备课素材：RNA的分类及功能-高一下学期生物人教版必修2.docx

RNA的分类及功能先看一道试题：（2022年江苏高考生物试题.21题）科学家研发了多种 RNA 药物用于疾病治疗和预防，图中示意 4 种 RNA 药物的作 用机制。请回答下列问题。(1)细胞核内 RNA 转录合成以           为模板，需要           的催化。前体 mRNA 需加工 为成热的 mRNA,才能转运到细胞质中发挥作用，说明           对大分子物质的转运具有选择性。(2)机制:有些杜兴氏肌营养不良症患者 DMD 蛋白基因的 51 外显子片段中发生       ， 提前产生终止密码子，从而不能合成 DMD 蛋白。为治疗该疾病，将反义 RNA 药物导入细胞核，使其与 51 外显子转录产物结合形成 ，DMD 前体 mRNA 剪接时，异常区段被剔除，从 而合成有功能的小 DMD 蛋白，减轻症状。(3)机制:有些高胆固醇血症患者的 PCSK9 蛋白可促进低密度脂蛋白的内吞受体降解，血液中 胆固醇含量偏高。转入与 PCSK9 mRNA 特异性结合的 siRNA，导致 PCSK9mRNA 被剪断，从而抑制细胞内的           合成，治疗高胆固醇血症。(4)机制: mRNA 药物进入患者细胞内可表达正常的功能蛋白，替代变异蛋白发挥治疗作用。通 常将 mRNA 药物包装成脂质体纳米颗粒，目的是                            (2 分)。 (5)机制:编码新冠病毒 S 蛋白的 mRNA 疫苗，进入人体细胞， 在内质网上的核糖体中合成 S 蛋 白,经过                    修饰加工后输送出细胞，可作为                   诱导人体产生特 异性免疫反应。(6)接种了两次新型冠状病毒灭活疫苗后, 若第三次加强接种改为重组新型冠状病毒疫苗,根据 人体特异性免疫反应机制分析，进一步提高免疫力的原因有:                       (2 分)。答案：（1)DNA的一条链     RNA聚合酶 核孔（2）突变（碱基的增添、减少或替换）   双链 RNA（3)PCSK9蛋白（4）保护并把mRNA送入细胞内，使之能够表达正常的功能蛋白（2分）（5）内质网和高尔基体    抗原（6）重组新型冠状病毒疫苗作为抗原刺机体产生更多的记忆细胞和抗体，进一步提高机体的免疫力（2分） 此题涉及多种RNA（ siRNA、cRNAs、 mRNA 等）。人教2019版高中生物学必修二P65介绍了“信使RNA、转运RNA、核糖体RNA”：那么，RNA有哪些种类？各有什么功能？随着技术的进步，不断发现新的非编码RNA（nNon-coding RNA, cRNAs）类别，但带有功能注释的编码和非编码RNA仍然是一个相对较小的部分。RNA种类繁多，作用精细。除了典型的蛋白质编码RNA外，各种长短非编码RNA也不断被发现。大体上可以将具有（部分）特征功能的RNA分为三类。第一类包括蛋白质编码相关RNA，包括指定用于蛋白质合成的RNA，即信使RNA（messenger RNA, mRNA）、转运RNA（transfer RNA, tRNA）和核糖体RNA（ribosomal RNA, rRNA），以及负责其成熟的RNA。mRNAs、rRNAs和tRNAs负责蛋白质翻译；mRNA，以DNA为模板，依据碱基互补配对原则转录生成，是蛋白质生物合成的直接模板。mRNA虽然只占细胞总RNA的2%5%；tRNA，是一种由76-90个核苷酸所组成的RNA，3'端可以在氨酰-tRNA合成酶催化之下，以mRNA为模板，携带密码子对应的氨基酸进入核糖体；rRNA，是细胞内含量最多的一类RNA（约占RNA总量的82%），单独存在时不执行其功能，与蛋白质结合而形成核糖体，在mRNA的指导下将氨基酸合成为肽链。小核RNA（small nuclear RNAs, snRNA）主要作用于细胞核中的前mRNA加工。核糖核酸酶P（ribonuclease P, RNase P）和核糖核酶MRP（ribonuclease MRP, RNase MRP）分别负责tRNA和rRNA的成熟；RNase P，含有一个单链RNA分子，长度为375个碱基，结合一个相对分子质量为20kDa的多肽，是一种重要的核酸内切酶，RNA负责催化前体tRNA的5'末端成熟，蛋白质则起间接的作用，广泛存在于原核生物和真核生物（核仁、叶绿体和线粒体）中。RNaseMRP，是存在于所有真核生物中一类保守的由一条非编码RNA催化亚基和近十个蛋白质组成的核糖核酸复合物。