《RNA结构与功能》课件

结构与功能RNARNA作为生命的基本组成部分，在基因表达、细胞调控等方面发挥着至关重要的作用的发现RNA18691弗里德里希·米歇尔发现核酸19392托比亚斯·阿维森和约翰·布拉德利发现RNA19533沃森和克里克发现DNA双螺旋结构19574西奥多·萨克斯发现mRNA的分类RNA信使转运核糖体小核RNA mRNA RNA tRNARNA rRNARNA snRNA携带遗传信息从DNA到核糖将氨基酸运送到核糖体，参是核糖体的主要组成部分，参与mRNA剪接和加工体，指导蛋白质合成与蛋白质合成参与蛋白质合成的化学结构RNARNA由核糖核苷酸组成，每个核糖核苷酸包含一个核糖、一个磷酸基团和一个含氮碱基RNA中含氮碱基有腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和尿嘧啶（U）RNA的结构与DNA类似，但有一些重要的区别，例如RNA是单链分子，而DNA是双链分子链的二级结构RNARNA链的二级结构是指RNA分子内部通过碱基配对形成的局部空间结构常见的二级结构包括•茎环结构•发夹结构•假结结构•双螺旋结构的三级结构RNA折叠稳定复杂RNA三级结构是由二级结构的进一步折三级结构为RNA提供稳定性和功能性，RNA三级结构可以是高度复杂的，并形叠形成的，并受氢键、疏水相互作用和使其能够执行多种生物学功能成不同的形状，如螺旋、环和节点离子相互作用的影响的空间构象RNARNA的空间构象是指RNA分子在三维空间中的形状和排列RNA的空间构象由其一级结构、二级结构和三级结构决定RNA的空间构象对于其功能至关重要例如，tRNA的L形结构使其能够识别mRNA和氨基酸；rRNA的复杂结构使其能够结合蛋白质并形成核糖体的主要功能RNA遗传信息的传递蛋白质合成的模板mRNA作为遗传信息的载体，将mRNA作为蛋白质合成的模板，指DNA上的遗传信息传递给蛋白质合导氨基酸的排列顺序，合成相应的成场所蛋白质催化反应细胞结构的组分某些RNA具有催化活性，被称为核rRNA是核糖体的组成部分，参与酶，可以催化多种生物化学反应蛋白质的合成；tRNA参与氨基酸的转运的转录和加工mRNA转录1DNA作为模板，以RNA聚合酶为催化剂，将基因序列转录为mRNA前体加帽2在mRNA前体的5’端加上一个7-甲基鸟苷帽，保护mRNA不被降解并促进翻译起始剪接3去除内含子，连接外显子，形成成熟的mRNA多聚腺苷酸化4在mRNA的3’端加上一个多聚腺苷酸尾巴，提高mRNA的稳定性并促进其运输的结构和作用tRNA结构作用tRNA是一个小的RNA分子，具tRNA是蛋白质合成的关键参有典型的“三叶草”形二级结构与者，它将氨基酸运送到核糖，包含一个反密码环、一个二体，根据mRNA中的密码子将氢尿嘧啶环、一个TψC环和一特定的氨基酸添加到正在合成个可变环的蛋白质链上种类存在多种tRNA，每种tRNA对应一个特定的氨基酸，每个tRNA的结构和功能都有所不同的结构和作用rRNA结构作用rRNA rRNA12rRNA是核糖体的主要组成rRNA为蛋白质合成提供模部分，参与蛋白质的合成板和催化活性，并与蛋白质结合形成核糖体分类rRNA3原核生物和真核生物中rRNA的种类和大小略有不同的结构和作用snRNA结构作用snRNA分子通常较小，长度在100-300个核苷酸之间它们snRNA在真核生物的mRNA前体剪接中发挥关键作用它们与蛋白质结合形成snRNP，参与剪接反应作为剪接体的组成部分，识别并切割内含子，并连接外显子，最终形成成熟的mRNA和的结构和作用siRNA miRNAsiRNAmiRNA双链RNA，长度约为21-23个核苷酸，参与基因沉默，通过与单链RNA，长度约为20-25个核苷酸，参与基因调控，通过与靶mRNA互补配对降解靶mRNA靶mRNA的3UTR部分互补配对抑制蛋白质翻译干扰机制及应用RNARNAi机制应用12RNAi是一种由双链RNA RNAi技术在基因功能研究dsRNA介导的基因沉默机、疾病治疗和生物技术领域制，它在真核生物中广泛存具有广泛的应用价值它可在dsRNA被切割成小干扰以用于抑制特定基因的表达RNA