RNA的结构与功能

RNA的结构与功能,报告人：王江宁专业：应用物理指导老师:阎世英,研究背景：在正常情况下，细胞内存在着与癌症有关的基因，这些基因的正常表达是个体发育、细胞增值、组织再生等生命活动不可缺少的，这些基因只有发生突变时才有致癌作用，变成癌基因。癌细胞主要取决于调控细胞外部表现的基因。这些基因的内部结构就决定着癌细胞的外部表现形式。这些基因就包括DNA和RNA。研究内容：1.RNA的概述、分类、发展历史；2.RNA的内部结构；3.RNA在蛋白质合成过程中的角色。,1,1RNA的概述、分类、发展历史,2,1.RNA的简要概述1.1RNA的概念RNA是核酸的一类物质，是由核糖核苷酸通过3、5端的磷酸二酯键经一系列的缩合作用而形成的长链分子。,在很多病毒中，RNA是其唯一的遗传信息的载体;,在某些RNA病毒中，RNA就是它的遗传物质;,在所有的哺乳动物中，RNA是合成蛋白质不可或缺的物质。,3,1.2RNA的分类及功能核糖体RNA（rRNA）：核蛋白体组成成分转移RNA（tRNA）：转运氨基酸信使RNA（mRNA）：蛋白质合成模板不均一核RNA（hnRNA）：成熟mRNA的前体小核RNA（snRNA）：参与hnRNA的剪接、转运小核仁RNA（snoRNA）：rRNA的加工和修饰小胞质RNA（scRNA/7s-RNA）：蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组成成分,4,1.3RNA的研究历史及发展前景,20世纪50-60年代提示了RNA的翻译功能，发现了三种RNA，从而也破译了遗传密码。20世纪70年代的后期突破“中心法则”20世纪80年代RNA催化和调控功能的提示20世纪90年代RNA干扰的发现,发展历史,19世纪80年代首先解决了核酸的组成和核苷酸的结构,5,RNA干扰技术以及其应用前景,RNA的干扰机制（RNAi），这种技术是利用双链小RNA高效、特异性降解细胞内的同源mRNA，从而阻断体内的靶基因表达，使细胞出现靶基因缺失的表型，双链RNA被摄入细胞后，可特异性高效率抑制与基同源的靶基因表达RNA的这一干扰技术的发现也开启了对RNA研究的新的领域，科学家认为，的这种干扰机制不仅可以作为研究特定基因功能的一种工具，在不久的将来这种技术也许可以用来直接从根源上让一些致病基因的作用被抑制，从而便可以治疗癌症甚至艾滋病这种一直困困扰医学界的难题。美国哈佛医学院研究人员已经用动物实验表明：利用干扰技术可以治愈实验小白鼠的肝炎。由于RNA干扰是转录后阶段的一种基因沉默，相对于传统的基因治疗方案来说，具有可操作性更强，而且作用更快，效果明显的特点，这些为基因治疗开辟了新的途径。,6,2RNA的空间结构,7,2.1组成RNA分子的基本单位,核糖核苷酸,磷酸,核糖,含氮碱基,腺嘌呤,鸟嘌呤,胞嘧啶,尿嘧啶,腺嘌呤核糖核苷酸,(腺嘌呤核苷酸),U,U,8,四种含氮碱基的结构式分别为：,腺嘌呤(A),鸟嘌呤（G）,胞嘧啶（C）,尿嘧啶（U）,9,核糖和碱基之间的连接一般都是1号C原子上的一个氢被含氮碱基所代替，大多数情况下，都是碱基上的一个键能相对较小的键被核糖基所取代。这样的结合符合能量最低原理，形成的结构是最稳定的。,10,帽子结构：就是在转录完成后，在加工的过程中，会在磷酸的5-端加上7甲基三磷酸鸟苷，并且会在排列在第二位的核苷酸C2上甲基化（m7GpppNm）。这样的结构是可以增加其RNA的稳定性的，其结构图如图2所示：,2.2信使RNA的结构,多聚A尾结构：就是在真核生物细胞中的mRNA的3-端经转录后，再加上一段长短不完全相同的聚腺苷酸组成的。,11,2.3tRNA的空间,此为一级结构，其特点：核苷酸数在7090之间含稀有碱基较多3端均为CCAOH,12,此为tRNA的二级结构：其形状特点类似于三叶草。,13,此为tRNA的三级结构其形状特点类似于倒L型。