核糖核酸（RNA）是一種由核糖核苷酸聚合而成的線性大分子，存在于生物細(xì)胞和部分病毒、類病毒中的遺傳信息載體。RNA的堿基主要有4種，即腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和尿嘧啶（U），其中尿取代了DNA中的胸腺嘧啶（T）。RNA在細(xì)胞生物中有多種功能，可在遺傳編碼、轉(zhuǎn)譯、調(diào)控、基因表達(dá)等過(guò)程中發(fā)揮作用。RNA可分為多種類型，如mRNA、tRNA、rRNA和sRNA等。RNA通常由DNA經(jīng)由轉(zhuǎn)錄生成，廣泛分布于真核生物的細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、粒線體中。RNA在體內(nèi)的作用主要是引導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，其中mRNA為遺傳訊息的傳遞者，tRNA在轉(zhuǎn)譯過(guò)程中起轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的作用，rRNA于轉(zhuǎn)譯過(guò)程中起催化肽鏈形成的作用，sRNA起到調(diào)控基因表達(dá)的作用。此外，RNA病毒甚至以RNA作為它們的遺傳物質(zhì)。RNA分子在細(xì)胞內(nèi)也可以通過(guò)催化生化反應(yīng)、調(diào)控基因表達(dá)或感知和傳遞細(xì)胞信號(hào)等方式發(fā)揮生理功能。RNA和脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和碳水化合物一起構(gòu)成了生命體系中四種主要的大分子。
分類
RNA是以脫氧核糖核酸的一條鏈為模板，以堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，轉(zhuǎn)錄而形成的一條單鏈，主要功能是實(shí)現(xiàn)遺傳信息在蛋白質(zhì)上的表達(dá)，是遺傳信息傳遞過(guò)程中的橋梁。轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的功能是攜帶符合要求的氨基酸，以mRNA為模板，合成蛋白質(zhì)。
RNA由核糖核苷酸經(jīng)磷鍵縮合而成長(zhǎng)鏈狀分子。一個(gè)核糖核酸分子由磷酸，核糖和堿基構(gòu)成。RNA的堿基主要有4種，即A腺嘌呤，G鳥嘌呤，C胞嘧啶，U尿嘧啶。其中，U尿嘧啶取代了DNA中的T胸腺嘧啶而成為RNA的特征堿基。
mRNA
mRNA的功能就是把脫氧核糖核酸上的遺傳信息精確無(wú)誤地轉(zhuǎn)錄下來(lái)，然后再由mRNA的堿基順序決定蛋白質(zhì)的氨基酸順序，完成基因表過(guò)程中的遺傳信息傳遞過(guò)程。在真核生物中，轉(zhuǎn)錄形成的前體RNA中含有大量非編碼序列，大約只有25%序列經(jīng)加工成為mRNA，最后翻譯為蛋白質(zhì)。因?yàn)檫@種未經(jīng)加工的前體mRNA(pre-mRNA）在分子大小上差別很大，所以通常稱為不均一核RNA（heterogeneousnuclearRNA,hnRNA）。
tRNA
如果說(shuō)mRNA是合成蛋白質(zhì)的藍(lán)圖，則核糖體是合成蛋白質(zhì)的工廠。但是，合成蛋白質(zhì)的原材料——20種氨基酸與mRNA的堿基之間缺乏特殊的親和力。因此，必須用一種特殊的RNA——轉(zhuǎn)移RNA（transferRNA，tRNA）把氨基酸搬運(yùn)到核糖體上，tRNA能根據(jù)mRNA的遺傳密碼依次準(zhǔn)確地將它攜帶的氨基酸連結(jié)起來(lái)形成多肽鏈。每種氨基酸可與1-4種tRNA相結(jié)合，已知的tRNA的種類在40種以上。
轉(zhuǎn)運(yùn)RNA是分子最小的RNA，其分子量平均約為27000(25000-30000），由70到90個(gè)核苷酸組成。而且具有稀有堿基的特點(diǎn)，稀有堿基除假尿嘧啶核苷與次黃嘌呤核苷外，主要是甲基化了的嘌呤和嘧啶。這類稀有堿基一般是在轉(zhuǎn)錄后，經(jīng)過(guò)特殊的修飾而成的。
1969年以來(lái)，研究了來(lái)自各種不同生物，如：如酵母、大腸桿菌、小麥、鼠等十幾種tRNA的結(jié)構(gòu)，證明它們的堿基序列都能折疊成三葉草形二級(jí)結(jié)構(gòu)，而且都具有如下的共性：
