RNA结构与功能ppt课件.pptx

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1、RNA的空间结构和功能第二节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一、mRNA是蛋白质合成的模板n信使RNA(messenger RNA,mRNA)：蛋白质生物合成的模板n仅占细胞RNA总重量的25n约有105个不同种类 n大小、丰度和稳定性差异巨大。n真核生物mRNA比原核生物mRNA更复杂。(一)真核细胞mRNA的5-端有帽结构n真核生物mRNA的5-端是一个通过5-5连接、在N7位甲基化的鸟

2、嘌呤，称为5-帽结构（5-cap）。n5-帽结构可以与帽结合蛋白(cap binding protein)结合。n5-帽结构与蛋白质的翻译起始和mRNA的稳定性密切有关。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)

3、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(tr

4、ansfer 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）假假尿嘧啶尿嘧啶（）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

5、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、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

6、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原核生物真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 占总重的35%核糖体的分子组成70S 核糖体30S 小亚基50S 大亚基

7、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RNA合成后的剪接修饰中具有重要作用。n核仁内RNA（small nu

8、cleolar 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）：scRNA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-R

9、NA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 RNA,简称 lncRNA）n环状RNA（circular RNA

10、，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酶家族成员Dicer对pre-miRNA的茎环结构进行剪切，在细胞质内形成大

11、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。n这些siRNA可以与AGO蛋白结合，诱导靶mRNA的降解。piRN

12、An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。lncRN

13、A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。