《RNA结构的特点》课件

结构的特点RNARNA分子具有独特的结构特征,能够发挥广泛的生物学功能了解RNA结构的特点有助于更好地理解其作用机制的定义和分类RNA的定义的分类RNA RNARNA是一种核酸,由核糖核苷酸连RNA主要包括信使RNAmRNA、接而成,可以携带遗传信息并参与转运RNAtRNA、核糖体基因表达RNArRNA和小RNA如snRNA和snoRNA等的功能RNARNA在转录、剪切、翻译等生命过程中起着关键的作用,是生命活动的重要物质基础的组成特点RNA核苷酸RNA由4种不同的核苷酸单位构成:腺嘌呤A、鸟嘌呤G、胞嘧啶C和尿嘧啶U这些核苷酸通过磷酸二酯键相连核糖RNA中的糖成分是核糖,与DNA中的脱氧核糖有所不同核糖分子具有5个碳原子,而DNA中的脱氧核糖只有4个碳原子单链结构RNA通常以单链的形式存在,而DNA则多为双链结构单链RNA可以折叠形成复杂的二级和三级结构核苷酸的结构RNA核苷酸的组成核苷酸的化学结构核苷酸的空间结构RNA RNA RNARNA核苷酸由核糖、磷酸和碱基三种基本成RNA核苷酸的化学结构呈现五碳糖、氮基碱RNA核苷酸通过糖-磷酸骨架和碱基之间的分组成其中核糖是五碳糖,碱基包括腺嘌以及磷酸三种基本结构单元五碳糖的1碳氢键形成特定的三维空间结构,为RNA分子呤A、胞嘧啶C、鸟嘌呤G和尿嘧啶U与碱基相连,3碳与下一个磷酸酯键相连提供了独特的结构特性四种中的化学键RNA共价键氢键RNA的核苷酸之间通过共价键连RNA链内的碱基之间通过氢键相接,形成RNA单链这些共价键互连接,形成RNA的二级和三级在化学上是很稳定的结构这些氢键相对较弱,但在整体结构稳定性中起重要作用堆积作用RNA中芳环之间的堆积作用,也是维持RNA二级和三级结构的重要力量的二级结构RNARNA的二级结构是由一维的单链RNA分子折叠成的三维结构它主要由4种碱基腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶通过氢键互相连接而形成常见的二级结构包括发夹、环和凸起等这些二级结构为后续三级结构的形成奠定了基础,是RNA功能发挥的重要结构特征的三级结构RNARNA分子通过与特定蛋白质的相互作用而形成复杂的三维结构RNA的三级结构由二级结构进一步折叠形成,包括许多凝聚在一起的环和螺旋这种结构为RNA分子的功能发挥提供了重要保障,如酶活性、RNA干扰、剪切等RNA三级结构的形成受多种因素影响,如碱基配对、氢键、范德华力等这些相互作用导致RNA分子整体呈现出特定的空间构型了解RNA三级结构有助于深入理解其生物学功能的四级结构RNA紧密压缩的空间结构关键的生物功能多重层次的结构稳定性RNA的四级结构是通过多个层面的折叠和捆RNA的四级结构决定了其在基因表达调控、RNA的四级结构通过二级和三级结构的协调绑而形成的复杂空间构型这种结构使RNA催化反应等生物学过程中发挥的重要作用形成,这种多层次的结构稳定性确保了RNA能够高度压缩地存在于细胞的有限空间之中精细的空间构型是RNA发挥生物功能的根本在细胞内的长期稳定性和功能性结构的特点RNA多样性高度可变性结构稳定性功能多样性RNA分子可以形成多种二级和RNA序列和结构都可通过转录RNA分子通过氢键、疏水作用RNA不仅可作为信息载体,还三级结构,具有非常丰富的结、剪切、修饰等过程发生快速等形成稳定的二级和三级结构可参与基因表达调控、信号转构多样性这些结构为RNA执变化,使得RNA分子能够适应,在生物体内能够较长时间保导等多种生物学过程,在生命行各种生物学功能提供了结构各种生理环境变化持其功能性结构活动中发挥着至关重要的作用基础双链的形成RNA成键1碱基之间通过氢键结合形成双链结构旋转2双