RNA结构与功能知识分享.ppt

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1、RNA结构与功能nRNA 是 DNA的转录产物。n编码RNA：核苷酸序列可以翻译成蛋白质n非编码RNA：不编码蛋白质n组成性非编码RNA:确保实现基本生物学功能，丰度基本恒定n调控性非编码RNA:具有调控基因表达的作用，其丰度随外界环境和细胞性状发生改变755(二)真核生物mRNA的3-端有多聚腺苷酸尾的结构 n真核生物mRNA的3-端有一段长度约为20-250腺苷酸，称为多聚腺苷酸尾(poly-A tail)。n多聚A尾结构可以与多聚A结合蛋白(polyA tail binding protein)结合。n该结构与 mRNA 从核内向胞质的转移以及mRNA的稳定性有关。PPiATP断裂点断裂

2、点聚合腺苷酸聚合腺苷酸富富UG区区多聚腺苷信号多聚腺苷信号Y=嘧啶嘧啶切割切割(三)hnRNA经过修饰成为成熟mRNAn细胞核内新生成的mRNA初级产物被称为不均一核RNA(heterogeneous mRNA，简称hnRNA)。nhnRNA有外显子（exon）和内含子（intron）。n外显子是编码氨基酸的序列，内含子是非编码序列。nhnRNA经过剪接和加工过程，剔除内含子，连接外显子，成为成熟mRNA。hnRNA转录转录首尾修饰首尾修饰索套形成索套形成mRNA剪接剪接DNA1872 nt7564 bp成熟成熟mRNAnA G 为内含子。可读框起始密码子终止密码子5-非翻译区3-非翻译区遗传

3、密码子成熟mRNA的结构特征二、tRNA是蛋白质合成中氨基酸的载体n转运RNA(transfer RNA,tRNA)：氨基酸的载体参与多肽链合成n约占RNA总量的15%n100多种 tRNA n长度为7095 nt n结构非常稳定（一）tRNA含有多种稀有碱基n10%-20%稀有碱基；在转录后修饰而成双氢尿嘧啶双氢尿嘧啶（DHU）假尿嘧啶假尿嘧啶（）7 7甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤（m7G）51（二）tRNA具有特定的空间结构ntRNA的3-端永远是CCA。n局部的核苷酸碱基互补形成了茎环(stem-loop)结构或发卡(hairpin)结构。nDHU环；TC环；反密码子环n氨基酸接纳臂n二级结构酷

4、似三叶草形状。反密码子环DHU环TC环35氨基酸接纳臂可变臂TC环DHU环反密码子环氨基酸接纳臂53tRNA的倒L形空间结构（三）tRNA的3-端连接着氨基酸n氨基酸在相对应的氨基酰合成酶催化下连接在3-端A的C3-OH上。n一种tRNA只能携载一种氨基酸;一种氨基酸可以被多种tRNA所携载。n连接在tRNA上的氨基酸才可以用来进行蛋白质的生物合成。n酪氨酸-tRNA:Tyr-tRNATyr（四）tRNA的反密码子能够识别mRNA的密码子n反密码子环中的三个核苷酸构成了一个反密码子（anti-codon）。n反密码子与mRNA的密码子通过Watson-Crick碱基互补配对识别。5mRNA5三

5、、以rRNA为主要成分的核糖体是蛋白质合成的场所n核糖体RNA(ribosomal RNA，rRNA)：与核糖体蛋白共同组成了蛋白质生物合成的场所-核糖体(ribosome)。n细胞内含量最多的RNA：80n稳定的结构 n保守的核苷酸序列原核生物真核生物小亚基小亚基 rRNA 蛋白质 30S 16S 1542个核苷酸 21种 占总重的40%40S 18S 1874个核苷酸 33种 占总重的50%大亚基大亚基 rRNA 蛋白质50S 23S 2490个核苷酸 5S 120个核苷酸 31种 占总重的30%60S 28S 4718个核苷酸 5.8S 160个核苷酸 5S 120个核苷酸 49种 占总

6、重的35%核糖体的分子组成70S 核糖体30S 小亚基50S 大亚基23S rRNA+5S rRNA16S rRNA21种蛋白质31种蛋白质原核生物核糖体的分子组成5S rRNA16S rRNA5533原核生物rRNA的二级结构53原核生物肽链合成的示意图53氨基酰-tRNA进位53肽链延长53核糖体转位53tRNA退位四、组成性非编码RNA是基因表达中不可缺少的因子n真核细胞中还有其他类型的组成性非编码RNA。n这些RNA作为关键因子参与了RNA的剪接和修饰、蛋白质的转运以及调控基因表达。组成性非编码RNA种类n催化小RNA：也称为核酶（ribozyme）；具有催化特定RNA降解的活性；在R