①5’末端具有G（大部分）或C。
②3’末端都以ACC的順序終結(jié)。
③有一個(gè)富有鳥嘌呤的環(huán)。
④有一個(gè)反密碼子環(huán)，在這一環(huán)的頂端有三個(gè)暴露的堿基，稱為反密碼子（anticodon）.反密碼子可以與mRNA鏈上互補(bǔ)的密碼子配對(duì)。
⑤有一個(gè)胸腺嘧啶環(huán)。
rRNA
核糖體RNA(ribosomalRNA，rRNA）是組成核糖體的主要成分。核糖體是合成蛋白質(zhì)的工廠。在大腸桿菌中，rRNA量占細(xì)胞總RNA量的75%-85%，而轉(zhuǎn)運(yùn)RNA占15%，mRNA僅占3-5%。
rRNA一般與核糖體蛋白質(zhì)結(jié)合在一起，形成核糖體（ribosome），如果把rRNA從核糖體上除掉，核糖體的結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生塌陷。原核生物的核糖體所含的rRNA有5S、16S及23S三種。
S為沉降系數(shù)（sedimentationcoefficient），當(dāng)用超速離心測(cè)定一個(gè)粒子的沉淀速度時(shí)，此速度與粒子的大小直徑成比例。5S含有120個(gè)核苷酸，16S含有1540個(gè)核苷酸，而23S含有2900個(gè)核苷酸。而真核生物有4種rRNA，它們分子大小分別是5S、5.8S、18S和28S，分別具有大約120、160、1900和4700個(gè)核苷酸。rRNA是單鏈，它包含不等量的A與U、G與C，但是有廣泛的雙鏈區(qū)域。在雙鏈區(qū)，堿基因氫鍵相連，表現(xiàn)為發(fā)夾式螺旋。
rRNA在蛋白質(zhì)合成中的功能尚未完全明了。但16S的rRNA3’端有一段核苷酸序列與mRNA的前導(dǎo)序列是互補(bǔ)的，這可能有助于mRNA與核糖體的結(jié)合。
miRNA
MicroRNAs（miRNAs）是在真核生物中發(fā)現(xiàn)的一類內(nèi)源性的具有調(diào)控功能的非編碼RNA，其大小長(zhǎng)約20~25個(gè)核苷酸。成熟的miRNAs是由較長(zhǎng)的初級(jí)轉(zhuǎn)錄物經(jīng)過(guò)一系列核酸酶的剪切加工而產(chǎn)生的，隨后組裝進(jìn)RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體，通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)的方式識(shí)別靶mRNA，并根據(jù)互補(bǔ)程度的不同指導(dǎo)沉默復(fù)合體降解靶mRNA或者阻遏靶mRNA的翻譯。最近的研究表明miRNA參與各種各樣的調(diào)節(jié)途徑，包括發(fā)育、病毒防御、造血過(guò)程、器官形成、細(xì)胞增殖和凋亡、脂肪代謝等等。
小分子RNA
(small RNA)
存在于真核生物細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中，它們的長(zhǎng)度為100到300個(gè)堿基(酵母中最長(zhǎng)的約1000個(gè)堿基)。多的每個(gè)細(xì)胞中可含有105～106個(gè)這種RNA分子，少的則不可直接檢測(cè)到,它們由RNA聚合酶Ⅱ或RNA聚合酶Ⅲ所合成,其中某些像mRNA一樣可被加帽。
主要有兩種類型的小分子RNA:一類是snRNA(small nuclear RNA),存在于細(xì)胞核中；另一類是scRNA(small cytoplasmic RNA)，存在于細(xì)胞質(zhì)中。
小分子RNA通常與蛋白質(zhì)組成配位化合物,在細(xì)胞的生命活動(dòng)中起重要的作用。
①snRNA：
snRNA(smallnuclearRNA，小核RNA）。它是真核生物轉(zhuǎn)錄后加工過(guò)程中RNA剪接體（spilceosome）的主要成分。發(fā)現(xiàn)有五種snRNA，其長(zhǎng)度在哺乳動(dòng)物中約為100-215個(gè)核苷酸。snRNA一直存在于細(xì)胞核中，與40種左右的核內(nèi)蛋白質(zhì)共同組成RNA剪接體，在RNA轉(zhuǎn)錄后加工中起重要作用。某些snRNPs和剪接作用密切相關(guān)，它們分別與供體和受體剪接位點(diǎn)以及分支順序相互補(bǔ)。
