1、DNA 是遗传信息的主要载体，生物体的生理功能主要由蛋白质来执行。在 DNA 和蛋白质之间，RNA 起着中介作用。与 DNA 相比，RNA 种类较多，分子量相对较小，在遗传信息表达和调控过程中各类 RNA 分别发挥作用。这是我们对 PdJA 的基本知识。随着研究的深入，人们发现牛物体内 RNA 的种类和功能已远远超出从前对它的认识，不仅仅是在基因表达时作为中介那样简单，它在生命活动的各个方面和生物进化过程中起着相当重要的作用。现从生物体内 RNA 的种类和功能两个方面作一概述。一、生物体内 RNA 的种类目前看来，生物体内有 13 个种类的 RNA：(1)信使 RNA(mRNA)，携带从 DN
2、A 转录来的遗传信息。(2)转运 RNA(tRNA)，负责蛋白质合成时氨基酸的转运。(3)核糖体RNA(rRNA)，在核糖体巾起装配和催化作用。(4)具有催化作用的 RNA，即核酶(rihozyme)和其它 RNA 自我催化分子?(5)基因组 RNA(genome RNA)，指一些病毒以 RNA 为遗传物质。(6)指导A(撕 de RNA)，是指导 RNA 编辑的小 RNA 分子。(7)rnRA 样非编码 RNA，其转录和加工方式同 mRNA，但不翻译为蛋白质。已知这类 RIgA 有 20 多种，例如人的xJstlLNA 和 X 染色体的 XIST 结合，使此 X 染色体失去转录活性。 ，(8
3、)tmRNA，本身既是tRNA 又是 mLNA，翻译时一身二任。如大肠杆菌中的 10Sa RNA。(9) 小胞质RNA(s【 Ilall cytoplasmic RNA，scRNA)，存在于细胞质中的小 RNA 分子。如信号识别颗粒(咄 11al recognition panicle，SLIP)组分中含有的 7S RNA。(10)小核心 A(slall nuclearRNA，snRNA) ，是剪接体的组分。 (11)核仁小 RNA(small nueleolar RNA，snoRNA)，参与 rRNA 的加工。(12)端粒酶 RINA，是真核生物端粒复制的模板。(13) 反义RNA(anti
4、serae RNA)，可通过与靶位序列互补而与之结合的 RNA，或直接阻止靶序列功能，或改变靶部位构象而影响其功能。另外，在 DNA 复制过程中的引物也是 RNA，因其不单独存在并很快降解，未将其作为一类。 ，二、生物体内 RNA 的功能迄今为止发现的 RNA 的功能可以归纳为以下几个方面。1RNA 作为病毒基因组在有些病毒巾不含 DNA，而是以 RNA 作为遗传信息的携带者。RNA 病毒的种类很多，单链 RNA 病毒(含有正链或负链 RNA)，双链 RNA 病毒( 含有正链和负链 RNA)，能通过复制合成出与自身相同的分子，并产生子代。不同的 RNA 病毒复制方式也不相同。逆转录病毒以 RN
5、A 为模板，按照 RNA 中的核苷酸顺序合成 DNA，在整合酶帮助下可整合到宿主 DNA 内，成为前病毒，可随宿主染色体 DNA 一起复制和转录。这类病毒侵染细胞后并不立即引起细胞死亡，却可以使细胞发生恶性转化，能使鸟类和哺乳类等动物患白血病或产生肉瘤或其它肿瘤。以 RNA 为基因组有其固有的弱点。胞嘧啶 C 经氧化脱氨就成为尿嘧啶 U，与原来的【J 将无法区分，遗传物质的稳定性维持困难。迄今已知的 RNA 生物都是基因组小，结构简单的生物。DNA 基因组有 T 无 U，即使发生 cu，尿嘧啶 DNA 糖苷酶可以灵敏地识别 DNA 中的 U 而随时将其剔除，基因组保持稳定，可以犬幅度扩增，生物
6、体结构得以进化到高级、复杂的程度”。所以，随着生物的进化发生 RNA 基因组向DNA 基凶组的转变是必然的。2 RNA 在蛋白质生物合成中起重要作用蛋白质生物合成是生物体最重要也是最复杂的代谢过程，mRNA 起信使和模扳的作用，tRNA 起转运氨基酸和信息转换的作用，rRNA 起核糖体装配和催化的作用。研究表明，催化肽键形成的肽基转移酶活性由大亚基 rRNA 所承担，打破了以往认为 rRNA 在核糖体中只起装配支架作用的看法。三类 RNA 密切配合，在许多蛋白质因子参与下共同完成这一过程。3 RNA 参与转录后加工、编辑和修饰RNA 转录后加工、编辑和修饰依赖于各类小 RNA 和其蛋白质复合物
