RNA的結(jié)構(gòu)與功能

1、摘要RNA是所有生物體和生物細(xì)胞完成遺傳和更新使命的不可或缺的物質(zhì)，生物學(xué)界和醫(yī)學(xué)界也在一直不斷的探索，由于RNA是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成的中間物質(zhì)，那么就可以以這個為切入點(diǎn)，通過抑制RNA的轉(zhuǎn)錄或者與它有關(guān)的一些酶的活性，可以達(dá)到治療某些疾病的目的。通過對RNA的結(jié)構(gòu)、功能、分類、研究歷史及進(jìn)展，近而研究RNA在蛋白質(zhì)合成過程中的具體作用，包括從遺傳物質(zhì)DNA到RNA的轉(zhuǎn)錄過程，以及RNA翻譯為蛋白質(zhì)的過程。最重要的是RNA干擾技術(shù)的應(yīng)用，通過使某些特定的基因沉默，從而達(dá)到抑制蛋白質(zhì)合成的目的。關(guān)鍵詞RNA DNA轉(zhuǎn)錄 蛋白質(zhì)的翻譯The Structure and Function of RNA

2、AbstractRNA is the indispensable material of all living organisms and biological cells to complete the genetic and update mission,biologists and the medical profession also has comtinued to explore , RNA is protein synthesis intermediates , then you can ues this as a cutpoint , through the inhibitio

3、n of RNA transcription or enzyme activity it can achieve the purpose of treatment of certain diseases . By RNA structure , function ,classification and study of history and progress of the past studies of the specific role of RNA in the protein synthesis, including the process from the genetic mater

4、ial from DNA to RNA transcription ,and translation from RNA to protein .The most important is the application of RNA interference technolog ,by making certain specific gene silencing ,thereby inhebiting protein synthesis . Keywords : RNA DNA transcription Protein translation目錄前言的簡要概述1.1 RNA的概念 (1)1.

5、2 RNA的分類及其作用 (1)1.2.1 信使RNA（mRNA）(1)1.2.2 核糖體RNA（rRNA）(1)1.2.3 轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）(1)1.3 RNA的研究歷史及發(fā)展前景(2)1.4 RNA的空間結(jié)構(gòu)(7)1.4.1 mRNA的空間結(jié)構(gòu)。(8)帽子結(jié)構(gòu)(8)1.4.1.2 多聚A尾結(jié)構(gòu)(8)1.4.2 tRNA的空間結(jié)構(gòu)(8)1.4.2.1 tRNA的一級結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(9)1.4.2.2 tRNA二級結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(9) 1.4.2.3 tRNA的三級結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(10)1.4.3 rRNAR的空間結(jié)構(gòu)(10)1.5 RNA的提取方法(11)1.5.1 RNA的分布(11)1.5.2 RN

6、A的提取方法及原理(11)樣本前的處理(11)1.5.2.2 細(xì)胞的裂解(12)1.5.2.3 RNA的純化及獲得(12)1.6 在哺乳動物中RNA與DNA的異同(12)2. 本論文研究的內(nèi)容生物信息的傳遞【1】2.1 RNA的轉(zhuǎn)錄11(13)2.1.1 轉(zhuǎn)錄的基本過程(13)2.1.2 轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分 (15)2.1.2.1 RNA聚合酶 (15)2.1.2.2 轉(zhuǎn)錄復(fù)合物 (15)2.1.2.3 啟動子 (15)2.2 啟動與轉(zhuǎn)錄的起始 (15)啟動子區(qū)的識別 (15)2.2.2 酶與啟動子區(qū)的結(jié)合 (16)2.3 蛋白質(zhì)的翻譯 (16)2.3.1 遺傳密碼三聯(lián)子(17)2.3.2 肽

7、鏈的延伸(17)總結(jié) (18)謝辭 (19)參考文獻(xiàn) (20)前言RNA（ribonucleic acid）廣泛存在于原核生物和真核生物的細(xì)胞質(zhì)以及真核生物細(xì)胞的某些細(xì)胞器（如線粒體、高耳基體）中。RNA噬菌體和RNA病毒中的遺傳信息的載體是RNA。生物體RNA含量的多少與生物進(jìn)化水平的高低有關(guān)，高等生物體內(nèi)所含的遺傳信息多，那么RNA的數(shù)量也就會比較多。生物體內(nèi)RNA的含量根據(jù)生理遺傳需要而有所不同，例如有些細(xì)菌需要不斷適應(yīng)外部環(huán)境，其體內(nèi)編碼某些誘導(dǎo)酶的mRNA的含量就比較多，人類癌細(xì)胞繁殖的速度快，那細(xì)胞內(nèi)所含的與合成相應(yīng)蛋白質(zhì)所對應(yīng)的RNA也會比較多。目前科學(xué)家己經(jīng)對RNA的結(jié)構(gòu)組成和

