RNA的結(jié)構(gòu)與功能

　　DNA是遺傳信息的載體，遺傳信息的作用通常由蛋白質(zhì)的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，但DNA并非蛋白質(zhì)合成的直接模板，合成蛋白質(zhì)的模板是RNA。正常細(xì)胞遺傳信息的流向是：

　　與DNA相比，RNA種類(lèi)繁多，分子量相對(duì)較小，一般以單股鏈存在，但可以有局部二級(jí)結(jié)構(gòu)，其堿基組成特點(diǎn)是含有尿嘧啶(uridin,U)而不含胸腺嘧啶，堿基配對(duì)發(fā)生于C和G與U和A之間，RNA堿基組成之間無(wú)一定的比例關(guān)系，且稀有堿基較多。此外，tRNA還具有明確的三級(jí)結(jié)構(gòu)。

表15-7　RNA的分類(lèi)

　　注：原核細(xì)胞不含后3種RNA��

　　(一)信使RNA(mRNA)與不均一核RNA(hnRNA)

　　遺傳信息從DNA分子抄錄到RNA分子中的過(guò)程稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄(transcription)。在真核生物中，最初轉(zhuǎn)錄生成的RNA稱(chēng)為不均一核RNA(heterogeneous nuclear RNA,hnRNA)，然而在細(xì)胞漿中起作用，作為蛋白質(zhì)的氨基酸序列合成模板的是mRNA(messenger RNA)。hnRNA是mRNA的未成熟前體。兩者之間的差別主要有兩點(diǎn)：一是hnRNA核苷酸鏈中的一些片段將不出現(xiàn)于相應(yīng)的mRNA中，這些片段稱(chēng)為內(nèi)含子(intron)，而那些保留于mRNA中的片段稱(chēng)為外顯子(exon)。也就是說(shuō)，hnRNA在轉(zhuǎn)變?yōu)閙RNA的過(guò)程中經(jīng)過(guò)剪接，被去掉了一些片段，余下的片段被重新連接在一起；二是mRNA的5′末端被加上一個(gè)m7pGppp帽子，在mRNA3′末端多了一個(gè)多聚腺苷酸(polyA)尾巴。mRNA從5′末端到3′末端的結(jié)構(gòu)依次是5′帽子結(jié)構(gòu)，5′末端非編碼區(qū)，決定多肽氨基酸序列的編碼區(qū)，3′末端非編碼區(qū)，和多聚腺苷酸尾巴。多聚腺苷酸尾一般由數(shù)十個(gè)至一百幾十個(gè)腺苷酸連接而成。隨著mRNA存在時(shí)間的延續(xù)，這段聚A尾巴慢慢變短。因此，目前認(rèn)為這種3′末端結(jié)構(gòu)可能與增加轉(zhuǎn)錄活性以及使mRNA趨于相對(duì)穩(wěn)定有關(guān)。原核生物的mRNA沒(méi)有這種首、尾結(jié)構(gòu)。

圖15－13　hnRNA與mRNA的結(jié)構(gòu)比較��

(涂斜線者為外顯子，空白者為內(nèi)含子)

　　1961年，Jacob和Monod首先提出了mRNA的概念。在真核細(xì)胞中，由于蛋白質(zhì)是在胞漿中而不是在核內(nèi)合成，因此顯然要求有一個(gè)中間物將DNA上的遺傳信息傳遞至胞漿中。后來(lái)的研究證實(shí)，這種中間物即信使RNA。��mRNA的核苷酸序列與DNA序列相應(yīng)，決定著合成蛋白質(zhì)的氨基酸序列。它如何指導(dǎo)氨基酸以正確的順序連接起來(lái)呢?不同的mRNA堿基組成和排列順序都不同，但都只有A，G，C，U4種堿基。如果一個(gè)堿基就可以決定一個(gè)氨基酸，則只有四種變化方式，如果兩個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸，則只有16種變化方式，都不能滿(mǎn)足20種氨基酸的需要。1961年Crick和Brenner的實(shí)驗(yàn)得出了三個(gè)核苷酸編碼一個(gè)氨基酸的結(jié)論，并將這種三位一體的核苷酸編碼稱(chēng)做遺傳密碼(genetic code)或三聯(lián)體密碼，這樣就可以有64種不同的密碼，但此情況下必須假定有一些氨基酸使用兩個(gè)以上的密碼。這一假定很快就被證明是對(duì)的。遺傳密碼具有下列特征：醫(yī)學(xué)全在線網(wǎng)站www.med126.com

