导图社区 RNA的空间结构与功能
生物化学与分子生物学之RNA的空间结构与功能思维导图，本图知识梳理清楚，适用于考前复习，也可以综合其他资料使用。
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RNA的空间结构与功能
mRNA是蛋白质生物合成的模板
mRNA
丰度最小，仅占RNA总重量的2%-5%
种类最多，大小各异
平均寿命相差甚大，几min-几h
hnRNA
核不均-RNA，mRNA初级产物
内含子
非编码序列
外显子
氨基酸的编码序列
核内合成，修饰，剪接成熟后到胞质
结构
5'-端的帽结构
大部分真核细胞
原核生物没有
反式7-甲基G-三磷酸核苷(m7Gppp)
机理
G转移酶将GTP加到转录后的mRNA的5'-端，形成了一个5'-5'三磷酸键
mRNA5'-端无磷酸基团
种类多样
5'-帽结构下游的第一个和第二个核苷酸中C-2'的羟基通常会甲基化成甲氧基戊糖
与帽结合蛋白CBP结合形成复合体
协同mRNA从核向胞质转运
维持mRNA的稳定性
辨认起始点，促进核糖体和翻译起始因子的结合
3'-端多聚腺苷酸尾/多聚(A)尾
真核生物和有些原核生物
一段由80-250个A组成的多聚A结构
原核生物的较短
多聚腺苷酸聚合酶
转录完成后加上
与poly(A)结合蛋白PABP结合
约20个A结合一个PABP
协助mRNA转运
维待mRNA的稳定性
翻译起始的调控
核苷酸序列
成熟的真核mRNA包括5'-非翻译区、编码区和3'-非翻译区
5'-非翻译区 5'-UTR
5'-帽结构到第一个AUG(即起始密码子）间的序列
3'-非翻译区3'-UTR
ORF的下游到多聚A尾的区域
编码区/可读框ORF
起始密码子与终止密码子间的区域UAA/UAG/UGA
终止密码子UAA/UAG/UGA
遗传密码子
编码蛋白质的序列
相互作用调控蛋白质合成
tRNA是蛋白质合成中氨基酸的载体
tRNA
RNA总重量的15%左右
稳定的空间结构
74-95个核苷酸
含多种稀有碱基
指除A、G、C，T，U外的一些碱基
如双氢U/DHU、假U核苷Ψ，甲基化的嘌呤(m7G、m7A)等
假U核苷ΨC-5与戊糖C-1'相连形成糖苷键
占所有碱基的10-20%
均是转录后修饰而成
特定的空间结构
茎环/发夹结构
tRNA有一些局部的链内双螺旋
局部双螺旋间的核苷酸序列不能互补配对，膨出形成环状/襟状结构
二级结构呈三叶草状
两侧的发夹结构含有稀有碱基
DHU环
TΨC环
上方的茎称氨基酸臂/接纳茎
下方的发夹结构是反密码子环
可变臂
在反密码子环与TΨC环间
长短不一，从几—十几个nt不等
除可变臂和DHU环外，其他部位的核苷酸数目和碱基对具有高度保守性
都具有相似的倒"L"形空间结构
靠某些碱基间的特殊氢键和碱基堆积力稳定
3'-端连AA
3'-端都以CCA结束
氨酰-tRNA合成酶将AA以酯键与A的C-3'的羟基相连，生成氨酰-tRNA,成为载体
只有tRNA上的AA才能合成蛋白质
AA由反密码子决定
密码子的简并性
反密码子识别密码子
反密码子环
7-9个核苷酸
反密码子
居中的3个识别密码子
依靠碱基互补配对辨认密码子
以rRNA为主要成分的核糖体是蛋白质合成的场所
rRNA
含量最多,占总重量80%以上
确定的种类和保守的序列
与核糖体蛋白共同构成核糖体
蛋白质合成必需的场所
二级结构有许多茎环
为核糖体蛋白结合和组装提供了结构基础
大小亚基结合区域的沟槽是mRNA的结合部位
A位
结合氨酰-tRNA的氨酰位
P位
结合肽酰－tRNA的肽酰位
E位
释放已经卸载了氨基酸的tRNA的排出位
原核细胞有三种rRNA,为5S、16S，23S
真核细胞有四种rRNA
构成大小亚基
调控性非编码RNA参与了基因表达调控
概念
分类
非编码小RNA/sncRNA
长非编码RNA/lncRNA
环状RNA/circRNA
作用
不编码蛋白质
许多重要的生物学功能
转录调控、RNA剪切和修饰、翻译、蛋白质的稳定和转运、染色体的形成和结构稳定等
参与了许多基本的生命活动以及疾病的发生和发展
胚胎发育、组织分化、信号转导、器官形成等
非编码小RNA的特征和作用
小于200nt
种类
微RNA/miRNA、干扰小RNA/siRNA,piRNA等
微RNA
特点