8、功能有了比較詳細(xì)的了解，相信隨著科學(xué)家們對RNA的逐步深入探索，可以使基作為抑制蛋白質(zhì)合成的靶點(diǎn)，從而使癌細(xì)胞以及一些其它的腫瘤細(xì)胞的分裂得到有效的抑制。的簡要概述1.1 RNA的概念RNA是核酸的一類物質(zhì)，是由核糖核苷酸通過3、5端的磷酸二酯鍵經(jīng)一系列的縮合作用而形成的長鏈分子。在很多病毒中，RNA是其唯一的遺傳信息的載體，在某些RNA病毒中，RNA就是它的遺傳物質(zhì)，而在所有的哺乳動物中，RNA是合成蛋白質(zhì)不可或缺的物質(zhì)。1.2 RNA的分類及其作用在生物體內(nèi)有很種不同的RNA分子，在大多數(shù)的生物體內(nèi)主要有三種，它們分別是信使RNA（messagerRNA，mRNA）、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（trans

9、fer RNA，tRNA）和核糖體RNA（ribosomal RNA,rRNA）。它們對于基因的表達(dá)和轉(zhuǎn)錄起著至關(guān)重要的作用。1.2.1 信使RNA（mRNA）在以往的認(rèn)識中，DNA是直接決定蛋白質(zhì)合成的物質(zhì)，因?yàn)?，遺傳信息主要是存在于位于胞核內(nèi)染色體上的DNA中的，然而研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)的合成環(huán)節(jié)并不是在細(xì)胞核內(nèi)，相反是在細(xì)胞核外細(xì)胞質(zhì)中的核體內(nèi)進(jìn)行的，那這樣推斷開來，位于DNA堿基序列上的遺傳物質(zhì)關(guān)不能直接的連接到蛋白質(zhì)合成的過程中，它們之間沒有直接的聯(lián)系，那蛋白質(zhì)的合成過程是怎以樣的呢，早在18世紀(jì)五十年代，科學(xué)家們就一直在研究著這一問題，最終證明：這種合成過程是要通過一種特定的RNA來傳

10、遞DNA上的遺傳信息給蛋白質(zhì)上的氨基酸序列的，這種物定RNA就是現(xiàn)在所說的信使RNA(messager RNA，mRNA)，這種RNA起著傳遞遺傳信息的作用，它能夠記錄DNA上的堿基序列，然后再把它們準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)錄下來，這樣遺傳信息就被保留了下來，經(jīng)過一定的過程這些遺傳信息被帶到細(xì)胞質(zhì)中的核糖體上，由于不同的蛋白質(zhì)一的氨基酸是有一定的排列順序的，這種順序的排列就要由mRNA一的堿基序列來決定了。經(jīng)過這樣的過程，帶有DNA上遺傳物質(zhì)特性的蛋白質(zhì)就合成了，它的外在性狀依然是原來DNA所控制的，在這個過程中，也就是DNA的轉(zhuǎn)錄前，每條mRNA的鏈中的所有編碼序列并不能都被用于決定氨基酸的排列，而這種用于

11、編碼的序列相對的還比較少，只有大約四分之一左右的才有這樣的功能，其它四分之三的部分則是屬于非編碼序列了【1】，經(jīng)過這些過程后，再最后合成蛋白質(zhì)。1.2.2 核糖體RNA（rRNA）核糖體的主要組成成分就是核糖體RNA了，而且這種核糖體RNA分子一般都不是單獨(dú)游離于核糖體內(nèi)的，它們中的大多數(shù)都是與核糖體內(nèi)的蛋白質(zhì)結(jié)合在一起的，也只有這樣，所形成的物理結(jié)構(gòu)才會符合能量最低的原理，從而形成穩(wěn)定的核糖體。在原核生物和在真合生物細(xì)胞中所含的RNA還有很大的不同，同時它們的種類也有很大的不同，在真核生物結(jié)胞內(nèi)的核糖體RNA大概有四種，它們所含的核苷酸數(shù)量也是不等的。在原核生物的細(xì)胞內(nèi)，核糖體RNA一般有三

12、種，它們是通過一種沉降系數(shù)來區(qū)分的，可以用超速離心的方法來測定一個核糖體RNA分子的沉降速度，這個速度也和沉降系數(shù)有極大的關(guān)系，同是還與粒子的半徑存在一定的比例關(guān)系【1】。 在真核生物中，在高倍的電子掃描隧道顯微鏡下觀察，如果將核體內(nèi)部分核糖體RNA從其上剝離的話，那核糖體的整體結(jié)構(gòu)就會發(fā)生一定的變化，而且還會發(fā)現(xiàn)，某一種核糖體RNA（16S）的一端是與信使RNA的一端互補(bǔ)的，這樣的結(jié)合的目的是為了信使RNA更準(zhǔn)確的傳遞遺傳信息。1.2.3 轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）通過上面的說明，我們都知首核糖體才是蛋白質(zhì)的合成場所，而mRNA是DNA與蛋白質(zhì)之間的中間使者，那它們之間是怎么樣相互傳遞的呢，因?yàn)?/p>

