RNA：世界遗传物质

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简介

核糖核酸（RNA）是另一种存在于生物体内的遗传物质。它是由核苷酸组成的单链聚合物。每个核苷酸包含一个核糖糖基部分、一个氮碱基和一个磷酸基团。氮碱基包括腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶，它们通过糖苷键连接到糖上，RNA的主链由磷酸二酯键构成，类似于DNA。虽然它是一种单链结构，但它可以自身折叠，在内部显示互补碱基配对，并形成三维结构。

RNA 的类型

主要有三种类型的 RNA：

• mRNA - 称为信使 RNA，是一种没有折叠的直链 RNA 分子。它占细胞总 RNA 的 5-7%。它包含两个 3' 和 5' 端。mRNA 包含一个三联体密码子，该密码子与 DNA 序列互补。它是一种编码 RNA，编码氨基酸。

• tRNA - 称为转移 RNA 或适配器 RNA。它是一种非编码 RNA，在翻译过程中需要。tRNA 解码 mRNA 的信息并将合适的氨基酸连接到它上面。tRNA 占细胞总 RNA 的 10-20%。它是所有 RNA 中最小的，由 73-93 个核苷酸组成。有两种 tRNA 模型 -

• 发夹模型（由 Hoagland 提出）

• 三叶草模型（由 Holley 提出）

• rRNA - 称为核糖体 RNA。它是一种非编码 RNA，有助于连接大和小的核糖体亚基。这种 RNA 占细胞总 RNA 的 80%。它们在核仁中被转录。

结构

成熟的 mRNA 由以下部分组成：

• 编码序列 - 它是一串核苷酸，与 DNA 序列互补，由编码特定氨基酸的三联体密码子组成。这被称为遗传密码。5' 端的密码子是起始密码子，包含 AUG，编码甲硫氨酸。3' 端的密码子是终止密码子，即 UAA、UAG、UGA。

• 5' 帽子 - 这是 7 甲基鸟苷帽，通过 5'-5' 三磷酸键连接添加。它被称为 5' 甲基化，对于稳定 mRNA 并保护它免受核酸外切酶的活性至关重要。它有助于核糖体检测 mRNA。

• 3' 多聚 A 尾巴 - 在 3' 端连接 20-50 个腺嘌呤残基的尾巴，称为多腺苷酸化。这条尾巴有助于 mRNA 从细胞核移动到细胞质，防止 mRNA 受核酸外切酶的攻击，并有助于翻译过程。

tRNA

tRNA三叶草模型的 tRNA 由以下部分组成：

• 反密码子环 - 它与 mRNA 序列互补，检测密码子并带来正确的氨基酸。

• T 环 - 此臂包含修饰的碱基，称为胸腺嘧啶、假尿嘧啶和胞嘧啶残基。此环有助于 tRNA 与核糖体之间的相互作用。

• D 环 - 它包含二氢尿嘧啶，由 4-6 个碱基对组成。它有助于维持 tRNA 结构的稳定性，还有助于准确翻译。

• 受体端 - 称为氨基酸连接位点，负责连接相应的反密码子存在的特定氨基酸。

• 可变臂 - 它位于 T 臂和反密码子臂之间，有助于氨酰 tRNA 合成酶的检测。

rRNA

在原核生物中

• 核糖体大亚基 - 50 S 亚基，由 5 S 和 23 S rRNA 组成。5 S rRNA 是一个 120 个核苷酸的短序列。23 S rRNA 由 3000 个核苷酸组成。

• 核糖体小亚基 - 30 S 亚基，由 16 S rRNA 组成，长度为 1500 个核苷酸。

在真核生物中

• 核糖体大亚基 - 它是 60 S 亚基，由 5 S、28 S 和 5.8 S rRNA 组成。5 S 和 5.8 S rRNA 的长度小于 200 个核苷酸。28 S rRNA 的长度超过 5 千碱基。

• 核糖体小亚基 - 它是 40 S 亚基，由 18 S rRNA 组成，长度接近 2 千碱基。

RNA 的功能

mRNA

• 它编码来自 DNA 用于蛋白质合成的信息。

tRNA-

• 它能够读取 mRNA 用于蛋白质合成的指令。

• 它将正确的氨基酸带到核糖体进行蛋白质合成。

• 有助于在氨基酸之间形成肽键。

rRNA-

• 它有助于连接和维持两个核糖体亚基的稳定性。

• 它附着在 mRNA 和 tRNA 上，使它们保持在正确的翻译位置。

• 形成用于氨酰基、肽酰基和出口位点的特殊螺旋和环。

• 需要在翻译的起始、延伸和终止过程中。

• 它有助于核糖体附着在 mRNA 上。

RNA 和 DNA 的区别

DNA	RNA
脱氧核糖核酸。	核糖核酸。
包含 4 个氧原子。	包含 5 个氧原子。
它包含胸腺嘧啶作为氮碱基。	它包含尿嘧啶作为氮碱基。
真核生物和原核生物的遗传物质。	大多数病毒的遗传物质。
双链结构。	单链结构。
存在于细胞核中。	存在于细胞核和细胞质中。
它们寿命很长。	它们寿命很短。
它们非常稳定，不易发生突变。	它们不稳定，容易发生许多突变。
它传递遗传信息。	它需要在蛋白质合成过程中。
它是自我复制的。	它需要模板来复制。

结论

RNA 是一种重要的核酸，需要执行细胞的许多重要活动。它们寿命很短，性质非常特殊。它们有多种类型，例如 mRNA、tRNA 和 rRNA。它们是完成生命中心法则（即 DNA - 转录 $\mathrm{\rightarrow}$ RNA - 翻译 $\mathrm{\rightarrow}$ 蛋白质）的最重要组成部分。如果没有 RNA，所有生物都可能停止存在。

常见问题

Q1. 什么是转录？

答：转录是将遗传信息从 DNA 转移到 RNA 的过程。在此过程中，形成 mRNA，它是将蛋白质形成信息传递到核糖体的信使。

Q2. 翻译的过程是什么？

答：翻译是将 mRNA 上可用的信息翻译成多肽链的过程。核糖体是蛋白质合成的场所。它需要氨酰 tRNA 合成酶、肽酰转移酶以及各种其他起始、延伸和终止因子。

Q3. 什么是剪接？

答：前 mRNA 包含外显子（编码区）和内含子（非编码区）。去除内含子的过程称为剪接。剪接可以由剪接体催化，剪接体是称为 snRNPs 的小核核糖核蛋白，也可以由自我剪接内含子催化。

Q4. 原核 mRNA 和真核 mRNA 的区别

答：

原核 mRNA	真核 mRNA
在细胞质中形成。	在细胞核中形成。
它是多顺反子的，编码多种蛋白质。	它是单顺反子的，编码一种蛋白质。
不太稳定。	更稳定。
不包含帽子和尾巴。	包含 5' 帽子和 3' 尾巴。
核糖体通过 Shine-Dalgarno 序列检测 mRNA。	核糖体通过 5' 帽子检测 mRNA。