其中位于核仁內(nèi)的snRNA稱為核小體RNA（small uncleolar RNA），參與rRNA前體的加工及核糖體亞基的組裝。
②scRNA：
scRNA（small cytoplasmic RNA，細(xì)胞質(zhì)小RNA）主要位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，種類較多，參與蛋白質(zhì)的合成和運(yùn)輸。SRP顆粒就是一種由一個(gè)7SRNA和六種蛋白質(zhì)組成的核糖核蛋白體顆粒，主要功能是識(shí)別信號(hào)肽,并將核糖體引導(dǎo)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。
端體酶RNA
端體酶RNA(telomeraseRNA），它與染色體末端的復(fù)制有關(guān)。
反義RNA
反義RNA(antisenseRNA），它參與基因表達(dá)的調(diào)控。
上述各種RNA分子均為轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物，mRNA最后翻譯為蛋白質(zhì)，而rRNA、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA及snRNA等并不攜帶翻譯為蛋白質(zhì)的信息，其終產(chǎn)物就是RNA。
核酶
另外還有一種特別的RNA（其分類與上述RNA分類無(wú)關(guān)）——核酶
核酶(ribozyme)一詞用于描述具有催化活性的RNA,即化學(xué)本質(zhì)是核糖核酸(RNA),卻具有酶的催化功能。核酶的作用底物可以是不同的分子,有些作用底物就是同一RNA分子中的某些部位。核酶的功能很多，有的能夠切割RNA,有的能夠切割脫氧核糖核酸,有些還具有RNA連接酶、磷酸酶等活性。與蛋白質(zhì)酶相比，核酶的催化效率較低，是一種較為原始的催化酶。
大多數(shù)核酶通過(guò)催化轉(zhuǎn)磷酸酯和磷酸二酯鍵水解反應(yīng)參與RNA自身剪力、加工過(guò)程，也具有特異性，甚至具有Km值。
其發(fā)現(xiàn)是科學(xué)家大腸桿菌RNaseP蛋白在切去部分后，在體外高濃度鎂離子的情況下，留下的RNA部分(MIRNA)具有酶活性。
非編碼RNA
【新型生命暗物質(zhì)】非編碼RNA(核糖核酸)，被稱為生命體中“暗物質(zhì)”。日前，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)單革教授實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)一類新型環(huán)狀非編碼RNA，并揭示了此類非編碼RNA的功能和功能機(jī)理。成果發(fā)表在國(guó)際知名雜志《自然·結(jié)構(gòu)和分子生物學(xué)》上。非編碼RNA是一大類不編碼蛋白質(zhì)，但在細(xì)胞中起著調(diào)控作用的RNA分子。
正如宇宙間存在著許多既看不到也感覺不到的“暗物質(zhì)”“暗能量”一樣，在生命體這個(gè)“小宇宙”中，也存在這樣的神秘“暗物質(zhì)”—非編碼RNA。
越來(lái)越多的證據(jù)表明，一系列重大疾病的發(fā)生發(fā)展與非編碼RNA調(diào)控失衡相關(guān)。
環(huán)形RNA分子最近數(shù)年才引起研究人員注意，而此前的研究主要集中于線性RNA分子。單革教授實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)的新型環(huán)狀非編碼RNA，被命名為外顯子-內(nèi)含子環(huán)形RNA。在論文中，他們還對(duì)這類新型環(huán)狀非編碼RNA為何會(huì)成為環(huán)形而不是線形分子進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)成環(huán)序列兩端經(jīng)常會(huì)有互補(bǔ)的重復(fù)序列存在。
細(xì)胞中的分布
由于脫氧核糖核酸和RNA在化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu)上存在一定的差別，因而對(duì)不同的染料有著不同的反應(yīng)。所以，可以根據(jù)這一反應(yīng)差異來(lái)研究細(xì)胞中DNA與RNA的分布情況。