13、合成蛋白質(zhì)的各種氨基序列與mRNA上的堿基序列是不能直按就挨在一起的，所以僅靠mRNA本身也是不能獨(dú)立完成的，這時就急需一種物質(zhì)把這些氨基酸原材料運(yùn)輸?shù)胶思Z體上，這樣才能讓其與mRNA完美的結(jié)合，這種物質(zhì)就是我們所說的轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA),tRNA的存在能夠使合成蛋白質(zhì)的20種氨基酸和mRNA的堿基之間產(chǎn)生一種結(jié)合作用所必須的結(jié)合力，tRNA的種類也有很多，現(xiàn)在知的有40多種。此外，還有一種RNA，它相對以上三種RNA所起的作用在蛋白質(zhì)合成過程中經(jīng)常容易被忽略，它就是小核RNA（snRNA），小核RNA是真核生物轉(zhuǎn)錄后的加工過程中所產(chǎn)生的RNA剪接體的主要成分。另外，還有一些與染色體尾端的復(fù)

14、制有關(guān)的端體酶RNA；以及可以參與調(diào)控基因表達(dá)的反義RNA；作為rRNA的加工和修飾的小核仁RNA（snoRNA）；作為蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成的信號識別體的組成成分的小胞質(zhì)RNA（scRNA/7s-RNA）等等。1.3 RNA的研究歷史及發(fā)展前景早期的RNA是在19世紀(jì)的80年代也就是20世紀(jì)初，首先解決了核酸的組成和核苷酸的結(jié)構(gòu)。1869年瑞士著名的生物學(xué)家邁斯徹（Miescher）為了研究細(xì)胞核的化學(xué)成分，在其中發(fā)現(xiàn)了酸性的含磷化合物，并將其命名為核質(zhì)，這種物質(zhì)實(shí)質(zhì)上是含蛋白質(zhì)的核酸制品。1889年的時候，科學(xué)家將這種混雜的化合物純化從而得到了不含蛋白質(zhì)的核酸制品，稱為核酸。到了1893年，

15、AKossel經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)研究加上前人的經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)識到染色質(zhì)是由核酸和蛋白質(zhì)組成的，認(rèn)為核質(zhì)與新遺傳組織的形成有很大的關(guān)聯(lián)。但是，當(dāng)時的學(xué)術(shù)觀念認(rèn)為生命的一切活動是由蛋白質(zhì)來主導(dǎo)的，這位偉大的科學(xué)家也未能跳出這樣思想的束縛，沒有真正的認(rèn)識到核質(zhì)就是我們后來所說的遺傳物質(zhì)，沒有繼續(xù)從事自己的研究，并在1905年將他的研究方向改為了細(xì)胞核中的堿性蛋白質(zhì)，從而遺憾的使核酸的研究停滯幾十年。1.3.2 直到20世紀(jì)的五六十年代，RNA的發(fā)展非常的快速，并在這一期間提示了RNA的翻譯功能，而且也發(fā)現(xiàn)了MRNA,RRNA和TRNA,從而也破譯了遺傳密碼。1944年美國的生物學(xué)家Avery、Macleod和

16、Mccarty發(fā)表了很具影響力肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)結(jié)論：并且證明了蛋白質(zhì)不是真正的遺傳物質(zhì)，DNA才是遺傳信息的載體。1953年，watson與Crick共同提出了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)假說，為分子生物學(xué)奠定了基礎(chǔ)，否定了“生命世界是蛋白質(zhì)”的理論。1958年，Crick提出著名的中心法則，其核心是：生命世界的主導(dǎo)物質(zhì)是DNA和蛋白質(zhì)，該法則一直被生化界利用20多年，一直誤導(dǎo)人們對真核生物的真正理解，直到20世紀(jì)末，斷裂基因的發(fā)現(xiàn)改變了這個結(jié)論。1.3.3 20世紀(jì)50年代中期后的10年間，是RNA研究的一個黃金時期。1961年Crick證明了在每條DNA長鏈中的堿基是分組的，每組都含有三個堿基

17、；1957年Zemecnik發(fā)現(xiàn)了tRNA；1959年rRNA也被相繼的發(fā)現(xiàn)了；1961年法國的Monod和Jacob假定了mRNA的存在；1965年測出了第一個核酸(酵母丙氨酸t(yī)RNA)的一級結(jié)構(gòu)；Khorana人工合成了遺傳密碼；Nirenberg建立了核糖體和蛋白質(zhì)的結(jié)合技術(shù)，這咱合成是非細(xì)胞下完成的。具有很大的歷史意義；1966年破譯了遺傳密碼子，使RNA的發(fā)展進(jìn)入了一個相對比較完善的時期。1.3.4 突破“中心法則”到了20世紀(jì)70年代的后期和20世紀(jì)末21世紀(jì)初期，科學(xué)家們又積累了許多新的發(fā)現(xiàn)，這其中包括調(diào)控RNA，人類基因組計(jì)劃，還有對基因組的研究，人們對這些新發(fā)現(xiàn)的研究，表明了