siRNA，siRNA与靶，从而研究基因的功能、开mRNA互补结合，从而抑制发新的药物和治疗疾病蛋白质的合成修饰与加工RNA帽子结构多聚腺苷酸化5端加帽，增加RNA的稳定性3端加尾，提高RNA的稳定性，防止降解，促进翻译剪接去除内含子，连接外显子，形成成熟的mRNA核酶的结构和功能定义结构功能核酶是具有催化活性的RNA分子，它核酶通常具有复杂的三维结构，包含核酶参与各种重要的生物学过程，包能够像蛋白质酶一样催化特定化学反特定氨基酸残基，这些残基参与催化括RNA剪接、蛋白质合成、基因表达应过程调控等核糖体的结构和功能核糖体由两个亚基组成，分别是大亚基和小亚基它们由rRNA和蛋白质组成小亚基负责识别mRNA，大亚基负责催化蛋白质合成核糖体是蛋白质合成的场所它将mRNA上的遗传信息翻译成蛋白质，并利用tRNA将氨基酸运送到合成位点核糖体在细胞生长、发育和代谢中起着至关重要的作用它们合成所有蛋白质，包括酶、激素和抗体二级结构的预测RNA序列分析使用计算机算法分析RNA序列，识别碱基配对可能性自由能最小化预测二级结构模型，使自由能最小化，符合热力学原理实验验证通过实验方法，如核酸酶消化或化学探针，验证预测的二级结构三级结构的预测RNA能量最小化方法1基于自由能最小化的原理，预测RNA的最佳三级结构同源建模方法2利用已知结构的RNA作为模板，预测未知结构的RNA机器学习方法3利用机器学习算法，从大量的RNA结构数据中学习预测模型非编码的分类和功能RNA主要类型关键作用非编码RNA主要包括lncRNA、miRNA、siRNA、snoRNA、在基因表达调控、蛋白质合成、细胞信号转导、免疫应答等tRNA和rRNA等方面发挥重要作用的生物学功能lncRNA基因表达调控染色质重塑细胞信号通路调控lncRNA可以与DNA、RNA和蛋白lncRNA可以参与染色质结构的重lncRNA可以作为信号分子参与细质相互作用，调控基因的转录、塑，影响基因表达的时空特异性胞信号通路的调节，影响细胞的翻译和降解生长、发育和死亡的生物学功能circRNA基因表达调控蛋白质翻译细胞信号转导circRNA可以通过与miRNA结合，抑一些circRNA具有编码蛋白的功能，circRNA可以作为信号分子，参与细制miRNA对靶基因的调控，从而影可以翻译成蛋白质，参与细胞功能胞间的信号传递，影响细胞的生长响基因表达的调节、分化和凋亡外源性的生物学功能RNA病毒感染药物递送植物病害防治病毒利用宿主细胞的机制复制和传播，外源性RNA可以被包裹在纳米颗粒中植物病原菌可以通过RNA病毒感染植例如HIV病毒的RNA逆转录为DNA，，用于靶向递送药物，例如siRNA和物，一些外源性RNA可用于抵抗植物并整合到宿主基因组中miRNA用于基因治疗病害，例如RNA干扰技术与蛋白质的相互作用RNA结合RNA可以与蛋白质结合形成复合物，例如核糖体、剪接体等调控RNA可以调控蛋白质的表达，例如miRNA可以抑制靶基因的翻译修饰RNA可以修饰蛋白质，例如tRNA的修饰可以影响其与氨基酸的结合与的相互作用RNA DNA转录逆转录RNA聚合酶以DNA为模板合成逆转录酶以RNA为模板合成RNA这个过程是基因表达的DNA，这是某些病毒的复制机第一步制基因调控一些RNA分子可以与DNA结合，调控基因的表达病毒的复制与转录RNA病毒进入病毒通过吸附、侵入宿主细胞，将病毒基因组释放到细胞质中RNA复制病毒RNA聚合酶催化病毒RNA的复制，产生新的病毒RNA分子RNA转录病毒RNA聚合酶利用病毒RNA作为模板，转录生成新的病毒蛋白质组装与释放新的病毒蛋白质和RNA组装成新的病毒颗粒，并从宿主细胞中释放出来，感染新的宿主细胞疾病的发病机理RNA基因突变转录错误12RNA疾病可能由基因突变导转录过程中出现的错误会导致，导致RNA序列改变，影致RNA序列异常，导致蛋白响其结构或功能质合成异常加工异常降解异常RNARNA34RNA的剪接、加帽、多聚腺RNA降解过程异常，导致苷酸化等加工过程发生错误RNA无法正常降解，影响其，影响RNA的功能功能技术在临床中的应用RNA诊断治疗预防RNA检测可用于诊断多种疾病，例如RNA疗法可以用于治疗各种疾病，包RNA疫苗可以用于预防各种疾病，例癌症、感染和遗传性疾病括癌症、遗传性疾病和感染如流感和新冠病毒感染在基因工程中的应用RNA基因编辑蛋白质合成药物研发RNA引导的基因编辑技术，如CRISPR-利用体外转录和翻译系统，可实现目标RNA技术在药物研发中具有广阔应用前Cas9，可用于精准修饰基因序列蛋白的合成景，例如，RNA药物和RNA疫苗未来研究的前景RNA治疗疾病开发新技术12RNA疗法有望成为治疗各种RNA技术正在不断发展，新疾病的新方法，包括癌症，的技术正在开发中，例如基遗传性疾病，和传染病.因编辑和CRISPR-Cas9技术.促进科学进步3RNA研究将继续揭示生命的基本原理，并推动我们对生命科学的理解.本课程总结本课程系统地介绍了RNA的结构、功能、分类和应用等方面知识，希望同学们能够通过学习本课程，对RNA有一个全面深入的了解，并将其应用到实际研究中。