DNA和RNA兩種核酸分子都是多聚體，但是它們的聚合程度有所不同。DNA聚合程度高，易于甲基綠結(jié)合；RNA聚合程度低易與吡羅紅結(jié)合。所以當(dāng)吡羅紅與甲基綠混在一起作為染料時(shí)吡羅紅與核仁、細(xì)胞質(zhì)中的RNA選擇性結(jié)合，從而顯示紅色；甲基綠與染色質(zhì)中的DNA選擇性結(jié)合，從而顯示綠色。綜上所述，RNA對(duì)吡羅紅的親和力大，被染成紅色；脫氧核糖核酸對(duì)甲基綠的親和力大，被染成綠色。
組成結(jié)構(gòu)
與DNA不同，RNA一般為單鏈長(zhǎng)分子，不形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，核糖核酸但是很多RNA也需要通過(guò)堿基配對(duì)原則形成一定的二級(jí)結(jié)構(gòu)乃至三級(jí)結(jié)構(gòu)來(lái)行使生物學(xué)功能。RNA的堿基配對(duì)規(guī)則基本和DNA相同，不過(guò)除了A-U、G-C配對(duì)外，G-U也可以配對(duì)。
在細(xì)胞中，根據(jù)結(jié)構(gòu)功能的不同，RNA主要分三類，即轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（轉(zhuǎn)運(yùn)RNA），rRNA（核糖體RNA），mRNA（信使RNA）。mRNA是合成蛋白質(zhì)的模板，內(nèi)容按照細(xì)胞核中的脫氧核糖核酸所轉(zhuǎn)錄；tRNA是mRNA上堿基序列（即遺傳密碼子）的識(shí)別者和氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)者；rRNA是組成核糖體的組分，是蛋白質(zhì)合成的工作場(chǎng)所。
細(xì)胞中還有許多種類和功能不一的小型RNA，像是組成剪接體（spliceosome）的snRNA，負(fù)責(zé)rRNA成型的snoRNA，以及參與RNAi作用的miRNA與siRNA等，可調(diào)節(jié)基因表達(dá)。而其他如I、II型內(nèi)含子、RNase P、HDV、核糖體RNA等等都有催化生化反應(yīng)過(guò)程的活性，即具有酶的活性，這類RNA被稱為核酶。
在病毒方面，很多病毒只以RNA作為其唯一的遺傳信息載體（有別于細(xì)胞生物普遍用雙鏈脫氧核糖核酸作載體）。
1982年以來(lái)，研究表明，不少RNA，如I、II型內(nèi)含子，RNaseP，HDV，核糖體大亞基RNA等等有催化生化反應(yīng)過(guò)程的活性，即具有酶的活性，這類RNA被稱為核酶（核糖核酸催化劑）。
20世紀(jì)90年代以來(lái)，又發(fā)現(xiàn)了RNAi（RNAinterference，RNA干擾）等等現(xiàn)象，證明RNA在基因表達(dá)調(diào)控中起到重要作用。
在RNA病毒中，RNA是遺傳物質(zhì)，植物病毒總是含RNA。近些年在植物中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)一些比病毒還小得多的浸染性致病因子，叫做類病毒。類病毒是不含蛋白質(zhì)的閉環(huán)單鏈RNA分子，此外，真核生物中還有兩類RNA，即不均一核RNA（hnRNA）和小核RNA（snRNA）。hnRNA是mRNA的前體；snRNA參與hnRNA的剪接（一種加工過(guò)程）。自1965年酵母β-氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的堿基序列確定以后，RNA序列測(cè)定方法不斷得到改進(jìn)。除多種tRNA、5SrRNA、5.8SrRNA等較小的RNA外，尚有一些病毒RNA、mRNA及較大RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定已完成，如噬菌體MS2RNA含3569個(gè)核苷酸。
干擾機(jī)制
1990年，曾有科學(xué)家給矮牽牛花插入一種催生紅色素的基因，希望能夠讓花朵更鮮艷。但意想不到的事發(fā)生了：矮牽牛花完全褪色，花瓣變成了白色！科學(xué)界對(duì)此感到極度困惑。