18、人類不斷突破舊觀念的過程，也正因?yàn)檫@些成果，也使們們對于遺傳界的研究向前邁進(jìn)的一大步。 20世紀(jì)80年代，RNA催化和調(diào)控功能的提示。1981年，TCech發(fā)現(xiàn)某種RNA是可以作為一種催化劑來使用的，當(dāng)然這咱催化劑要在一定的生物體內(nèi)才會起作用，它也因此將具有這種催化用化學(xué)本質(zhì)的RNA命名為核酶。之后，sAltman證明體外轉(zhuǎn)錄的核糖核酸酶內(nèi)的RNA，也具有一定的催化作用。核酶的這一發(fā)現(xiàn)，打破了統(tǒng)治生化界超半個世紀(jì)的理論，更正并闡明了：酶就是一種蛋白質(zhì)。這個結(jié)論也有助于人們探索生命從起源到發(fā)展過程中存在的長期爭論而沒有結(jié)論的難題，這一個難題就是之前前人提出的是先有蛋白質(zhì)還是先有核酸？科學(xué)家們也在

19、這一時期總結(jié)了出了生物高分子的化合物總共有三種：分別是DNA、RNA和蛋白質(zhì)。DNA是攜帶遺傳信息的物質(zhì)，但是我們平時看到的摸到的外在表現(xiàn)性狀并不是它，而是蛋白質(zhì)分子，DNA的復(fù)制也要有一定的中間物質(zhì)作為催化劑才能夠完成；蛋白雖然可以作為外在性狀表現(xiàn)的分子，但是又不能自我控制自我的性狀，只能通過DNA來控制它的活動；而RNA，既能夠攜帶遺傳信息，又能夠作為功能分子，有些甚至自身就能夠完成自我復(fù)制。因此，科學(xué)家們大膽推測：RNA是最先能夠進(jìn)行自我復(fù)制活活的，這種活動可能從生命起源的時候就開始了，因此它也是作為遺傳物質(zhì)出現(xiàn)在那個時候的。此后的30年，人們對RNA研究取得了突破性的進(jìn)展，一些新的發(fā)現(xiàn)

20、突破了“中心法則”束縛，對RNA的探索的腳步也在不斷的向前邁進(jìn)。從DNA這種我們認(rèn)為的最基礎(chǔ)的遺傳的開始，到我們外在的表現(xiàn)性狀，這種種的過程無疑就是遺傳的一個過程，這個過程看似條理清析，但實(shí)際過程的復(fù)雜性完全超乎我們的想像。到了1989年，Gilbert提出了RNA世界的假說，第一次將RNA擺在了早期生命進(jìn)化的中心位置；Uhlembeck教授于1990年提出了“20世紀(jì)90年代將是RNA的研究最活躍時期”，此后，正如教授所假定的一樣：RNA新的種類、新的功能和新的作用機(jī)制不斷的被探索和發(fā)現(xiàn)。1999年到2000年，通過大量的研究證明了蛋白質(zhì)不可能作為催化肽鍵形成化合物，而這種催化物只能是rRN

21、A。 RNA干擾 RNA干擾的發(fā)現(xiàn)正是生物學(xué)界對RNA的不斷探索與研究，1990年，科學(xué)家給矮牽牛花的某些細(xì)胞內(nèi)注入了一種基因，這種基因具有催生紅色素的功能，目的是想讓花的顏色更鮮艷，但是結(jié)果確和預(yù)想的完全不同，實(shí)驗(yàn)用的花朵全部變?yōu)榱税咨?，這樣類似的實(shí)驗(yàn)科學(xué)家們也做了很多，但是幾年間一直沒有人能夠解釋這一現(xiàn)象，直到1998年，美國的安德魯·法爾和克雷格·梅洛基于此實(shí)驗(yàn)大膽的提出了假設(shè)，出現(xiàn)這種奇怪現(xiàn)象的原因是由于生物體內(nèi)控制這一性狀的某種基因的作用被抑制了，這種特定的物質(zhì)可以使特定的基因工作或者抑制，也可以使其生命活動變活躍或者微弱。這種使生物細(xì)胞內(nèi)某些特定基因被抑制的機(jī)制

