小rna

DNA是遺傳信息的主要載體，生物體的生理功能主要由蛋白質來執行。在DNA和蛋白質

之間，RNA起著中介作用。與DNA相比，RNA種類較多，分子量相對較小，在遺傳信息表達

和調控過程中各類RNA分別發揮作用。這是我們對Pd'JA的基本知識。隨著研究的深入，人

們發現牛物體內RNA的種類和功能已遠遠超出從前對它的認識，不僅僅是在基因表達時作為

中介那樣簡單，它在生命活動的各個方面和生物進化過程中起著相當重要的作用?，F從生物

體內RNA的種類和功能兩個方面作一概述。

一、生物體內RNA的種類

目前看來，生物體內有13個種類的RNA：(1)信使RNA(mRNA)，攜帶從DNA轉錄來的遺

傳信息。(2)轉運RNA(tR．NA)，負責蛋白質合成時氨基酸的轉運。(3)核糖體RNA(rRNA)，

在核糖體巾起裝配和催化作用。(4)具有催化作用的RNA，即核酶(rihozyme)和其它RNA自

我催化分子(5)基因組RNA(genomeRNA)，指一些病毒以RNA為遺傳物質。(6)指導ⅫA(撕de

RNA)，是指導RNA編輯的小RNA分子。(7)rnR—A樣非編碼RNA，其轉錄和加工方式同mRNA，

但不翻譯為蛋白質。已知這類RIgA有20多種，例如人的xJstlLNA和X染色體的XIST結合，

使此X染色體失去轉錄活性。，(8)tmRNA，本身既是tRNA又是m／LNA，翻譯時一身二任。

如大腸桿菌中的10SaRNA。(9)小胞質RNA(s【IlallcytoplasmicRNA，scRNA)，存在于細

胞質中的小RNA分子。如信號識別顆粒(咄11alrecognitionpanicle，SLIP)組分中含有

的7SRNA。(10)小核心A(sⅡlallnuclearRNA，snRNA)，是剪接體的組分。(11)核仁小

RNA(smallnueleolarRNA，snoRNA)，參與rRNA的加工。(12)端粒酶RINA，是真核生物端

粒復制的模板。(13)反義RNA(antiraeRNA)，可通過與靶位序列互補而與之結合的RNA，

或直接阻止靶序列功能，或改變靶部位構象而影響其功能…。另外，在DNA復制過程中的引

物也是RNA，因其不單獨存在并很快降解，未將其作為一類。，

二、生物體內RNA的功能

迄今為止發現的RNA的功能可以歸納為以下幾個方面。

1．RNA作為病毒基因組

在有些病毒巾不含DNA，而是以RNA作為遺傳信息的攜帶者。RNA病毒的種類很多，單

鏈RNA病毒(含有正鏈或負鏈RNA)，雙鏈RNA病毒(含有正鏈和負鏈RNA)，能通過復制合成

出與自身相同的分子，并產生子代。不同的RNA病毒復制方式也不相同。逆轉錄病毒以RNA

為模板，按照RNA中的核苷酸順序合成DNA，在整合酶幫助下可整合到宿主DNA內，成為前

病毒，可隨宿主染色體DNA一起復制和轉錄。這類病毒侵染細胞后并不立即引起細胞死亡，

卻可以使細胞發生惡性轉化，能使鳥類和哺乳類等動物患白血病或產生肉瘤或其它腫瘤。以

RNA為基因組有其固有的弱點。胞嘧啶C經氧化脫氨就成為尿嘧啶U，與原來的【J將無法

區分，遺傳物質的穩定性維持困難。迄今已知的RNA生物都是基因組小，結構簡單的生物。

DNA基因組有T無U，即使發生c—u，尿嘧啶DNA糖苷酶可以靈敏地識別DNA中的U而隨時

將其剔除，基因組保持穩定，可以犬幅度擴增，生物體結構得以進化到高級、復雜的程度”]。

所以，隨著生物的進化發生RNA基因組向DNA基兇組的轉變是必然的。

2RNA在蛋白質生物合成中起重要作用

蛋白質生物合成是生物體最重要也是最復雜的代謝過程，mRNA起信使和模扳的作用，

tRNA起轉運氨基酸和信息轉換的作用，rRNA起核糖體裝配和催化的作用。研究表明，催化

肽鍵形成的肽基轉移酶活性由大亞基rRNA所承擔，打破了以往認為rRNA在核糖體中只起裝

配支架作用的看法。三類RNA密切配合，在許多蛋白質因子參與下共同完成這一過程。

3RNA參與轉錄后加工、編輯和修飾

RNA轉錄后加工、編輯和修飾依賴于各類小RNA和其蛋白質復合物。在MINA前體的加

工過程中，要形成剪接體以除去內含予。stff{NA有U．、U2、U4、U、U6五種(u3參與rRNA

前體加工)．每種snRNA分別和59種蛋白質結合成小核糖核蛋白(sflnNP)。由$nRNP組裝成

的剪接體可對mRNA前體的內含子進行正確的剪接。RNA編輯是轉錄后通過斷裂和再蓮接反

應插入或刪除若干核苷酸，或通過酶促脫氨和氨基化反應改變堿基，因而改變模板DNA的編

碼信息。有些生物線粒體mRNA的編輯受指導礎A的指導，指導RNA長50—70個核苷酸，5’