7、。在 MINA 前体的加工过程中，要形成剪接体以除去内含予。stffNA 有 U 、U2、U4 、U、U6 五种(u3 参与 rRNA 前体加工)每种 snRNA 分别和 59 种蛋白质结合成小核糖核蛋白(sflnNP) 。由$nRNP 组装成的剪接体可对 mRNA 前体的内含子进行正确的剪接。RNA 编辑是转录后通过断裂和再莲接反应插入或删除若干核苷酸，或通过酶促脱氨和氨基化反应改变碱基，因而改变模板 DNA 的编码信息。有些生物线粒体 mRNA 的编辑受指导础 A 的指导，指导RNA 长 5070 个核苷酸，5 端有一段长十几个核苷酸的锚定区，和 mRNA 前体互补配对，3端是寡聚 U 尾
8、，可以和 nfllNA 前体编辑位点上游富含嘌呤的区域配对，保持两者相互联系，提高编辑效率。编辑由 mRNA 前体的 3端向 5端进行，数种指导 RNA 溯流而上，或各指导 RNA 各管一段分别编辑。mRNA 前体分子上遇到和指导 PENA 上的 A 或G 不能配对的空缺，则在 mRNA 前体 l 二添加 U，二者互补配对多余的 U 则删去，以求和指导 RNA 互补。有人认为 RNA 编辑与剪接过程类似，可能电需要在被编辑的 mRNA 分子上由指导 RNA 和蛋白质装配成编辑体来完成编辑过程 01。snoRNA 与 rRNA 前体的加工有关，奇特的是 snoRNA 不是由其单独的基困所编码，而
9、是由蛋白质基因切除的内含子片断加工而成。有些 snoRNA 与 rRNA 有区段性序列互补，可与 rRNA 前体共沉淀。失去或钝化某种 snoRNA，则 rRNA 前体不能加工为成熟的 rRNA。另外，rRNA 中的碱基修饰包括甲基化、假尿嘧啶化都要由 snoRNA 参加完成，这种修饰可能与 rRNA 折霍和核蛋白的结台有关。4 RNA 具有重要的催化功能和其它持家功能20 世纪 so 年代初由 Cech 和 Altrr 脚)首先发现 RNA 具有催化功能，随后陆续发现一些 RNA 分子在复制和转录后加工中具有酶活性。现在已知的核酶多数催化分子内反应，它们是 RNA 合成后加工的一种方式，包括
10、自我切割、自我剪接、自我环化等，如 I 型和型内含子的去除。催化分了间反应的核酶通常都与蛋白质结合，形成核糖核蛋白复合体，如 RNasePl 4 n 一葡萄糖分支酶、马铃薯邻苯二酚氧化酶等，从这些复合物中分离 fJ_j的 RNA，有些单独即具有催化活性。另外，核糖体、剪接体也可以看成是核糖核蛋白复合体。充分表明生物体存在多种 RNA 催化方式。持家功能足指细胞的基本功能，前面已介绍一些内容，这里再说一下 RNA 与染色体的关系。在原核和真核生物中 RNA 参与染色体结构组成或装配。真核生物线性染色体的两个末端具有端粒，能稳定染色体末端结构，防止染色体问末端连接，并可补偿滞后链 5末端在消除 R
11、NA 引物后造成的空缺。染色体复制时由端粒酶外加重复单位到 5末端上，维持端粒一定长度，但体细胞随着分化而逐渐失去端粒酶活性，原因是编码催化亚基的基因表达受到阻遏。细胞继续分裂将使端粒不断缩短，短到一定程度即引起细胞生长停止或凋亡。生殖细胞中由于端粒酶的存在，端粒一直保持着定的长度。端粒酶是一种含 RNA 的逆转录酶，也是一种 RNA 复台体，它以所含 RNA 为模板合成 DNA。RNA 模板的 5 7 末端识别 DNA 的 3 7 末端碱基并相互配对，以 RNA 为模板使 DNA 链延伸，合成一个重复单位酶向前移动一个单位。端粒的 3单链末端也可回折作为引物合成其互补链，从而保证在 DNA