類似的謎團(tuán)，直到美國(guó)科學(xué)家安德魯·法爾和克雷格·梅洛發(fā)現(xiàn)核糖核酸RNA（核糖核酸）干擾機(jī)制才得到科學(xué)的解釋。兩位科學(xué)家也正是因?yàn)?998年做出的這一發(fā)現(xiàn)而榮獲2006年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
上世紀(jì)八十年代，托馬斯.R.切赫博士在研究RNA的成熟體結(jié)構(gòu)中，發(fā)現(xiàn)了可以自我拼接的RNA催化作用（核糖核苷酸酶），并依此榮獲1989年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。經(jīng)過(guò)多年的深度研究，切赫博士在DNA基因遺傳過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了有趣的mRNA（信使RNA）和轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（轉(zhuǎn)運(yùn)RNA），從而揭開了遺傳基因?qū)е?a href="/hebeideji/4251675820109199490.html">出生缺陷、大腦發(fā)育、營(yíng)養(yǎng)吸收、細(xì)胞變異以及健康長(zhǎng)壽等一系列人類生命密碼的神秘面紗。
mRNA（信使RNA）人類的遺傳信息主要貯存于脫氧核糖核酸的堿基序列中，不過(guò)DNA并不直接決定蛋白質(zhì)的合成。而在真核生物中，DNA主要貯存于細(xì)胞核中的染色體上，而蛋白質(zhì)的合成場(chǎng)所存在于細(xì)胞質(zhì)中的核糖體上，因此需要有一種中介物質(zhì)，才能把DNA上控制蛋白質(zhì)合成的遺傳信息傳遞給核糖體。切赫博士把這種起著傳遞遺傳信息作用的特殊RNA。稱為信使RNA(messenger RNA，mRNA）。
簡(jiǎn)單的說(shuō)，mRNA就是為了完成基因表達(dá)過(guò)程中的遺傳信息傳遞。
令人遺憾的是，在遺傳轉(zhuǎn)錄形成的過(guò)程中，僅有25%序列經(jīng)加工成為mRNA，其余的均呈現(xiàn)非編碼序列的前體mRNA形式，這些形式的mRNA在分子大小上差別很大，是導(dǎo)致出生缺陷、大腦發(fā)育、營(yíng)養(yǎng)吸收、細(xì)胞變異以及健康長(zhǎng)壽等一系列問題的基因遺傳因素的關(guān)鍵所在。
切赫博士歷經(jīng)20年升華鉆研，成果破譯了mRNA編碼序列信息奧秘，通過(guò)特殊的生物干預(yù)手段，優(yōu)化mRNA的序列加工，篩查和剔除基因排列誘發(fā)基因和細(xì)胞突變的序列，不僅確保mRNA的序列加工的有效與增強(qiáng)，而且從根本上避免不良基因傳遞或傳遞序列問題引發(fā)細(xì)胞突變等一系列遺傳問題的發(fā)生。
mRNA編碼序列信息的成果破譯，奠定了OMG配方鹽技術(shù)的可行性基礎(chǔ)。
法爾和梅洛的發(fā)現(xiàn)科學(xué)家在矮牽牛花實(shí)驗(yàn)中所觀察到的奇怪現(xiàn)象，其實(shí)是因?yàn)樯矬w內(nèi)某種特定基因“沉默”了。導(dǎo)致基因“沉默”的機(jī)制就是RNA干擾機(jī)制。
此前，RNA分子只是被當(dāng)作從脫氧核糖核酸（脫氧核糖核酸）到蛋白質(zhì)的“中間人”、將遺傳信息從“藍(lán)圖”傳到“工人”手中的“信使”。但法爾和梅洛的研究讓人們認(rèn)識(shí)到，RNA作用不可小視，它可以使特定基因開啟、關(guān)閉、更活躍或更不活躍，從而影響生物的體型和發(fā)育等。
諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)在評(píng)價(jià)法爾和梅洛的研究成果時(shí)說(shuō)：“他們的發(fā)現(xiàn)能解釋許多令人困惑、相互矛盾的實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果，并揭示了控制遺傳信息流動(dòng)的自然機(jī)制。這開啟了一個(gè)新的研究領(lǐng)域。”
siRNA的作用原理