链结构遵循一定的螺旋周期堆积3碱基之间的π-π堆积作用稳定双链RNA双链的形成主要依靠碱基之间的氢键和π-π堆积作用碱基配对遵循一定的规律,并形成特定的螺旋结构,这些特点确保了RNA双链的稳定性和生物功能单链的卷曲RNA靠近空间中心单链RNA分子中的碱基倾向于相互靠近,形成耳机状或球状结构根据空间结构单链RNA根据其空间结构可以形成发夹状、环状或棒状等多种三维构象多种相互作用力RNA单链的卷曲是由氢键、疏水作用、堆积作用等多种非共价键力量共同作用的结果双螺旋结构RNARNA分子可以形成双链的螺旋结构,这种结构类似于DNA的双螺旋结构RNA双螺旋由两个相互结合的RNA单链通过氢键形成,每个单链由核糖、磷酸和四种碱基腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶组成RNA双螺旋结构具有一定的稳定性,可以参与各种生物学过程,如RNA干涉等了解RNA双螺旋结构对于研究RNA功能和调控机制具有重要意义的非编码区RNA定义作用RNA的非编码区指的是RNA分子中不参与编码蛋白质的那部非编码区在RNA加工、运输、翻译以及基因调控等过程中扮分序列演重要角色类型重要性RNA的非编码区包括5非翻译区、3非翻译区以及内含子等非编码区的异常会导致多种疾病,因此备受研究关注的开放读码框RNA定义RNA开放读码框ORF是指RNA分子中可被核糖体ribosomes翻译成蛋白质的连续碱基序列起始密码子ORF通常从AUG甲硫氨酸起始密码子开始,一直延伸到终止密码子为止终止密码子ORF以UAA、UAG或UGA三种终止密码子之一结束,标志着蛋白质合成的终止转录的特点RNA定向性不对称性RNA转录从5端到3端进行,符合DNA双链从5端到3端的极性DNA模板链和RNA链的碱基排列是互补的,但其化学本质不同连续性精确性RNA转录是连续的,整个基因的全部序列被转录成完整的信使RNARNA聚合酶准确识别DNA模板,确保碱基排列忠实地复制到RNA上剪切的类型RNA剪切位点偏移剪切频率差异替代性剪切嵌合性剪切RNA转录后会发生剪切，即不同RNA分子在同一细胞内同一前体RNA分子可以产生一种特殊的剪切类型，即从不从前体RNA中剪切掉一些无也会存在剪切频率的差异有多种不同的成熟RNA分子同前体RNA分子中选择序列用序列，留下编码序列这种些RNA更容易被剪切，而另一这种由剪切位点的选择变化导组装成一种新的RNA分子剪切可能会导致剪切位点的微些RNA则更稳定致的差异被称为替代性剪切这种新的RNA分子被称为嵌小偏移合RNA剪切的机制RNA剪切51首先在前体RNA的5端识别剪切位点，酶切该位点并释放5外显子支架形成2剪接体中的核小颗粒与前体RNA结合，形成支架支撑剪切反应剪切33接着在3端识别剪切位点，酶切该位点并释放3外显子寡核苷酸互补配对碱基配对配对非配对Watson-Crick Watson-CrickRNA中的核苷酸之间可以通过氢键发生互补鸟嘌呤G与胞嘧啶C、腺嘌呤A与尿嘧除了经典的Watson-Crick配对,RNA还可以配对,形成特定的空间结构啶U之间可以形成稳定的氢键配对形成其他类型的碱基互补配对,如G-U、A-C等核糖核酸二级结构的稳定性碱基配对堆积作用金属离子作用结构域作用RNA分子中的碱基在双链结构RNA分子中相邻的碱基通过π-一些金属离子如钠、钾、镁等RNA分子中的一些结构域,如中通过氢键结合形成碱基对,π堆积作用相互作用,形成疏水可以与RNA分子中的磷酸基团发夹结构、三股螺旋等,可以这种碱基配对可以大大提高性相互作用,增强了分子的整发生电荷中和作用,进而稳定通过形成特定的空间构象来增RNA分子的稳定性体稳定性整个结构加整体的稳定性核糖核酸三级结构