNA,簡稱siRNA）與PIWI蛋白家族成員結合的小RNA（piwi-interactingRNA，簡稱piRNA）

（一）短鏈非編碼RNA種類微小RNA（microRNA,簡微小RNA編碼miRNA的基因轉(zhuǎn)錄生成長度為幾千個堿基的初級轉(zhuǎn)錄本pri-miRNA。細胞核內(nèi)，pri-miRNA在蛋白復合體Drosha的作用下生成60～70nt、具有發(fā)夾結構的miRNA前體（pre-miRNA）。細胞質(zhì)中，RNaseIII酶家族成員Dicer對pre-miRNA的莖環(huán)結構進行剪切，在細胞質(zhì)內(nèi)形成大約20堿基對長的miRNA:miRNA*雙鏈。微小RNA編碼miRNA的基因轉(zhuǎn)錄生成長度為幾千個堿基的初級微小RNAmiRNA與靶基因mRNA的開放閱讀框中的序列形成完全互補的RNA雙鏈，miRNA將雙鏈中的mRNA降解，沉默基因表達。miRNA與靶基因mRNA的3′-UTR形成非完全互補的雜交雙鏈，miRNA結合在雜交雙鏈上，抑制基因表達。miRNA參與細胞的生長、分化、衰老、凋亡、自噬、遷移、侵襲等多種過程。微小RNAmiRNA與靶基因mRNA的開放閱讀框中的序列形成小干擾RNA內(nèi)源性siRNA是由細胞自身產(chǎn)生的。外源性siRNA是外源入侵的雙鏈RNA，經(jīng)Dicer切割所產(chǎn)生的具有特定長度（21-23bp）和特定序列的小片段RNA。這些siRNA可以與AGO蛋白結合，誘導靶mRNA的降解。小干擾RNA內(nèi)源性siRNA是由細胞自身產(chǎn)生的。piRNA哺乳動物生殖細胞中分離得到的~30nt的小RNA。5′端具有強烈的尿嘧啶傾向性（約86%）。piRNA與PIWI蛋白家族成員相結合才能發(fā)揮調(diào)控作用。piRNA在染色體上的分布不均勻，piRNA的表達具有組織特異性，調(diào)控著生殖細胞和干細胞的生長發(fā)育。對piRNA的研究尚處于初級階段，具體的功能尚在研究當中。piRNA哺乳動物生殖細胞中分離得到的~30nt的小RNA。（二）長鏈非編碼RNA長度為200-100000核苷酸的RNA分子；具有類似于mRNA的結構：polyA尾巴和啟動子，但不存