RNA干涉（RNAi）在實(shí)驗(yàn)室中是一種強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)工具，利用具有同源性的雙鏈RNA（dsRNA）誘導(dǎo)序列特異的目標(biāo)基因的沉寂，迅速阻斷基因活性。siRNA在RNA沉寂通道中起中心作用，是對(duì)特定信使RNA（mRNA）進(jìn)行降解的指導(dǎo)要素。siRNA是RNAi途徑中的中間產(chǎn)物，是RNAi發(fā)揮效應(yīng)所必需的因子。siRNA的形成主要由Dicer和Rde-1調(diào)控完成。由于RNA病毒入侵、轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)錄、基因組中反向重復(fù)序列轉(zhuǎn)錄等原因，細(xì)胞中出現(xiàn)了dsRNA，Rde-1(RNAi缺陷基因-1）編碼的蛋白質(zhì)識(shí)別外源dsRNA，當(dāng)dsRNA達(dá)到一定量的時(shí)候，Rde-1引導(dǎo)dsRNA與Rde-1編碼的Dicer（Dicer是一種RNaseIII活性核酸內(nèi)切酶，具有四個(gè)結(jié)構(gòu)域：Argonaute家族的PAZ結(jié)構(gòu)域，III型RNA酶活性區(qū)域，dsRNA結(jié)合區(qū)域以及DEAH/DEXHRNA解旋酶活性區(qū)）結(jié)合，形成酶-dsRNA復(fù)合體。在Dicer酶的作用下，細(xì)胞中的單鏈靶mRNA（與dsRNA具有同源序列）與dsRNA的正義鏈互換，原來(lái)dsRNA中的正義鏈被mRNA代替而從酶-dsRNA復(fù)合物中釋放出來(lái)，然后，在ATP的參與下，細(xì)胞中存在的一種RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體RNA-induced silencing complex（RISC，由核酸內(nèi)切酶、外切酶、解旋酶等構(gòu)成，作用是對(duì)靶mRNA進(jìn)行識(shí)別和切割）利用結(jié)合在其上的核酸內(nèi)切酶的活性來(lái)切割dsRNA上處于原來(lái)正義鏈位置的靶mRNA分子中與dsRNA反義鏈互補(bǔ)的區(qū)域，形成21-23nt的dsRNA小片段，這些小片段即為siRNA。RNAi干涉的關(guān)鍵步驟是組裝RISC和合成介導(dǎo)特異性反應(yīng)的siRNA蛋白。siRNA并入RISC中，然后與靶標(biāo)基因編碼區(qū)或UTR區(qū)完全配對(duì)，降解靶標(biāo)基因，因此說(shuō)siRNA只降解與其序列互補(bǔ)配對(duì)的mRNA。其調(diào)控的機(jī)制是通過(guò)互補(bǔ)配對(duì)而沉默相應(yīng)靶位基因的表達(dá)，所以是一種典型的負(fù)調(diào)控機(jī)制。siRNA識(shí)別靶序列是有高度特異性的，因?yàn)榻到馐紫仍谙鄬?duì)于siRNA來(lái)說(shuō)的中央位置發(fā)生，所以這些中央的堿基位點(diǎn)就顯得極為重要，一旦發(fā)生錯(cuò)配就會(huì)嚴(yán)重抑制RNAi的效應(yīng)。
RNA干擾技術(shù)的前景
RNA干擾技術(shù)不僅是研究基因功能的一種強(qiáng)大工具，不久的未來(lái)，這種技術(shù)也許能用來(lái)直接從源頭上讓致病基因“沉默”，以治療癌癥甚至艾滋病，在農(nóng)業(yè)上也將大有可為。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，“沉默”真的是金。美國(guó)哈佛醫(yī)學(xué)院研究人員已用動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，利用RNA干擾技術(shù)可治愈實(shí)驗(yàn)鼠的肝炎。
盡管尚有一些難題阻礙著RNA干擾技術(shù)的發(fā)展，但科學(xué)界普遍對(duì)這一新興的生物工程技術(shù)寄予厚望。這也是諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)為什么不堅(jiān)持研究成果要經(jīng)過(guò)數(shù)十年實(shí)踐驗(yàn)證的“慣例”，而破格為法爾和梅洛頒獎(jiǎng)的原因之一。
諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)主席戈蘭·漢松說(shuō)：“我們?yōu)橐环N基本機(jī)制的發(fā)現(xiàn)頒獎(jiǎng)。這種機(jī)制已被全世界的科學(xué)家證明是正確的，是給它發(fā)個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)的時(shí)候了。”
轉(zhuǎn)錄
轉(zhuǎn)錄是指脫氧核糖核酸的雙鏈解開，使RNA聚合酶可依照DNA上的堿基序列合成相對(duì)應(yīng)之信使RNA(mRNA）的過(guò)程.在人體需要酵素或是蛋白質(zhì)時(shí)，都會(huì)需要進(jìn)行此過(guò)程，才能借由信使mRNA，將密碼子帶出核模外.好讓核糖體進(jìn)一步的利用信使RNA(mRNA）來(lái)翻譯，合成所需之蛋白質(zhì)?DNA的堿基有A（6-氨基嘌呤）、G（鳥嘌呤）、C（胞嘧啶）、T（胸腺嘧啶），而RNA之堿基無(wú)T（胸腺嘧啶），取而代之的是U（尿嘧啶），也就是有A（腺嘌呤）、G（鳥嘌呤）、C（胞嘧啶）、U（尿嘧啶）.在脫氧核糖核酸中，A與T以兩條氫鍵連結(jié)，G與C以三條氫鍵連結(jié)，但RNA只有U而無(wú)T，所以在轉(zhuǎn)錄時(shí)DNA上的若是A，mRNA就會(huì)是U，也就是取代原本T的位置?如下圖所示，右邊DNA的一股堿基序列若為‘AAACCG’，而左方的DNA因聯(lián)會(huì)而就會(huì)成‘TTTGGC’，但因RNA無(wú)T這個(gè)堿基，只有U，因此合成出來(lái)的mRNA對(duì)應(yīng)之序列就為‘UUUGGC’因?yàn)镈NA太大，無(wú)法出入核膜（細(xì)胞核的膜），所以才需要有mRNA的出現(xiàn)，讓mRNA可穿過(guò)核孔（核膜上的孔洞）到達(dá)細(xì)胞質(zhì)進(jìn)行翻譯（核糖體合成蛋白質(zhì)的過(guò)程），因此，轉(zhuǎn)錄對(duì)不管是人類還是動(dòng)物甚至是細(xì)菌都是不可或缺的重要反應(yīng)。
翻譯
游離在細(xì)胞質(zhì)中的各種氨基酸，就以mRNA為模版合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)，這一過(guò)程叫翻譯。
首先氨基酸與轉(zhuǎn)運(yùn)RNA結(jié)合生成氨-tRNA
然后是多肽鏈的起始:mRNA從核到胞質(zhì)，在起始因子和Mg的作用下，小亞基與mRNA的起始部位結(jié)合，甲硫氨酰(甲硫氨酸)—tRNA的反密碼子，識(shí)別mRNA上的起始密碼AuG(mRNA)互補(bǔ)結(jié)合，接著大亞基也結(jié)合上去，核糖體上一次可容納二個(gè)密碼子。（原核生物中為甲酰甲硫氨酰）
再是多肽鏈的延長(zhǎng)：第二個(gè)密碼對(duì)應(yīng)的氨酰基—tRNA進(jìn)入核糖體的A位，也稱受位，密碼與反密碼的氫鍵，互補(bǔ)結(jié)合。在大亞基上的多肽鏈轉(zhuǎn)移酶(轉(zhuǎn)肽酶)作用下，供位(P位)的轉(zhuǎn)運(yùn)RNA攜帶的氨基酸轉(zhuǎn)移到A位的氨基酸后并與之形成肽鍵(—CO-NH—),tRNA脫離P位并離開P位，重新進(jìn)入胞質(zhì)，同時(shí)，核糖體沿mRNA往前移動(dòng)，新的密碼又處于核糖體的A位，與之對(duì)應(yīng)的新氨基酰-tRNA又入A位，轉(zhuǎn)肽鍵把二肽掛于此氨基酸后形成三肽，ribosome又往前移動(dòng)，由此漸進(jìn)漸進(jìn)，如此反復(fù)循環(huán)，就使mRNA上的核苷酸順序轉(zhuǎn)變?yōu)榘被岬呐帕许樞颉?/p>
最后是多肽鏈的終止與釋放：肽鏈的延長(zhǎng)不是無(wú)限止的。當(dāng)mRNA上出現(xiàn)終止密碼時(shí)(UGA、U氨基酸和UGA)，就無(wú)對(duì)應(yīng)的氨基酸運(yùn)入核糖體，肽鏈的合成停止，而被終止因子識(shí)別，進(jìn)入A位，抑制轉(zhuǎn)肽酶作用，使多肽鏈與轉(zhuǎn)運(yùn)RNA之間水解脫下，順著大亞基中央管全部釋放出，離開核糖體。同時(shí)大小亞基與mRNA分離，可再與mRNA起始密碼處結(jié)合，也可游離于胞質(zhì)中或被降解，mRNA也可被降解。
自身調(diào)控