22、就是RNA的干擾（RNAi），RNA的干擾作用是使控制蛋白質(zhì)合成過程中的某些特定RNA堿基序列（也稱為靶基因）被降解，這樣就使得這些靶基因決定的氨基酸序列無法表達(dá)，或者表達(dá)出錯誤的信息，從而阻斷相關(guān)蛋白質(zhì)的合成。這也就達(dá)到了干擾的目的。1.3 RNA干擾的作用機(jī)制RNA的干擾作用機(jī)制，就是用一種能夠?qū)⒓?xì)胞中的雙鏈RNA分段成多個部分的小片段，大多數(shù)情況下，我們用到的這種酶叫活性核酸酶，一般在干擾機(jī)制中選用迪色酶，它可以將正常的RNA分解成24個RNA雙鏈小片段，這樣下來，就干擾了mRNA中的堿基序列指導(dǎo)氨基酸的順序，還有就是一些互補(bǔ)區(qū)域的缺失加之核蛋白誘導(dǎo)基因的沉默，從而實(shí)現(xiàn)了干擾正常基因的表

23、達(dá)功能【6】。如圖7所示： 一般情況下，我們向生物細(xì)胞內(nèi)注入的活性酶物質(zhì)肯定是少量的，它的分子量只是細(xì)胞內(nèi)相應(yīng)核苷酸的千分之幾甚至萬分之幾，但是這種起誘導(dǎo)作用的酶所起的作用是可以被放大很多倍的，因?yàn)樗麄兪茄h(huán)作用于細(xì)胞內(nèi)相應(yīng)的RNA鏈的，這樣就可以達(dá)到我們所說的使全部相應(yīng)的基因無法完成表達(dá)功能。1.3 RNA干擾技術(shù)的應(yīng)用前景RNA的這一干擾技術(shù)的發(fā)現(xiàn)也開啟了對RNA研究的新的領(lǐng)域，科學(xué)家認(rèn)為，的這種干擾機(jī)制不僅可以作為研究特定基因功能的一種工具，相信在不久的將來，這種干擾機(jī)制一定可以用于治療現(xiàn)在醫(yī)學(xué)上無法治攻克的一些重大疾病，就像現(xiàn)在困擾人們的癌癥和艾滋病等等，并且可以從根源上治愈它們。其實(shí)

24、現(xiàn)在己經(jīng)有利用這一技術(shù)治愈肝炎的實(shí)例了，只是不是人類的肝炎而是實(shí)驗(yàn)小鼠的。這種干擾技術(shù)一旦發(fā)展成熟，將在各個領(lǐng)域都有所作為，目前為止，RNA干擾技術(shù)主要是應(yīng)用于基因功能研究或基因治療及藥物篩選等。在醫(yī)學(xué)上的基因治療方案，一般選用的都是傳統(tǒng)的基因敲除技術(shù)，但是這種方法有很多不足之處，可操作性不如這種基因干擾技術(shù)強(qiáng)，效果也相比干擾技術(shù)不明顯，作用也不如干擾技術(shù)的效果快。所以干擾技術(shù)是我們?yōu)橐恍┘膊￠_辟新途徑的必然選擇。1.4 RNA的空間結(jié)構(gòu)RNA是由核糖核苷酸經(jīng)磷酯鍵縮全而形成的分子，單個的核糖核苷酸分子是由一分子的磷酸、一分子核糖和一個堿基所構(gòu)成的，其中堿基主要有四種，分別是腺嘌呤（A）其結(jié)構(gòu)

25、如下(圖1.1 a) ； a ：腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G），其結(jié)構(gòu)如下圖1.1b所示； b：鳥嘌呤（G）胞嘧啶（C），其結(jié)構(gòu)圖如下1.1c所示； c：胞嘧啶（C）尿嘧啶（U），如下圖d所示： d：尿嘧啶（U）圖：四種堿基的結(jié)構(gòu)由它們組成的核苷酸分別稱為，腺嘌呤核糖核苷酸、鳥嘌呤核糖核苷酸、胞嘧啶核糖核苷酸和尿嘧啶核糖核苷酸。這里重點(diǎn)要提一下尿嘧啶，尿嘧啶是RNA區(qū)別與DNA的一個具有特征性堿基，那么這幾種化學(xué)物質(zhì)是怎樣構(gòu)成核糖核苷酸的呢？和DNA的結(jié)構(gòu)圖區(qū)別是什么呢？（如圖）圖：核糖核苷酸鏈，脫氧核糖核苷酸鏈核糖和堿基之間的連接，一般都是1號C原子上的一個氫被含氮堿基所代替，這樣的結(jié)構(gòu)是相對比較