它在核糖体rRNA前体成熟过程和细胞周期调控中都扮演着重要的角色。核仁小RNA（small nucleolar RNAs, snoRNA）具有多种功能，包括rRNA和snRNA修饰。snoRNA，由内含子编码，分布于真核生物细胞核仁的小分子非编码RNA，具有保守的结构元件。(图片来源于参考资料）第二类RNA包括调节性RNA。microRNAs（miRNAs）、短发卡 RNA（short hairpin RNA，shRNA）、小干扰RNA（small interference RNA, siRNA）是短ncRNAs，通过转录后降解mRNA分子干扰基因表达；miRNA基因通常是在核内由RNA聚合酶II(polII)转录的，最初产物为大的具有帽子结构和polyA尾巴的pri-miRNA。pri-miRNA在多种酶的作用下剪切并成熟后为约22个核苷酸长度的单链miRNA。shRNA，包括两个短反向重复序列，中间由一茎环（loop）序列分隔的，组成发夹结构，由pol 启动子控制。siRNA, 在细胞内被酶切割成2125bp大小的双链RNA（dsRNA），功能类似于miRNA，并且在RNA干扰（RNAi）途径内操作。与Piwi蛋白相作用的RNA称为piRNA。piRNAs是一类内源性小干扰RNA，在基因组中显示出与众不同的定位类型。piwi相互作用RNA（piRNAs）沉默生殖系细胞中的反转录转座子和其他遗传元件；piRNA不能由dsRNA形成。反义RNA（antisense RNAs，aRNAs）是与其他转录物具有部分或全序列互补性的内源性RNA，它利用不同的转录和转录后基因调控机制来执行多种生物学功能；与mRNA互补后，能抑制与疾病发生直接相关基因的表达的RNA。它封闭基因表达，具有特异性强、操作简单的特点。竞争性内源性RNA（competing endogenous RNAs, ceRNAs）通过竞争共享的miRNAs来调节mRNA转录；长非编码RNA（long noncoding RNAs，lncRNAs）长度超过200个核苷酸，以组织特异性和发育调节模式转录，可通过向特定基因组位点募集染色质重塑复合物来介导表观遗传改变；增强子RNA（enhancer RNAs, eRNAs）是从增强子区域转录的短ncRNA分子，在顺式和反式转录调控中发挥积极作用。最后一组由寄生RNA组成能够自我繁殖的反转录转座子、RNA病毒和CRISPR RNA（crRNAs），它们通过帮助Cas蛋白识别和切割外源DNA而构成原核免疫系统。这种分类不是相互排斥的。一些RNA最初是从一类中鉴定出来的，后来发现在另一类中起作用。例如循环RNAs（circRNAs）最初被描述为具有基因调节潜力的ncRNAs，其中一些后来被显示为具有蛋白质编码作用。许多非编码RNA的确切作用仍在研究中。例如，sno-derived RNAs（sdRNAs）是来源于H/ACA盒snoRNAs或C/D盒snoRNA的miRNA样RNA，在RNA沉默和snoRNA介导的RNA处理系统之间的相互作用中具有假设作用；miRNA偏移RNA（moRNAs）由人类miRNA前体产生，但其表达水平远低于相应的miRNAs；转录起始RNA（tiRNAs）在60至+转录起始位点（TSS）的120个核苷酸，可能是所有真核生物转录的一个普遍特征，其确切功能尚未明确。不同类型的RNA功能很大程度上取决于它们与大分子的相互作用，而大分子通常由两个相互作用伙伴的序列和结构特征决定。 例、反义RNA是一种本身缺乏编码能力，但能与特异靶RNA（主要是mRNA）互补的RNA分子，与靶mRNA的特定区域结合形成双链复合物，从而阻断蛋白质合成过程。下列说法正确的是（ ）A.反义RNA与靶mRNA形成的双链RNA中的碱基配对方式与翻译过程相同B.合成的反义基因只有整合到细胞的染色体上才能发挥作用C.反义RNA导致靶基因不能正常表达是因为翻译过程受阻D.可以利用反义RNA技术抑制病毒在宿主细胞内增殖 【答案】ACD【解析】从图中看出：反义基因经转录产生的反义RNA与细胞原有mRNA（靶mRNA）互补形成双链RNA，阻止靶mRNA进一步翻译形成。翻译过程和反义RNA与靶mRNA形成的双链RNA过程都是RNA和RNA配对，二者配对方式相同，A正确；反义基因只要正常转录就可以发挥作用，而转录的场所可以在细胞核和细胞质的叶绿体、线粒体中，B错误；反义RNA和靶RNA结合后，导致互补双链RNA不能和核糖体结合，从而阻止了翻译过程，C正确；利用反义RNA技术可以抑制病毒基因的表达过程，从而阻止其在宿主细胞内增殖，D正确。故选ACD。学科网（北京）股份有限公司