7、NA合成后的剪接修饰中具有重要作用。n核仁内RNA（small nucleolar RNA，简称snoRNA）：snoRNA定位于核仁；参与rRNA的加工，如tRNA的核糖C2的甲基化和假尿嘧啶化修饰。n核内小RNA（small nuclear RNA，简称snRNA）：snRNA富含尿嘧啶，故命名为U-snRNA。n参与真核细胞mRNA的成熟过程，如U1、U2、U4、U5、U6和U7。它们的作用是识别hnRNA上的外显子和内含子的结点，切除内含子。n这些snRNA的5-端有一个与mRNA相类似的5-帽结构。n胞质小RNA（small cytoplasmic RNA，简称scRNA）：scRN

8、A存在细胞质中；与蛋白质结合形成复合体后发挥生物学功能，如SRP-RNA与六种蛋白质共同形成信号识别颗粒，引导含有信号肽的蛋白质进入内质网进行合成。五、调控性非编码RNA参与了基因表达调控n调控性非编码RNA不编码蛋白质 n具有重要的生物学功能：转录调控、RNA剪切和修饰、mRNA的翻译、蛋白质的稳定和转运、染色体的形成和结构稳定等 n参与了胚胎发育、组织分化、信号转导、器官形成等基本的生命活动中以及疾病（如肿瘤、神经性疾病等）的发生和发展 调控性非编码RNA种类n短链非编码RNA（small non-coding RNA,简称 sncRNA）n长链非编码RNA（long non-coding

9、 RNA,简称 lncRNA）n环状RNA（circular RNA，简称 circRNA）（一）短链非编码RNA种类n微小RNA（microRNA,简称miRNA）n小干扰RNA（small interfering RNA,简称siRNA）n与PIWI蛋白家族成员结合的小RNA（piwi-interacting RNA，简称piRNA）微小RNAn编码miRNA的基因转录生成长度为几千个碱基的初级转录本pri-miRNA。n细胞核内，pri-miRNA在蛋白复合体Drosha的作用下生成6070 nt、具有发夹结构的miRNA前体（pre-miRNA）。n细胞质中，RNase III酶家族成

10、员Dicer对pre-miRNA的茎环结构进行剪切，在细胞质内形成大约20碱基对长的miRNA:miRNA*双链。微小RNAnmiRNA与靶基因mRNA的开放阅读框中的序列形成完全互补的RNA双链，miRNA将双链中的mRNA降解，沉默基因表达。nmiRNA与靶基因mRNA的3-UTR形成非完全互补的杂交双链，miRNA结合在杂交双链上，抑制基因表达。nmiRNA参与细胞的生长、分化、衰老、凋亡、自噬、迁移、侵袭等多种过程。小干扰RNAn内源性siRNA是由细胞自身产生的。n外源性siRNA是外源入侵的双链RNA，经Dicer切割所产生的具有特定长度（21-23bp）和特定序列的小片段RNA。

11、n这些siRNA可以与AGO蛋白结合，诱导靶mRNA的降解。piRNAn哺乳动物生殖细胞中分离得到的30nt的小RNA。n5端具有强烈的尿嘧啶倾向性（约86%）。npiRNA与PIWI蛋白家族成员相结合才能发挥调控作用。npiRNA在染色体上的分布不均匀，piRNA的表达具有组织特异性，调控着生殖细胞和干细胞的生长发育。n对piRNA的研究尚处于初级阶段，具体的功能尚在研究当中。（二）长链非编码RNAn长度为200-100000 核苷酸的RNA分子；n具有类似于mRNA的结构：polyA尾巴和启动子，但不存在开放阅读框；n来源于蛋白质编码基因、假基因或编码基因间的DNA序列；n由RNA聚合酶转

12、录，经剪切加工后生成；n具有强烈的组织特异性与时空特异性。lncRNA作用机制n结合在编码基因启动子区，干扰下游基因的表达；n与编码基因的转录本形成互补双链，形成不同的剪切形式；n与编码基因的转录本形成互补双链，产生内源性siRNA；n与特定蛋白质结合，lncRNA转录本可调节相应蛋白的活性；n结合到特定蛋白质上，改变该蛋白质的细胞定位；n抑制RNA聚合酶或介导染色质重构，影响下游基因的表达。（三）环状RNAn几乎完全定位于细胞核中n不受RNA外切酶的影响，表达更稳定，不易降解 n或来自外显子，或兼有外显子和内含子的部分 n具有序列的高度保守性；具有一定的组织、时序和疾病特异性。环状RNAncircRNA分子富含miRNA的结合位点，在细胞中起到miRNA海绵（miRNA sponge）的作用；n通过结合miRNA，解除miRNA对其靶基因的抑制作用，上调靶基因的表达，产生相应的生物学效应。