26、穩(wěn)定的1.4.1 mRNA的空間結(jié)構(gòu)?？偟膩碚f，作為蛋白質(zhì)合成的模板，一般我們看到RNA的就只是這樣的一個整體結(jié)構(gòu)，如圖所示：圖：真核生物mRNA的結(jié)構(gòu)除此之外mRNA還有很多的衍生結(jié)構(gòu)，一般在生物體中最重要的有兩種大體結(jié)構(gòu)。帽子結(jié)構(gòu)：就是在轉(zhuǎn)錄完成后，在加工的過程中，會在磷酸的5¢-端加上7甲基三磷酸鳥苷，并且會在排列在第二位的核苷酸C2¢上甲基化（m7GpppNm）。這樣的結(jié)構(gòu)是可以增加其RNA的穩(wěn)定性的，其結(jié)構(gòu)圖如圖所示：圖 mRNA的帽子結(jié)構(gòu) 1.4.1.2 多聚A尾結(jié)構(gòu)所謂的多聚尾結(jié)構(gòu)，即是在真核生物細(xì)胞中的mRNA的一端經(jīng)轉(zhuǎn)錄后，再加上一段長短不完全相同的聚腺苷

27、酸組成的。1.4.2 能特異性解讀信使RNA中的遺傳信息、并作為將遺傳信息轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的氨基酸后加入多肽鏈中的tRNA的空間結(jié)構(gòu) tRNA的結(jié)構(gòu)有很多種，其中分為一級結(jié)構(gòu)和二級結(jié)構(gòu)，可能有的還有三級結(jié)構(gòu)，因?yàn)榉N類繁多，不能夠一一的列舉出來，只能闡述他們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 tRNA的一級結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：這類RNA所含的核苷酸數(shù)在70個到90個左右；第二個就是含有的稀有堿基可能會較多；最后一個就是3¢端均為CCAOH。如圖所示：圖：tRNA的一級結(jié)構(gòu)1.4.2.2 tRNA二級結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：形狀類似于三葉草形，如圖所示：圖：tRNA的二級結(jié)構(gòu)1.4.2.3 tRNA的三級結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：類似于倒L形狀，如圖所示

28、：圖： tRNA的三級結(jié)構(gòu)rRNA的空間結(jié)構(gòu)這類RNA能夠直接參與核糖體中蛋白質(zhì)的合成，由于其結(jié)構(gòu)種類也特別多而且復(fù)雜，我們只列出其中的一個二級結(jié)構(gòu)，如圖所示：圖： tRNA的一個二級結(jié)構(gòu)1.5 RNA的提取方法 RNA的分布我們都知道在哺乳動物也就是真核生物的細(xì)胞中，RNA大多位于細(xì)胞質(zhì)中，但各個部位細(xì)胞中所含的RNA數(shù)目確是不同的，首先在同等組織試樣下，RNA含量最多的就是肝臟、脾臟和心臟三個部位；RNA含量較低的部位剛是，膀胱、骨和脂肪；大腦、胚胎、腎臟和肺部的細(xì)胞所含的RNA的數(shù)量位于前兩者之間。1.5.2 RNA的提取方法及原理包括樣本前的處理、細(xì)胞裂解和RNA的純化及獲得。樣本前的

29、處理樣本前處理要注意的是選擇不得超過4個小時的新鮮血液，如果選取的樣本是組織，剛必須是生長旺盛的組織或是新鮮幼嫩的組織，若所選擇的樣本是細(xì)胞則選擇處于生長旺盛時期收集的細(xì)胞，要將新鮮的血液進(jìn)行紅細(xì)胞的裂解，然后將得到的白細(xì)胞內(nèi)加入一定量的TRNzol，在-70的溫度下進(jìn)行樣品處理前的保存。1.5.2.2 細(xì)胞的裂解要用固定的試劑，其中包括異硫氰酸胍/酚，胍鹽/-巰基乙醇，胍鹽/-巰基乙醇，這些試劑會使得細(xì)胞內(nèi)的液狀物流出，從而才能提出RNA。1.5.2.3 RNA的純化及獲得在擔(dān)取的過程中，要杜絕外源酶的污染，同時還要阻止內(nèi)源酶的活性，即要選擇合適的勻漿方法、選擇合適的裂解液和控制好樣品的起始

30、量。最常用的幾種方法是：TRIzol試劑法（包括培養(yǎng)細(xì)胞離心，洗滌和晾干）其流程圖如下圖所示；將細(xì)胞置于含有十二烷基磺酸鈉的緩沖液中，然后經(jīng)振蕩離心等的苯酚法；異硫氰酸胍酚法等。圖1.9 TRIzol試劑提純RNA的流程圖1.6 哺乳動物中RNA與DNA的異同相同點(diǎn)：（1）所含的化學(xué)素是相同的：分別是C、 H 、O、 N 、P 五種元素。（2）它們的結(jié)構(gòu)都是由磷酸、五碳糖和堿基三部分組成的。不同點(diǎn)：（1）在功能上，DNA是遺傳信息的載體，有遺傳效應(yīng)，指導(dǎo)著生物蛋白質(zhì)的合成，而DNA在指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的過程中離不開RNA的作用，RNA是DNA到蛋白質(zhì)合成過程中的中間物質(zhì)，而這種物質(zhì)又是生物體傳遞遺