的形成二级结构1RNA分子通过氢键形成稳定的二级结构空间缔合2二级结构进一步折叠形成致密的三级结构稳定化3疏水作用、离子作用等使三级结构更加稳定RNA分子的三级结构是由其二级结构进一步折叠而形成的二级结构通过氢键形成稳定的结构单元，随后在空间缔合作用下进一步折叠形成更加致密的三级结构最后，疏水作用、离子作用等作用力则使得三级结构更加稳定整个过程是一个自发折叠的过程核糖核酸四级结构的特点多级结构功能定制适应性强RNA由一级、二级、三级等多个不同层RNA四级结构的形成,使RNA能根据其RNA四级结构能灵活地改变自身构型,以次的复杂结构组成,层层叠加形成了它独独特的空间结构发挥对应的生物功能,如适应不同的细胞环境和生理需求,展现出特的立体构象酶催化活性、信号传导等良好的可塑性的生物学功能RNA生物合成生物催化信号传递RNA可以参与细胞内许多生物合成过程,如某些RNA具有催化活性,能够自主促进化学RNA可以作为信号分子参与细胞内外的信号蛋白质的合成、基因表达调控等,是细胞生反应的进行,在细胞代谢和基因表达中发挥传递,调节基因表达、细胞分裂等生理过程命活动的关键分子重要作用的结构和作用mRNA线性单链结构编码蛋白质12mRNA是一种线性单链的核糖mRNA携带来自DNA的遗传信核酸分子,由连续排列的核苷酸息,指导细胞合成特定的蛋白质组成端和端特征开放读码框5334mRNA的5端有帽子结构,3端mRNA分子中存在可以被核糖有多腺苷酸尾巴,增强其稳定性体识别并翻译的开放读码框,编和翻译效率码特定蛋白质的结构和作用tRNA结构特点编码功能tRNA分子由80-100个核苷酸组成tRNA分子的反密码子与mRNA上，呈单链折叠成二级和三级结构的密码子互补配对,将氨基酸带到具有特殊的肘形结构，包括反蛋白质合成的位点,完成翻译过程密码子环、二级结构环以及T臂和受体臂调节作用tRNA分子还参与基因表达调控、RNA加工、碱基修饰等生命活动,在细胞代谢中发挥重要作用的结构和作用rRNA核糖体结构核糖体装配RNA12rRNA包括5S、

5.8S和28S/18S三种类型，呈现复杂的二级rRNA与核糖体蛋白共同组成核糖体亚基，参与核糖体的装和三级结构配和合成蛋白质合成表观遗传调控34rRNA在核糖体中发挥催化作用，确保mRNA和tRNA正确结rRNA的化学修饰可以调节基因表达,是表观遗传调控的重要合并合成蛋白质机制之一的结构和作用snRNA的结构特点在剪切过程中的作用的其他生物学功能snRNA snRNAsnRNAsnRNA是一类短小的核糖核酸分子,通常由snRNA是剪切体spliceosome的重要组成除了RNA剪切,snRNA还参与核糖体RNA的100-300个核苷酸组成它们具有高度保守部分,参与催化和引导RNA剪切反应它们成熟、mRNA的转运和稳定性调控等重要生的二级和三级结构,能形成特定的空间构象能识别并结合到预RNA的特定位点,调控剪命过程它们是RNA代谢的关键调控因子切过程的结构和作用snoRNA的结构的修饰作用snoRNA snoRNA小核仁RNAsnoRNA是一类长度在60-300个核苷酸的非编码RNA snoRNA的主要功能是指导核糖体RNArRNA和小核小分子它们通常存在于细胞核仁中,并具有特定的二级结构和三级RNAsnRNA进行化学修饰,如甲基化、假尿嘧啶化和肌醇化,以确结构,如发卡式和环状结构保这些关键的非编码RNA正确地折叠和发挥生物学功能参考文献相关书籍相关期刊相关网站•《生物化学》•《RNA》•《RNA结构数据库》•《分子生物学》•《Nucleic AcidsResearch》•《核酸化学与生物信息》•《RNA世界》•《EMBO Journal》•《RNA Society》。