2013年5月新一期《科學(xué)》雜志上報(bào)告說(shuō)，英國(guó)約翰·英尼斯中心的研究人員發(fā)現(xiàn)的這種核糖核酸名為COOLAIR，是一種反義長(zhǎng)鏈非編碼核糖核酸。研究人員以模式植物擬南芥作為研究對(duì)象，通過(guò)遺傳篩選和基因克隆等手段，發(fā)現(xiàn)COOLAIR受到一種叫做R環(huán)的特殊結(jié)構(gòu)的影響。R環(huán)是由一條脫氧核糖核酸（DNA）與核糖核酸雜合鏈以及一條單鏈DNA所形成的特殊基因組結(jié)構(gòu)，一般在基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄核糖核酸時(shí)可以形成瞬時(shí)的R環(huán)，但很快會(huì)被去除。而他們觀察發(fā)現(xiàn)，R環(huán)能夠通過(guò)抑制COOLAIR發(fā)揮作用，從而讓擬南芥提前開花。
研發(fā)
2021年5月，中科院發(fā)現(xiàn)基因魔剪新系統(tǒng)，被廣泛地應(yīng)用于RNA敲低、RNA單堿基編輯、RNA定點(diǎn)修飾、RNA活細(xì)胞示蹤以及核酸檢測(cè)領(lǐng)域。
功能
mRNA
mRNA含A、U、G、C四種核苷酸，每三個(gè)相聯(lián)而成一個(gè)三聯(lián)體，即密碼，代表一個(gè)氨基酸的信息，故按數(shù)學(xué)中排列組合法則計(jì)算，可形成43=64個(gè)不同的密碼。
64個(gè)密碼中，61個(gè)密碼分別代表各種氨基酸。每種氨基酸少的只有一個(gè)密碼，多的可有6個(gè)，但以2個(gè)及4個(gè)的居多數(shù)。此外，UAA、UAG、UGA這三個(gè)密碼是肽鏈合成的終止信號(hào)，不代表任何氨基酸。在真核生物中，AUG既是甲硫氨酸的密碼，又是肽鏈合成的起始信號(hào)；而在原核生物中，GUG（在真核生物中是氨酸的密碼）和AUG樣，都是甲酰甲硫氨酸的密碼和肽鏈合成的起始相號(hào)。可見，除GUG外，所有的密碼從細(xì)菌到高等生物都能適用，這一點(diǎn)為生物的共同起源學(xué)說(shuō)提供了有力的佐證。
必須指出：⑨在mRNA整個(gè)分子中，從起始信號(hào)直至終止信號(hào)，其密碼的三聯(lián)體是連續(xù)的，密碼與密碼之間沒有間隔的核苷酸；②起始信號(hào)AUG并非是mRNA的起始（5′端），而可以和5′端間隔若干個(gè)核苷酸；而且終止信號(hào)也不在mRNA的3′端。
tRNA
作為“搬運(yùn)工具”的轉(zhuǎn)運(yùn)RNA有很多種，體內(nèi)20種氨基酸都有其自已特有的tRNA，所以，tRNA的種類不少于20種。tRNA在ATP供應(yīng)能量和酶的作用下，可分別與特定的氨基酸結(jié)合。每個(gè)tRNA都有一個(gè)由三個(gè)核苷酸編成的“反密碼”。這個(gè)反密碼可以根據(jù)堿基配對(duì)的原則與mRNA上對(duì)應(yīng)的密碼配對(duì)，而且只有當(dāng)反密碼與mRNA上的密碼相對(duì)應(yīng)時(shí)才能配合，否則就“格格不入”。所以在翻譯時(shí)，帶著不同氨基酸的各個(gè)tRNA就能準(zhǔn)確地在mRNA分子上“對(duì)號(hào)入座”，依次與典密碼相合，這就保證了氨基酸能排列成一定的順序。
轉(zhuǎn)運(yùn)RNA上的反密碼當(dāng)然應(yīng)能識(shí)別mRNA上相應(yīng)的、互補(bǔ)的密碼，并與之配對(duì)。然而用提純的tRNA來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)一種tRNA能夠識(shí)別幾種密碼。例如，丙氨酸t(yī)RNA，其反密碼為IGC（5′>3′），可以識(shí)別三種密碼。
rRNA
rRNA與多種蛋白質(zhì)分子共同構(gòu)成核蛋白體。核蛋白體相當(dāng)于“裝配機(jī)”，能促使tRNA所攜帶的氨基酰基縮合成肽。核蛋白體附著在mRNA上，并沿著mRNA長(zhǎng)鏈的起始信號(hào)向終止信號(hào)移動(dòng)。至于rRNA在蛋白質(zhì)生物合成中的具體作用還不清楚。
參考資料 >
中科院發(fā)現(xiàn)基因魔剪新系統(tǒng)，有望助力RNA基因治療_綠政公署_澎湃新聞-The Paper.綠政公署_澎湃新聞-The Paper.2021-05-04