31、傳信息所必須的。（2）構(gòu)成它有的堿基除了腺嘌呤（A）、胞嘧啶（ C）、鳥嘌呤（G）三種外，只有剩下的一種不同，DNA的第四種堿基是胸腺嘧啶（T），RNA的第四種堿基則為尿嘧啶（U）。（3）所構(gòu)成它們的五碳糖不同：組成RNA的核糖就是核糖，而組成DNA的五碳糖是脫氧核糖。（4）在生物體內(nèi)的存在的形式不同，RNA主要以單鏈形式存在于生物體內(nèi)，其高級結(jié)構(gòu)非常的復(fù)雜；DNA在生物體內(nèi)卻是以雙鏈的雙螺旋結(jié)構(gòu)存在于細(xì)胞內(nèi)的的，能夠獨(dú)立的進(jìn)行自我復(fù)制并攜帶遺傳信息。2.本論文研究的內(nèi)容生物信息的傳遞 -從DNA到RNA再到蛋白質(zhì)現(xiàn)代分子生物學(xué)的最基本原理是：基因作為唯一能夠自我復(fù)制和能夠永久存在的單位，它的

32、生物功能是以蛋白質(zhì)的形式表達(dá)出來的【9】。所以我們說，DNA的序列是遺傳信息的一個載體，DNA是通過自主的復(fù)制才能夠得到永存，并要通過轉(zhuǎn)錄生成信使RNA（mRNA）然后才翻譯生成蛋白質(zhì)，通過這一系列的過程控制生命現(xiàn)象?；虻谋磉_(dá)包括轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個階段。轉(zhuǎn)錄是指拷貝出一條與DNA鏈序列完全同（除了胸腺嘧啶和尿嘧啶的轉(zhuǎn)換）的RNA鏈的一個過程，存儲在DNA中的幾乎全部信息都要首先被轉(zhuǎn)錄成RNA，只有這樣遺傳信息才能夠得到有效的表達(dá)【21】；翻譯是指以新生成的mRNA為模板，把核苷酸三聯(lián)遺傳密碼子翻譯成氨基酸序列，并合成多肽的過程，是基因表達(dá)的最終目的。2.1 RNA的轉(zhuǎn)錄11轉(zhuǎn)錄的基本過程無論是原

33、核細(xì)胞還是真核細(xì)胞，轉(zhuǎn)錄的基本過程都是差不多一樣的，包括：模板的識別、轉(zhuǎn)錄的起始、通過啟動子及轉(zhuǎn)錄的延伸和終止。如圖所示：圖2.1 ：轉(zhuǎn)錄的過程模板的識別階段主要是指，RNA聚合酶與RNA啟動子DNA雙鏈相互作用并與之相結(jié)合的過程。轉(zhuǎn)錄起始前，啟動子附近的DNA雙鏈發(fā)開形成轉(zhuǎn)錄泡以促使核糖苷酸與模板DNA的堿基形成配對。轉(zhuǎn)錄的起始也就是RNA鏈上第一個核苷酸鍵的產(chǎn)生。轉(zhuǎn)錄超始后會直接形成9個核苷酸短鏈，這時候的RNA聚合酶也一直處于啟動子區(qū)，新生的轉(zhuǎn)錄鏈與原來的DNA模板鏈之間的結(jié)合還不夠牢固，它們很容易分離，這個時轉(zhuǎn)錄過程就要重新再來了，如果有一種物質(zhì)能能夠很成功的把相應(yīng)的核苷酸鏈結(jié)合在一起

34、，然后再轉(zhuǎn)移出啟動子區(qū)，那么這時候轉(zhuǎn)錄就可以斷續(xù)進(jìn)行下去了，這個物質(zhì)就是RNA聚合酶。一般情況下，之前所提的9個核苷酸短鏈?zhǔn)且耆耐ㄟ^啟動子的區(qū)域的，這個通過時間的長短直接的反應(yīng)了轉(zhuǎn)錄起始頻率的高低。RNA聚合酶離開啟動子，沿著DNA的一條鏈移動并使新生成的RNA鏈不斷伸長生長的過程就是轉(zhuǎn)錄的延伸過程【11】。DNA雙鏈的連續(xù)解開，是需要伴隨RNA聚合酶的移動的，只有RNA聚合酶到達(dá)的地方，DNA雙鏈才會被解開，當(dāng)這一過程完成后，會暴露出一條新的DNA單鏈模板，并且在解鏈區(qū)會形成RNA與DNA的一個雜合物，在解鏈區(qū)的后面，DNA模板鏈與其原來配對的一條非模板鏈會重新結(jié)合變成雙螺旋的結(jié)構(gòu)。當(dāng)轉(zhuǎn)

