核糖核酸

核糖核酸


由至少几十个核糖核苷酸通过磷酸二酯键连接而成的一类核酸,因含核糖而得名,简称RNA。RNA普遍存在于动物、植物、微生物及某些病毒和噬菌体内。RNA和蛋白质生物合成有密切的关系。在RNA病毒和噬菌体内，RNA是遗传信息的载体。RNA一般是单链线形分子;也有双链的如呼肠孤病毒RNA；环状单链的如类病毒RNA；1983年还发现了有支链的RNA分子。
结构　1965年R.W.霍利等测定了第1个核酸──酵母丙氨酸转移核糖核酸的一级结构即核苷酸的排列顺序。此后,RNA一级结构的测定有了迅速的发展。到1983年,不同来源和接受不同氨基酸的tRNA已经弄清楚一级结构的超过280种,5S RNA 175种,5.8S RNA也有几十种,以及许多16S rRNA、18S rRNA、23S rRNA和26S rRNA。在mRNA中，如哺乳类珠蛋白mRNA、鸡卵清蛋白mRNA和许多蛋白质激素和酶的mRNA等也弄清楚了。此外还测定了一些小分子RNA如sn RNA和病毒感染后产生的RNA的核苷酸排列顺序。类病毒RNA也有5种已知其一级结构，都是环状单链。MJS2RNA、烟草花叶病毒RNA、小儿麻痹症病毒RNA是已知结构中比较大的RNA。
除一级结构外，RNA分子中还有以氢键联接碱基（A对U；G对C）形成的二级结构。RNA的三级结构，其中研究得最清楚的是tRNA,1974年用X射线衍射研究酵母苯丙氨酸tRNA的晶体,已确定它的立体结构呈倒L形（见转移核糖核酸）。
RNA 一级结构的测定常利用一些具有碱基专一性的工具酶，将RNA降解成寡核苷酸,然后根据两种(或更多)不同工具酶交叉分解的结果，测出重叠部分,来决定RNA的一级结构。举例如下：
AGUCGGUAG

牛胰核糖核酸酶
高峰淀粉酶核糖核酸酶T1
(RNase A)
(RNase T1)
AGU+C+GGU+AG
AG+UCG+G+UAG牛胰核糖核酸酶是一个内切核酸酶，专一地切在嘧啶核苷酸的3′-磷酸和其相邻核苷酸的5′-羟基之间，所以用它来分解上述AGUCGGUAG9核苷酸,得到AGU、C、GGU和AG4个产物。而核糖核酸酶T1是一个专一地切在鸟苷酸的3′-磷酸和其相邻核苷酸的5′-羟基之间的内切核酸酶，它作用于上述9核苷酸,则得到AG、UCG、G和UAG4个产物。根据产物的性质,就可以排列出9核苷酸的一级结构。
除上述两种核糖核酸酶外，还有黑粉菌核糖核酸酶(RNase U2)，专一地切在腺苷酸和鸟苷酸处，和高峰淀粉酶核糖核酸酶T1联合使用,可以测定腺苷酸在RNA中的位置。多头绒孢菌核糖核酸酶(RNase Phy)除了CpN以外的二核苷酸都能较快地水解，因此和牛胰核糖核酸酶合用可以区别Cp和Up在RNA中的位置。
生物功能和种类　20世纪40年代，人们从细胞化学和紫外光细胞光谱法观察到凡是RNA含量丰富的组织中蛋白质的含量也较