12、半保留复制后，前导链 5RNA引物被切除后不会导致整个染色体 DNA 末端出现缩短的结果。5RNA 对基因表达和细胞功能具有重要调节作用反义 RNA 可以通过互补序列与特定的靶序列结合，结合位置包括 mRNA 结合核糖体的 sD 序列和起始密码子 AUG，从而抑制 ndNA 的翻译。 RNA 干扰是由双链 RNA 介导的从而引起特异 nffINA 的降解，抑制有关基因的表达的现象。这两种基冈表达的凋节方式不仅有重大的理论意义，而且有广阔的应用前景。有的科学家试图将反义 RNA 的基因引入家畜和农作物以获得抗病毒的新品种，或利用反义 RNA 抑制有害基因( 如癌基因)的表达。用 RNA 干扰技术
13、同样可以抑制特异基因的表达，但在进行转基因研究时，考虑的则是如何抑制细胞内 RNA 干扰了。大肠杆菌基因组编码数种小分子 RNA，其中 10S RNA 条带由两种大小相同而结构功能迥然不同的 lOsa 和 10Sb RNA 组成。 10Sa RNA 共 363 个核苷酸，其结构很像 tRNA，3端携带有丙氨酸，当大肠杆菌一些缺陷蛋白质的翻译到达 C 端时，核糖体的 P 位被 10SaRNA 占据，把丙氨酸加在新生肽的生长点 E，核糖体转而把 10Sa RNA 作为 mRNA 继续翻译，泽出一个 10 肽，到达 m 而终【L，成为具有 11 个氨基酸残基的标签肽，该标签肽即成为蛋白酶的攻击目标，
14、消除丁潜在的 有害多肽产物。10SaRNA 因为兼有 tRNA 和 mRNA 的功能，称为 nnRNA。另外，紫细菌 d 亚群等 20 种亲缘关系较远的真细菌和某些叶绿体都有 tmRNA，到目前为止，在古细菌、各种真核生物和线粒体中尚未发现 taffLNA。细胞中需要运输的蛋白质(运往分泌小泡、高尔基体、溶酶体、质膜等) 在合成时都含有一段氨基酸序列，称为信号肽，其位置可以在新生肽的 N 端，也可位于多肽链的中部，功能都是引导多肽至不同的转运系统。识别信号肽的足核蛋白体 SRP，由一分子 7S RNA和 6 个不同的多肽分子组成。SRP 可识别新生肽链的信号肽部分并与之结合，引导此肽链至内质网
15、膜上与 SlIP 受体结合(SRP 受体对 7SRNA 有识别能力)，肽链继续合成，并进人内质网作进一步加丁。SRP 被释放到胞质中可循环使用。6RNA 在生物进化中起重要作用核酶可以自身切割、剪接，切割其它 RNA，合成肽键。体外实验中，合成的 RNA 分子已被汪凹可以进行其它相关的生物反应，例如可以合成核糖核苷酸，合成 RNA 分子，将 RNA 结台的一个氨基酸转移到另一个氨基酸上形成二肽，其方式与 tRNA 的作用相似=： RNA 既是信息分子又是功能分子，表明最初的生化系统可能是以 RNA 为核心的。但是折叠多肽的天然柔韧性与 RNA 碱基配对的较大的刚性相比较，显然蛋白质的催化更有效
16、。由 RNA 催化向蛋白质催化的转变要求 RNA 功能的根本变化，原 RNA 基因组不再直接负责生化反应，而成为编码分子，其主要功能是特化催化蛋白质的结构。目前还不清楚编码分子是由核酶转化来的，还是由核酶催化产生的。结果都是 RNA 原基幽组失去它们擅长的酶的功能，而选择了它们并不非常适合的编码功能，这种不适合来自 2 一 OH 基团间接作用引起的 RNA 磷酸二酯键的相对不稳定性。因此，编码功能向更稳定的 DNA 分子转移几乎是不可避免的，也不是难以实现的。核糖核苷酸还原产生的脱氧核糖核苷酸通过反转录酶催化的反应被多聚化，掺人到 RNA 原基因组的拷贝中。尿嘧啶被其甲基化衍生物胸腺嘧啶取代，
17、使 DNA 多核苷酸更加稳定，而将 DNA 双链作为编码分子使 DNA 分子进一步稳定，因其具有通过拷贝互补链来修补 DNA 损伤的可能性。根据这种推测，最初的DNA 基因组由许多分散的分子组成，每一分子确定种蛋白，每个 DNA 相当于一个单独的基因。这些基因连接到一起形成最利的染色体(可能发生在原基因组向 DNA 转变之前或之后) ，促进了细胞分裂时基因分配的效率，冈为组织些大的染色体平均分配要比平均分配许多分散的基因容易得多” 。人们对许多基因如何连接到起提 m 厂若干种水同的机制，庄此就不详述了。在这些探讨的基础上，一个由 RNA 世界到 RNA 蛋白质世界，由 RNA 蛋白质 f【|= 界到 DNA 世界的进化图景，已经被科学界 J泛接受。