　　(1)三個(gè)核苷酸組成一個(gè)密碼子，每個(gè)密碼子由三個(gè)前后相聯(lián)的核苷酸組成，一個(gè)密碼子只為一種氨基酸編碼。共有64個(gè)密碼子；

　　(2)密碼子之間不重疊使用核苷酸，也無(wú)核苷酸間隔；

　　(3)一種氨基酸可有多個(gè)密碼子，這個(gè)特點(diǎn)稱(chēng)為密碼子的簡(jiǎn)并性；

　　(4)密碼子的通用性，所有生物從最低等的病毒直至人類(lèi)，蛋白質(zhì)合成都使用同一套密碼子表(表15-8)，僅有極少的例外，如特殊細(xì)胞器線粒體，葉綠體所用的密碼稍有不同。(表15-9)。��

表15-8　通用遺傳密碼及相應(yīng)的氨基酸

表15－9　通用遺傳密碼與線粒體遺傳密碼之間的一些差異

　　注：下標(biāo)橫線者為與通用編碼不同的編碼��

　　究竟哪一個(gè)密碼子為哪一種氨基酸編碼，即密碼子與氨基酸之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系已在60年代研究解決了。1964年Nirenberg用一種RNA聚合酶體外合成了多聚尿苷酸、多聚腺苷酸等多聚核苷酸，將這些多聚核苷酸分別用于蛋白質(zhì)的體外合成。發(fā)現(xiàn)，當(dāng)所用的多聚核苷酸為多聚尿苷酸時(shí)，只有多聚苯丙氨酸合成，這意味著UUU為苯丙氨酸編碼；用其它多聚核苷酸進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，CCC為脯氨酸編碼，而AAA為賴(lài)氨酸編碼；其后，有人又用核苷酸比例為已知，但是核苷酸序列隨機(jī)的多聚核苷酸，以及用已知序列的含兩種或兩種以上核苷酸的多聚核苷酸進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，將結(jié)果加以數(shù)理統(tǒng)計(jì)處理，又解讀了一批密碼子，其中包括三個(gè)終止碼，最后，還有一些密碼子是通過(guò)合成已知序列的三聚核苷酸與核蛋白體和載有放射性同位素標(biāo)記的氨基酸的tRNA共沉淀原理予以解讀的。在所有密碼子中，AUG不僅為蛋氨酸編碼，而且又是翻譯(translation,以mRNA上的遺傳信息指導(dǎo)核蛋白體上多肽鏈合成的過(guò)程)的起始信號(hào)，UAA、UAG和UGA不為任何氨基酸編碼，而是作為翻譯的終止信號(hào)，統(tǒng)稱(chēng)為終止碼(stop codon)，又常被叫作無(wú)意義碼(nonsense codon)。

　　大多數(shù)氨基酸是由一個(gè)以上的密碼子所編碼。這個(gè)事實(shí)提出了一個(gè)問(wèn)題：編碼同一種氨基酸的一組密碼子的使用頻率是否都相同?細(xì)致的分析表明，無(wú)論是原核生物，還是高等真核生物，密碼子的使用頻率并不是平均的，有些密碼子的使用率很高，有些則幾乎不使用，其使用頻率主要與細(xì)胞內(nèi)tRNA含量呈正相關(guān)。

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