1. RNA是什麼意思
RNA的種類:
在生物體內發現主要有三種不同的RNA分子在基因的表達過程中起重要的作用。它們是信使RNA(messengerRNA,mRNA)、轉運RNA(tranfer RNA,tRNA)、核糖體RNA(ribosomal RNA,rRNA)。RNA含有四種基本鹼基,即腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶。此外還有幾十種稀有鹼基。
RNA的一級結構主要是由AMP、GMP、CMP和UMP四種核糖核苷酸通過3',5'磷酸二酯鍵相連而成的多聚核苷酸鏈。天然RNA的二級結構,一般並不像DNA那樣都是雙螺旋結構,只有在許多區段可發生自身回折,使部分A-U、G-C鹼基配對,從而形成短的不規則的螺旋區。不配對的鹼基區膨出形成環,被排斥在雙螺旋之外。RNA中雙螺旋結構的穩定因素,也主要是鹼基的堆砌力,其次才是氫鍵。每一段雙螺旋區至少需要4~6對鹼基對才能保持穩定。在不同的RNA中,雙螺旋區所佔比例不同。【RNA的二級結構】細胞內有三類主要的核糖核酸,即:mRNA、rRNA、tRNA。它們各有特點。在大多數細胞中RNA的含量比DNA多5~8倍。【大腸桿菌RNA的性質】
mRNA
生物的遺傳信息主要貯存於DNA的鹼基序列中,但DNA並不直接決定蛋白質的合成。而在真核細胞中,DNA主要貯存於細胞核中的染色體上,而蛋白質的合成場所存在於細胞質中的核糖體上,因此需要有一種中介物質,才能把DNA 上控制蛋白質合成的遺傳信息傳遞給核糖體。現已證明,這種中介物質是一種特殊的RNA。這種RNA起著傳遞遺傳信息的作用,因而稱為信使RNA(messenger RNA,mRNA)。
mRNA的功能就是把DNA上的遺傳信息精確無誤地轉錄下來,然後再由mRNA的鹼基順序決定蛋白質的氨基酸順序,完成基因表達過程中的遺傳信息傳遞過程。在真核生物中,轉錄形成的前體RNA中含有大量非編碼序列,大約只有25%序列經加工成為mRNA,最後翻譯為蛋白質。因為這種未經加工的前體mRNA(pre-mRNA)在分子大小上差別很大,所以通常稱為不均一核RNA(heterogeneous nuclear RNA,hnRNA)。
tRNA
如果說mRNA是合成蛋白質的藍圖,則核糖體是合成蛋白質的工廠。但是,合成蛋白質的原材料——20種氨基酸與mRNA的鹼基之間缺乏特殊的親和力。因此,必須用一種特殊的RNA——轉運RNA(transfer RNA,tRNA)把氨基酸搬運到核糖體上,tRNA能根據mRNA的遺傳密碼依次准確地將它攜帶的氨基酸連結起來形成多肽鏈。每種氨基酸可與1-4種tRNA相結合,現在已知的tRNA的種類在40 種以上。
tRNA是分子最小的RNA,其分子量平均約為27000(25000-30000),由70到90個核苷酸組成。而且具有稀有鹼基的特點,稀有鹼基除假尿嘧啶核苷與次黃嘌呤核苷外,主要是甲基化了的嘌呤和嘧啶。這類稀有鹼基一般是在轉錄後,經過特殊的修飾而成的。
1969年以來,研究了來自各種不同生物,:如酵母、大腸桿菌、小麥、鼠等十幾種tRNA的結構,證明它們的鹼基序列都能折疊成三葉草形二級結構(圖3-23),而且都具有如下的共性:
① 5』末端具有G(大部分)或C。
② 3』末端都以ACC的順序終結。
③ 有一個富有鳥嘌呤的環。
④ 有一個反密碼子環,在這一環的頂端有三個暴露的鹼基,稱為反密碼子(anticodon).反密碼子可以與mRNA鏈上互補的密碼子配對。
⑤ 有一個胸腺嘧啶環。
rRNA
核糖體RNA(ribosomal RNA,rRNA)是組成核糖體的主要成分。核糖體是合成蛋白質的工廠。在大腸桿菌中,rRNA量占細胞總RNA量的75%-85%,而tRNA佔15%,mRNA僅佔3-5%。
rRNA一般與核糖體蛋白質結合在一起,形成核糖體(ribosome),如果把rRNA從核糖體上除掉,核糖體的結構就會發生塌陷。原核生物的核糖體所含的rRNA有5S、16S及23S三種。S為沉降系數(sedimentation coefficient),當用超速離心測定一個粒子的沉澱速度時,此速度與粒子的大小直徑成比例。5S含有120個核苷酸,16S含有1540個核苷酸,而23S含有2900個核苷酸。而真核生物有4種rRNA,它們分子大小分別是5S、5.8S、18S和28S,分別具有大約120、160、1900和4700個核苷酸。
rRNA是單鏈,它包含不等量的A與U、G與C,但是有廣泛的雙鏈區域。在雙鏈區,鹼基因氫鍵相連,表現為發夾式螺旋。
rRNA在蛋白質合成中的功能尚未完全明了。但16 S的rRNA3』端有一段核苷酸序列與mRNA的前導序列是互補的,這可能有助於mRNA與核糖體的結合。
snRNA