端有一段長十幾個核苷酸的錨定區，和mRNA前體互補配對，3’端是寡聚U尾，可以和nfllNA

前體編輯位點上游富含嘌呤的區域配對，保持兩者相互聯系，提高編輯效率。編輯由mRNA

前體的3’端向5’端進行，數種指導RNA溯流而上，或各指導RNA各管一段分別編輯。mRNA

前體分子上遇到和指導PENA上的A或G不能配對的空缺，則在mRNA前體l二添加U，二者

互補配對多余的U則刪去，以求和指導RNA互補。有人認為RNA編輯與剪接過程類似，可能

電需要在被編輯的mRNA分子上由指導RNA和蛋白質裝配成編輯體來完成編輯過程01。

snoRNA與rRNA前體的加工有關，奇特的是snoRNA不是由其單獨的基困所編碼，而是由蛋

白質基因切除的內含子片斷加工而成。有些snoRNA與rRNA有區段性序列互補，可與rRNA

前體共沉淀。失去或鈍化某種snoRNA，則rRNA前體不能加工為成熟的rRNA。另外，rRNA

中的堿基修飾包括甲基化、假尿嘧啶化都要由snoRNA參加完成，這種修飾可能與rRNA折霍

和核蛋白的結臺有關。

4RNA具有重要的催化功能和其它持家功能

20世紀so年代初由Cech和Altrr腳)首先發現RNA具有催化功能，隨后陸續發現一些

RNA分子在復制和轉錄后加工中具有酶活性。現在已知的核酶多數催化分子內反應，它們是

RNA合成后加工的一種方式，包括自我切割、自我剪接、自我環化等，如I型和Ⅱ型內含子

的去除。催化分了間反應的核酶通常都與蛋白質結合，形成核糖核蛋白復合體，如RNaP

—l4n一葡萄糖分支酶、馬鈴薯鄰苯二酚氧化酶等，從這些復合物中分離fJ_j的RNA，有

些單獨即具有催化活性。另外，核糖體、剪接體也可以看成是核糖核蛋白復合體。充分表明

生物體存在多種RNA催化方式。持家功能足指細胞的基本功能，前面已介紹一些內容，這里

再說一下RNA與染色體的關系。在原核和真核生物中RNA參與染色體結構組成或裝配。真核

生物線性染色體的兩個末端具有端粒，能穩定染色體末端結構，防止染色體問末端連接，并

可補償滯后鏈5’末端在消除RNA引物后造成的空缺。染色體復制時由端粒酶外加重復單位

到5’末端上，維持端粒一定長度，但體細胞隨著分化而逐漸失去端粒酶活性，原因是編碼

催化亞基的基因表達受到阻遏。細胞繼續分裂將使端粒不斷縮短，短到一定程度即引起細胞

生長停止或凋亡。生殖細胞中由于端粒酶的存在，端粒一直保持著‘定的長度。端粒酶是一

種含RNA的逆轉錄酶，也是一種RNA復臺體，它以所含RNA為模板合成DNA。RNA模板的57

末端識別DNA的37末端堿基并相互配對，以RNA為模板使DNA鏈延伸，合成一個重復單位

酶向前移動一個單位。端粒的3’單鏈末端也可回折作為引物合成其互補鏈，從而保證在DNA

半保留復制后，前導鏈5’RNA引物被切除后不會導致整個染色體DNA末端出現縮短的結果。

5．RNA對基因表達和細胞功能具有重要調節作用

反義RNA可以通過互補序列與特定的靶序列結合，結合位置包括mRNA結合核糖體的sD

序列和起始密碼子AUG，從而抑制ndⅥNA的翻譯。RNA干擾是由雙鏈RNA介導的從而引起特

異nffINA的降解，抑制有關基因的表達的現象。這兩種基岡表達的凋節方式不僅有重大的

理論意義，而且有廣闊的應用前景。有的科學家試圖將反義RNA的基因引入家畜和農作物以

獲得抗病毒的新品種，或利用反義RNA抑制有害基因(如癌基因)的表達。用RNA干擾技術同