多,就推测RNA和蛋白质生物合成有关。RNA 参与蛋白质生物合成过程的有3类：转移核糖核酸(tRNA)、信使核糖核酸(mRNA)和核糖体核糖核酸(rRNA)。
tRNA 一类小分子RNA，绝大多数tRNA含有75到95个核苷酸。主要功能是携带并运输氨基酸。带有氨基酸的tRNA(氨酰-tRNA)可以按其反密码子和mRNA的密码子通过碱基配对的原则，排列在mRNA上。每一种氨基酸至少有一种特异的tRNA与其对应，tRNA种类可以多至60～70种。（见转移核糖核酸）
mRNA 合成蛋白质的模板，种类甚多，大小不一。如果一种蛋白质含100个氨基酸，根据三联体密码原则，即3个连续的核苷酸决定一个氨基酸,这个蛋白质的mRNA理论上至少有300个核苷酸。事实上许多mRNA往往还含有不翻译的区域,所以mRNA的实际长度要超过300个核苷酸（见信使核糖核酸）。
rRNA 组成核糖体的成分。核糖体是细胞质内由蛋白质和核糖核酸组成的一种亚细胞颗粒。是蛋白质合成的场所。核糖体由大小两个亚基组成，每个亚基都含有特定的rRNA和蛋白质。例如大肠杆菌核糖体的小亚基由21种蛋白质和一种RNA组成;大亚基由34种蛋白质和两种RNA组成。核糖体RNA的含量约占细胞RNA总量的80％。由于核糖体是蛋白质合成的场所，因此在蛋白质合成旺盛的组织中核糖体的数目增加，rRNA的含量也相应增大。
1981～1984年间还发现一些RNA具有酶活力,如四膜虫的rRNA前体能催化自身的剪接作用；细菌核糖核酸酶P的RNA组分能单独作用于tRNA前体，切去5′-端多余的核苷酸，成为成熟的tRNA。这些发现打破了过去认为只有蛋白质才具有酶活力的狭隘观点。
此外,由于RNA在细胞内存在的部位不同，有核内不均一核糖核酸(hn RNA)，核内小分子核糖核酸(sn RNA)、线粒体RNA、叶绿体RNA等。sn RNA的功能还不十分了解，可能和hn RNA的剪接有关。hnRNA 是真核生物细胞核内经过不同程度加工的大小不同的mRNA前体。线粒体RNA、叶绿体RNA则包括tRNA、mRNA和rRNA,因为线粒体和叶绿体两种细胞器都有它们独立的转录和翻译系统。
生物合成　除RNA病毒外，生物体内RNA 的合成是以细胞内双链DNA中的一条链作为模板，以腺苷三磷酸(ATP)、鸟苷三磷酸(GTP)、胞苷三磷酸(CTP)和尿苷三磷酸(UTP)为原料,通过RNA聚合酶的催化而进行的。由于所合成的RNA中核苷酸排列顺序忠实地对应于DNA模板，因此这一过程也称转录。
RNA聚合酶　大肠杆菌只有一种聚合酶，无论tRNA、mRNA和rRNA都由同一种RNA聚合酶催化合成。真核生物则有3种不同的RNA聚合酶，分别催化合成3种不同的RNA，它们在细胞内存在的部位以及对α－鹅膏蕈碱（一种毒蕈的毒素）的敏感性也都不相同。在线

粒体和叶绿体中，各有其自身的RNA聚合酶，以合成细胞器特有的RNA。
病毒或噬菌体合成RNA所用的RNA聚合酶有不同的类型。有些是利用宿主的RNA聚合酶。例如λ噬菌体感染大肠杆菌后,利用大肠杆菌的RNA聚合酶，按照噬菌体的DNA进行转录,生成噬菌体RNA。有些以RNA为遗传物质的噬菌体,例如MS2感染大肠杆菌后利用宿主的蛋白合成机器先合成RNA聚合酶，然后按照噬菌体的基因组RNA合成RNA进行繁殖,因此这种RNA聚合酶也称为RNA复制酶。另外还有一些结构比较复杂的病毒，则在感染宿主细胞时，把病毒的RNA聚合酶同时带入细胞，进行RNA的合成。
转录后加工　按照DNA模板合成的直接产物RNA（即前体RNA）并不都有生物活性,有些必须进一步加工方能成为具有活性的成熟RNA。加工包括剪接（剪去前体RNA中间一些不必要的顺序,并连接起来）,加帽（在5′-端加上特定的结构）、加尾（在3′-端加上多聚腺苷酸基团）以及核苷酸的修饰如甲基化等（见转录、信使核糖核酸）。
人工合成　中国科学工作者王德宝等从制备核苷酸原料和各种工具酶开始，利用化学和酶促相结合的方法，合成了几十个长度为2～8核苷酸的寡核苷酸，然后用T4RNA连接酶连接成6个大片段（长度为9～19核苷酸）,再接成两个半分子（长度分别为35和41核苷酸），最后于1981年经氢键配对，T4RNA连接酶连接,首次人工合成了76核苷酸的整分子酵母丙氨酸tRNA。它含有全部11种核苷酸（4种常见的和7种修饰核苷酸），并具有完全的生物活性，既能接受丙氨酸，又能将所携带的丙氨酸在蛋白质生物合成体系内参入到蛋白质中去。全部用人工方法，合成了具有生物活性的天然RNA,这在世界上还是第1次（见核酸的人工合成）。