除了上述三種主要的RNA外,細胞內還有小核RNA(small nuclearRNA,snRNA)。它是真核生物轉錄後加工過程中RNA剪接體(spilceosome)的主要成分。現在發現有五種snRNA,其長度在哺乳動物中約為100-215個核苷酸。snRNA一直存在於細胞核中,與40種左右的核內蛋白質共同組成RNA剪接體,在RNA轉錄後加工中起重要作用。另外,還有端體酶RNA(telomeraseRNA),它與染色體末端的復制有關;以及反義RNA(antisenseRNA),它參與基因表達的調控。
有的RNA分子還具有生物催化作用。
上述各種RNA分子均為轉錄的產物,mRNA最後翻譯為蛋白質,而rRNA、tRNA及snRNA等並不攜帶翻譯為蛋白質的信息,其終產物就是RNA。
2006諾貝爾醫學獎成果RNA干擾機制解讀
1990年,曾有科學家給矮牽牛花插入一種催生紅色素的基因,希望能夠讓花朵更鮮艷。但意想不到的事發生了:矮牽牛花完全褪色,花瓣變成了白色!科學界對此感到極度困惑。
類似的謎團,直到美國科學家安德魯·法爾和克雷格·梅洛發現RNA(核糖核酸)干擾機制才得到科學的解釋。兩位科學家也正是因為1998年做出的這一發現而榮獲今年的諾貝爾生理學或醫學獎。
根據法爾和梅洛的發現,科學家在矮牽牛花實驗中所觀察到的奇怪現象,其實是因為生物體內某種特定基因「沉默」了。導致基因「沉默」的機制就是RNA干擾機制。
此前,RNA分子只是被當作從DNA(脫氧核糖核酸)到蛋白質的「中間人」、將遺傳信息從「藍圖」傳到「工人」手中的「信使」。但法爾和梅洛的研究讓人們認識到,RNA作用不可小視,它可以使特定基因開啟、關閉、更活躍或更不活躍,從而影響生物的體型和發育等。
諾貝爾獎評審委員會在評價法爾和梅洛的研究成果時說:「他們的發現能解釋許多令人困惑、相互矛盾的實驗觀察結果,並揭示了控制遺傳信息流動的自然機制。這開啟了一個新的研究領域。」
科學家認為,RNA干擾技術不僅是研究基因功能的一種強大工具,不久的未來,這種技術也許能用來直接從源頭上讓致病基因「沉默」,以治療癌症甚至艾滋病,在農業上也將大有可為。從這個角度來說,「沉默」真的是金。美國哈佛醫學院研究人員已用動物實驗表明,利用RNA干擾技術可治癒實驗鼠的肝炎。
目前,盡管尚有一些難題阻礙著RNA干擾技術的發展,但科學界普遍對這一新興的生物工程技術寄予厚望。這也是諾貝爾獎評審委員會為什麼不堅持研究成果要經過數十年實踐驗證的「慣例」,而破格為法爾和梅洛頒獎的原因之一。
諾貝爾生理學或醫學獎評審委員會主席戈蘭·漢松說:「我們為一種基本機制的發現頒獎。這種機制已被全世界的科學家證明是正確的,是給它發個諾貝爾獎的時候了。」
補充
核糖核酸(縮寫為RNA,即Ribonucleic Acid),存在於生物細胞以及部分病毒、類病毒中的遺傳信息載體。
RNA由核糖核苷酸經磷酯鍵縮合而成長鏈狀分子。一個核糖核苷酸分子由磷酸,核糖和鹼基構成。RNA的鹼基主要有4種,即A腺嘌呤,G鳥嘌呤,C胞嘧啶,U尿嘧啶。其中,U(尿嘧啶)取代了DNA中的T胸腺嘧啶而成為RNA的特徵鹼基。
與DNA不同,RNA一般為單鏈長分子,不形成雙螺旋結構,但是很多RNA也需要通過鹼基配對原則形成一定的二級結構乃至三級結構來行使生物學功能。RNA的鹼基配對規則基本和DNA相同,不過除了A-U、G-C配對外,G-U也可以配對。
在細胞中,根據結構功能的不同,RNA主要分三類,即tRNA(轉運RNA), rRNA(核糖體RNA), mRNA(信使RNA)。mRNA是合成蛋白質的模板,內容按照細胞核中的DNA所轉錄;tRNA是mRNA上鹼基序列(即遺傳密碼子)的識別者和氨基酸的轉運者;rRNA是組成核糖體的組分,是蛋白質合成的工作場所。
在病毒方面,很多病毒只以RNA作為其唯一的遺傳信息載體(有別於細胞生物普遍用雙鏈DNA作載體)。
1982年以來,研究表明,不少RNA,如I、II型內含子,RNase P,HDV,核糖體大亞基RNA等等有催化生化反應過程的活性,即具有酶的活性,這類RNA被稱為核酶(ribozyme)。
20世紀90年代以來,又發現了RNAi(RNA interference,RNA干擾)等等現象,證明RNA在基因表達調控中起到重要作用。
在RNA病毒中,RNA是遺傳物質,植物病毒總是含RNA。近些年在植物中陸續發現一些比病毒還小得多的浸染性致病因子,叫做類病毒。類病毒是不含蛋白質的閉環單鏈RNA分子,此外,真核細胞中還有兩類RNA,即不均一核RNA(hnRNA)和小核RNA(snRNA)。hnRNA是mRNA的前體;snRNA參與hnRNA的剪接(一種加工過程)。自1965年酵母丙氨酸tRNA的鹼基序列確定以後,RNA序列測定方法不斷得到改進。目前除多種tRNA、5SrRNA、5.8SrRNA等較小的RNA外,尚有一些病毒RNA、mRNA及較大RNA的一級結構測定已完成,如噬菌體MS2RNA含3569個核苷酸。