樣可以抑制特異基因的表達，但在進行轉基因研究時，考慮的則是如何抑制細胞內RNA干擾

了。大腸桿菌基因組編碼數種小分子RNA，其中10SRNA條帶由兩種大小相同而結構功能迥

然不同的lOsa和10SbRNA組成。10SaRNA共363個核苷酸，其結構很像tRNA，3’端攜帶

有丙氨酸，當大腸桿菌一些缺陷蛋白質的翻譯到達C端時，核糖體的P位被10SaRNA占據，

把丙氨酸加在新生肽的生長點E，核糖體轉而把10SaRNA作為mRNA繼續翻譯，澤出一個10

肽，到達m而終【L，成為具有11個氨基酸殘基的標簽肽，該標簽肽即成為蛋白酶的攻擊目

標，消除丁潛在的有害多肽產物。10SaRNA因為兼有tRNA和mRNA的功能，稱為nnRNA。另

外，紫細菌d亞群等20種親緣關系較遠的真細菌和某些葉綠體都有tmRNA，到目前為止，

在古細菌、各種真核生物和線粒體中尚未發現taffLNA…。

細胞中需要運輸的蛋白質(運往分泌小泡、高爾基體、溶酶體、質膜等)在合成時都含有

一段氨基酸序列，稱為信號肽，其位置可以在新生肽的N端，也可位于多肽鏈的中部，功能

都是引導多肽至不同的轉運系統。識別信號肽的足核蛋白體SRP，由一分子7SRNA和6個

不同的多肽分子組成。SRP可識別新生肽鏈的信號肽部分并與之結合，引導此肽鏈至內質網

膜上與SlIP受體結合(SRP受體對7SRNA有識別能力)，肽鏈繼續合成，并進人內質網作進

一步加丁。SRP被釋放到胞質中可循環使用。

6．RNA在生物進化中起重要作用

核酶可以自身切割、剪接，切割其它RNA，合成肽鍵。體外實驗中，合成的RNA分子已

被汪凹可以進行其它相關的生物反應，例如可以合成核糖核苷酸，合成RNA分子，將RNA

結臺的一個氨基酸轉移到另一個氨基酸上形成二肽，其方式與tRNA的作用相似=：RNA既是

信息分子又是功能分子，表明最初的生化系統可能是以RNA為核心的。但是折疊多肽的天然

柔韌性與RNA堿基配對的較大的剛性相比較，顯然蛋白質的催化更有效。由RNA催化向蛋白

質催化的轉變要求RNA功能的根本變化，原RNA基因組不再直接負責生化反應，而成為編碼

分子，其主要功能是特化催化蛋白質的結構。目前還不清楚編碼分子是由核酶轉化來的，還

是由核酶催化產生的。結果都是RNA原基幽組失去它們擅長的酶的功能，而選擇了它們并不

非常適合的編碼功能，這種不適合來自2一OH基團間接作用引起的RNA磷酸二酯鍵的相對

不穩定性。因此，編碼功能向更穩定的DNA分子轉移幾乎是不可避免的，也不是難以實現的。

核糖核苷酸還原產生的脫氧核糖核苷酸通過反轉錄酶催化的反應被多聚化，摻人到RNA原基

因組的拷貝中。尿嘧啶被其甲基化衍生物胸腺嘧啶取代，使DNA多核苷酸更加穩定，而將

DNA雙鏈作為編碼分子使DNA分子進一步穩定，因其具有通過拷貝互補鏈來修補DNA損傷的

可能性。根據這種推測，最初的DNA基因組由許多分散的分子組成，每一分子確定～種蛋白，

每個DNA相當于一個單獨的基因。這些基因連接到一起形成最利的染色體(可能發生在原基

因組向DNA轉變之前或之后)，促進了細胞分裂時基因分配的效率，岡為組織·些大的染色

體平均分配要比平均分配許多分散的基因容易得多”。人們對許多基因如何連接到～起提m

廠若干種水同的機制，莊此就不詳述了。

在這些探討的基礎上，一個由RNA世界到RNA蛋白質世界，由RNA蛋白質f【|=界到DNA

世界的進化圖景，已經被科學界J’‘泛接受。