35、錄出來的信使RNA鏈轉(zhuǎn)錄到終止位點(diǎn)上的時候，RNA鏈就就不再繼續(xù)伸長了，RNA聚合酶也停止其作用，DNA也會恢復(fù)為原來的狀態(tài)，這個時候轉(zhuǎn)錄過程也就終止了。真核細(xì)胞中模板的識別與原核生的還有一定的不同，在真核生物中，RNA聚合酶不能直接識別基因的啟動子區(qū)域，這樣一來，就需要一些物定的輔助物質(zhì)才能完成轉(zhuǎn)錄這個復(fù)雜的過程，這種物定的輔助物質(zhì)被稱為轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的輔助蛋白質(zhì)，這種輔助蛋白質(zhì)按照特定的順序結(jié)合在啟動子上面，這樣RNA聚合酶才能與之相結(jié)合并形成復(fù)雜的起始復(fù)合物，以保證起始轉(zhuǎn)錄能夠有效地進(jìn)行。轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分所謂的轉(zhuǎn)錄機(jī)器就是在轉(zhuǎn)錄過程中所涉及到的工具以及輔助工具，主要包括：RNA聚合酶和轉(zhuǎn)

36、錄復(fù)合物以及啟動子 RNA聚合酶 RNA聚合酶主要是以雙鏈的DNA為模板（這樣是為了保證RNA聚合酶的活性，如果是以單鏈為模板的話，剛其活性將大大的降低），同時以四種核苷三磷酸作為它的活性前體，并以Mg2+或Mn2+作為輔助因子，催化RNA鏈的起始、延伸和終止，RNA聚合酶不需要任何的引導(dǎo)物質(zhì)，它催化生成的產(chǎn)物是與RNA，這個RNA鏈?zhǔn)桥c之前的DNA模板鏈互補(bǔ)的，RNA聚合酶是轉(zhuǎn)錄過程中最為關(guān)鍵的酶，RNA聚合酶在原核生物和真核生物中的分子組成、生化特性和種類上都各有不同，而且各有個的特色。轉(zhuǎn)錄復(fù)合物轉(zhuǎn)錄復(fù)合物包括轉(zhuǎn)錄封閉復(fù)合物、轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物和轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合物等，啟動子選擇階段包括RNA聚合酶

37、全酶對啟動子區(qū)的識別，聚合酶與啟動子可逆性的結(jié)合形成了封閉復(fù)合物，在這一期間內(nèi)，DNA鏈仍是處于雙鏈的狀態(tài)，但這個時候DNA的內(nèi)部還是發(fā)生了重大的變化，原來的復(fù)合物也變?yōu)榱肆硪环N完全不同的復(fù)合物，而RNA聚合酶也在這個時候開始作用。原來的復(fù)合物由封閉的變?yōu)榱碎_放式的，這種從封閉復(fù)合物到開放復(fù)合物的過程是不一個不可逆的過程，轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的分子量很大。一般的情況下，轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物都有兩個不同的反應(yīng)途徑，一個是形成轉(zhuǎn)錄循環(huán)過程中所必需的轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合物，而且形成的這種延伸復(fù)合物的結(jié)構(gòu)必需要穩(wěn)定，這樣才能夠確保它不會從DNA模板上掉落下來。另一個反應(yīng)途徑剛是直按合并，然后釋放兩個到九個不等的小鏈RNA

38、轉(zhuǎn)錄物。對于第一個反應(yīng)途徑，當(dāng)轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合物在模板鏈上遇到轉(zhuǎn)錄終止信號時，加入新核苷酸的動作就會被終止，延伸復(fù)合物也會因此而被解離。聚合酶的使命也在此完成，并會從DNA模板上脫落下來。2.1.2.3 啟動子所謂的啟動了是指能夠確保轉(zhuǎn)錄精確而有效地起始的DNA序列。2.2 啟動與轉(zhuǎn)錄的起始RNA聚合酶與啟動子的相互作用主要包括：啟動子區(qū)的識別、酶與啟動子區(qū)的結(jié)合及因子的結(jié)合與解離【8】。啟動子區(qū)的識別大量的實(shí)驗(yàn)研究表明，堿基對的本身并不能被RNA聚合酶識別出來，而是要RNA聚合酶通過氫鍵互補(bǔ)的試來加以識別。在啟動子區(qū)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)中，對于氫鍵，一部分特定的堿基上的元素作為它的供體，還有一部分物定的堿基上的某些分子作為它的受體，它們在DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)中都具有特定的方位，而酶分子中也有處于特定空間構(gòu)象的受體與供體，當(dāng)它們與啟動子中對應(yīng)的分子在一定距離內(nèi)相互補(bǔ)時，就會形成氫鍵，從而相互結(jié)合【21】。這些現(xiàn)象就是啟動子區(qū)的識別。2.2.2 酶與啟動子區(qū)的結(jié)合經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，RNA聚合酶與啟動子區(qū)的相互作用，不是它們兩個直接去結(jié)合，而是這個酶和DNA的雙鏈相結(jié)合，先