什么是茎环或发夹环，它们为什么形成？

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介绍

茎环或发夹环是核酸（特别是 RNA 分子）中发现的基本结构元件。它们是由同一链内互补核苷酸之间的碱基配对形成的，导致形成双链茎和环状区域。茎环具有多种生物学功能，包括基因表达调控、蛋白质结合和 RNA 稳定性。

本文探讨了茎环形成的机制及其在生物过程中的意义。

茎环形成

• RNA 分子中茎环的形成主要是由于同一链内核苷酸之间的互补碱基配对。

• RNA 分子包含四种类型的核苷酸，即腺嘌呤 (A)、鸟嘌呤 (G)、胞嘧啶 (C) 和尿嘧啶 (U)。

• 腺嘌呤和尿嘧啶是互补的，鸟嘌呤和胞嘧啶也是互补的。

• 因此，如果 RNA 序列在同一链内包含互补的核苷酸，则它们可以配对形成双链茎和环状区域。

• 茎环形成的过程可以通过一个简单的例子来说明。

• 让我们考虑 RNA 序列 5'-ACGUUCGA-3'。

• 此序列中的互补核苷酸是 A 和 U，以及 C 和 G。

• 因此，该序列可以通过核苷酸之间的碱基配对形成茎环结构。

• 茎区域可以通过位置 2-8 (CGUUCGA) 的核苷酸之间的碱基配对形成。

• 而环状区域可以通过位置 1 和位置 9 的未配对核苷酸（分别为 A 和 A）形成。

RNA 分子中茎环的形成比这个简单的例子复杂得多。RNA 分子是动态的，可以采用各种构象，折叠过程受多种因素的影响，包括 RNA 分子的序列、长度和离子条件。此外，茎环的形成还可能受到其他结构元件（如凸起和内部环）的影响。尽管如此，茎环形成的基本原理仍然相同——同一链内的互补核苷酸配对形成双链茎和环状区域。

生物学意义

茎环是 RNA 分子中必不可少的结构元件，其生物学意义在于它们能够调节基因表达、稳定 RNA 分子并与其他生物分子相互作用。

基因表达调控

茎环以多种方式参与调节基因表达。在某些情况下，茎环充当转录终止信号，阻止全长 RNA 分子的合成。茎环还可以充当转录暂停信号，其中聚合酶在茎环结构处暂时停止，以便调节因子结合并调节基因表达。茎环还可以充当转录后调控元件，影响 RNA 稳定性、翻译效率和定位。例如，mRNA 分子 5' 非翻译区 (UTR) 中的茎环可以通过隔离核糖体结合位点或募集翻译起始因子来影响翻译起始。

RNA 稳定性

茎环还可以通过防止 RNase 降解来稳定 RNA 分子。RNase 是降解 RNA 分子的酶，其活性受 RNA 分子的结构特征影响。茎环可以通过形成对 RNase 活性具有抵抗力的稳定二级结构来保护 RNA 分子。

蛋白质结合

与茎环相互作用的蛋白质可以通过多种机制进行，包括静电相互作用、氢键和疏水相互作用。某些蛋白质识别特定的 RNA 序列并与之结合，而其他蛋白质则识别特定的 RNA 结构（如茎环）并与之结合，而不管序列如何。

结论

茎环，也称为发夹环，是 RNA 分子中发现的基本结构元件，可以与蛋白质相互作用。蛋白质与茎环的结合对于各种生物过程至关重要，包括基因表达调控、RNA 加工和 RNA 稳定性。

蛋白质可以通过特定的 RNA 结合结构域（如 RRM、KH 结构域和 dsRBD）或通过促进 RNA 折叠和重塑的核酸伴侣与茎环结合。

茎环-蛋白质相互作用在调节基因表达、RNA 加工和 RNA 稳定性中起着至关重要的作用，突出了了解这些相互作用对于破译这些生物过程的分子机制的重要性。

常见问题

Q1. 什么是茎环结构？

A1. 茎环是 RNA 分子中发现的结构元件，由同一链内互补核苷酸之间的碱基配对形成，导致形成双链茎和环状区域。

Q2. 茎环是如何形成的？

A2. 茎环主要由同一 RNA 链内核苷酸之间的互补碱基配对形成。茎区域由互补核苷酸之间的碱基配对形成，而环状区域由未配对的核苷酸形成。

Q3. 茎环的生物学意义是什么？

A3. 茎环是 RNA 分子中必不可少的结构元件，具有多种生物学功能。它们参与调节基因表达、稳定 RNA 分子并与其他生物分子（如蛋白质）相互作用。

Q4. 茎环如何调节基因表达？

A4. 茎环可以通过多种方式调节基因表达，例如充当转录终止信号、转录暂停信号和转录后调控元件。除其他事项外，它们还可以影响 RNA 稳定性、翻译效率和定位。