内源性sncRNA
真核生物中大量存在
20-25nt
形成过程
核内，由RNA聚合酶II转录生成约为几千nt的初级转录本pri-miRNA
在核内蛋白质复合体(400-500kD)作用下第一次加工
蛋白质复合体
Drosha蛋白
加工成60-70nt，发夹结构的miRNA前体(pre-miRNA）
RanGTP/Exportin-5转运蛋白协助下运到胞质
Pasha蛋白
RNaseIII酶家族的Dicer识别，对茎环结构剪切，修饰，形成大约20个bp的miRNA: miRNA *双链
与Argonaute家族蛋白形成RNA诱导的沉默复合体
其中的miRNA*被降解
miRNA被保留在miRISC中，成熟
参与细胞的生长、分化、衰老、凋亡、自噬、迁移、侵袭等多种过程
表现在转录后水平
两种机制下调靶基因的表达
取决于miRNA与靶基因mRNA序列的互补程度
完全互补
形成完全互补的RNA双链，miRISC降解mRNA，沉默基因
不完全互补
与3'-非翻译区形成非完全互补的杂交双链，miRISC紧密结合，特异抑制基因
干扰小RNA
内源性
细胞自身产生
外源性
入侵的双链RNA,经Dicer产生的具有特定长度(21-23bp)和特定序列的小片段RNA
结合AGO蛋白，诱导mRNA降解
抑制转录
RNA干扰技术
研究基因功能的有力工具
piRNA
特征
来自哺乳动物生殖细胞和干细胞
约30nt
与PIWI蛋白家族结合才有调控作用
形成piwi复合物来调控基因沉默
5′端具有强烈的U倾向性（约86%）
染色体上分布不均匀
组织特异性
调控着生殖细胞和干细胞的生长发育
长非编码RNA的特征和作用
在核内和质内
200-100 000nt
由RNA聚合酶Il生成，加工后有类似mRNA的结构
有poly(A)和启动子，无ORF
来自蛋白质编码基因、假基因，编码基因间的DNA序列
强烈的组织特异性与时空特异性
它们不编码任何蛋白质
结合在编码蛋白质的基因上游启动子区，干扰下游基因的表达
抑制RNA聚合酶Il或介导染色质重构，组蛋白修饰，影响下游基因的表达
与编码基因的转录本形成互补链
Dicer酶作用产生内源性siRNA
干扰mRNA的剪切，形成不同的剪切形式
与特定蛋白结合
改变该蛋白的细胞定位
lncRNA转录本调节相应蛋白活性
与蛋白形成核酸蛋白质复合体
作为小分子RNA(如miRNA、piRNA)的前体分子
调控的多样性，从多个层面调控基因表达 与人类疾病的发生密切相关
环状RNA的特征和作用
封闭环状，没有5'-端和3'-端
几乎完全在核内
不受RNA外切酶影响，更稳定，不易降解
来自外显子或兼有外显子和内含子的部分
高度的序列保守性
一定的组织、时序和疾病特异性
功能
富含miRNA的结合位点，起miRNA海绵的作用
通过结合miRNA解除miRNA对其靶基因的抑制
对疾病有调控作用
竞争性内源RNA（ceRNA）机制
组成性非编码RNA是保障遗传信息传递的关键因子
组成性非编码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
催化小RNA/核酶
胞内具有催化功能的一类小分子RNA统称
催化特定RNA降解
在RNA合成后的剪接修饰中有重要作用
核仁小RNA/snoRNA
位于核仁
主要参与rRNA的加工
tRNA的核糖C-2'的甲基化，U修饰成Ψ
核小RNA/ snRNA
参与了真核细胞mRNA的成熟过程
一个snRNA与大约20种蛋白质组成了核小核糖核蛋白snRNP
富含U，又称U-snRNA
有U1、U2、U4、U5、U6，U7等
5'-端有一个与mRNA相类似的5'-帽结构
识别hnRNA上的外显子和内含子的接点并切除内含子
胞质小RNA/scRNA
在胞质中
与蛋白质结合形成复合体后发挥生物学功能
SRP-RNA与六种蛋白质共同形成信号识别颗粒SRP, 引导含有信号肽的蛋白质进入内质网
编码RNA
从基因组上转录而来、可翻译蛋白质
仅mRNA
非编码RNA
tRNA，rRNA、端粒RNA、信号识别颗粒(SRP) RNA等
丰度基本恒定
调控性非编码RNA
丰度随外界环境和细胞性状而变
在基因表达过程中发挥重要的调控作用
种类、丰度、大小和空间结构要比DNA复杂得多
通常单链存在，部分有局部的双螺旋以及其他的高级结构