,14,2.4rRNA的空间结构,由于其结构种类也特别多而且复杂我们只列出其中的一个二级结构：,15,在哺乳动物中RNA与DNA的异同,16,3RNA在蛋白质合成过程的角色,17,生命信息的传递-从DNA到RNA再到蛋白质,现代分子生物学的最基本原理是：基因作为唯一能够自我复制和能够永久存在的单位，它的生物功能是以蛋白质的形式表达出来的。所以我们说，DNA的序列是遗传信息的一个载体，DNA是通过自主的复制才能够得到永存，并要通过转录生成（mRNA）然后再翻译成蛋白质，通过这一系列的过程控制生命现象。基因的表达包括转录和翻译两个阶段。转录是指拷贝出一条与DNA链序列完全同（除了胸腺嘧啶和尿嘧啶的转换）的RNA链的一个过程，贮藏在任何基因中的生物信息都必须首先被转录生成RNA才能得到有效的表达；翻译是指以新生成的mRNA为模板，把核苷酸三联遗传密码子翻译成氨基酸序列，并合成多肽的过程，是基因表达的最终目的。,18,3.1RNA的转录,3.1.1转录的基本过程无论是原核细胞还是真核细胞，转录的基本过程都包括：模板的识别、转录的起始、通过启动子及转录的延伸和终止。如图所示：,19,3.1.2转录机器所谓的转录机器就是在转录过程中所涉及到的工具以及辅助工具，主要包括：RNA聚合酶、转录复合物以及启动子。RNA聚合酶：催化RNA链的起始、延伸和终止转录复合物：转录复合物包括转录封闭复合物、转录转录机器起始复合物和转录延伸复合物等，启动子的作用选择阶段包括RNA聚合酶全酶对启动子的识别，聚合酶与启动子可逆性的结合形成了封闭复合物，在这一期间内，DNA链仍是处于双链的状态，伴随着这种DNA构象上的重大变化，封闭复合物转变成开放复合物。启动子：能够确保转录精确而有效地起始的DNA序列。,20,3.1.3启动与转录的起始RNA聚合酶与启动子的相互作用主要包括：启动子区的识别、酶与启动子区的结合及因子的结合与解离。,21,3.2蛋白质的翻译,翻译是指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始，按每3个核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。3.2.1翻译的基本过程信使RNA翻译成蛋白质的过基本过程包括：翻译的起始、肽链的延伸以及肽链的终止及释放。,核糖体与mRNA结合并与酰tRNA生成起始复合物；,由于核糖体沿mRNA5端向3端移动，开始多肽合成。这个阶段是也是最快速的。,核糖体从mRNA上解离，准备新一轮合成反应。,22,3.2.2遗传密码三联子DNA上储存的遗传信息是通过mRNA传递到蛋白质上的，mRNA与蛋白质之间的联系则是通过遗传密码的破译来实现的。多肽上的每一个氨基酸是由mRNA上的对应的3个核苷酸翻译成的，这3个核苷酸就称为密码子，也叫三联子密码。翻译时从起始密码子AUG开始，在mRNA上沿着一定的顺序连续的阅读密码子，直到阅读到终止密码子时停止，这样就生成了具有特定序列的多肽链蛋白质。下图为RNA的编码序列：,23,3.3RNA的角色,蛋白质的合成场所是在细胞核内的糖体中完成的，而RNA是存在于细胞质中的，这其中还需要转运RNA与核糖体RNA的参与。可见，在整个的蛋白质合成的过程中，RNA就相当于DNA与蛋白质的中介一样，只有通过这个中介才能够完成基本的生命活动。,24,总结,一切生物的个体，包括原核生物和真核生物的遗传活动，都离不开RNA的参与，无论是作为遗传物质，还是遗传表达的中间物质，RNA在生命活动中，所起到的作用是至关重要的，在人类细胞的蛋白质合成过程中，如果没有RNA，蛋白质是不可能合成的，也正是因为RNA的这一个特性，我们可以利用其治疗很多与蛋白质合成，基因转录与表达有关的疾病，这里面值得一提的就是RNA干扰技术，虽然目前的RNA干扰技术还不够成熟，但相信在不久的将来，一定可以且来治愈很多目前难以攻克的重大疾病。,谢辞,本论文工作是在阎世英老师的悉心指导下完成的。无论是从论文