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14.7: 核糖核酸的种类
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核糖核酸的种类
 

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14.7: 核糖核酸的种类

“蛋白质合成涉及三种主要的RNA:信使RNA(mRNA)、转移RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA)。这些RNA具有多种功能,可大致分为蛋白质编码RNA和非编码RNA。非编码RNA在基因表达调控中起着重要作用。原核生物中的非编码RNA可以被操纵以开发出更有效的人或动物抗菌药物。”

RNA在蛋白质合成过程中具有多种协同功能

分子生物学的中心教条是DNA包含编码蛋白质的信息,而RNA则利用这些信息来指导蛋白质的合成。不同类型的RNA参与蛋白质合成。根据它们是否编码蛋白质,RNA大致分为蛋白质编码RNA和非编码RNA。

信使RNA是编码蛋白质的RNA。它由编码特定氨基酸的三个核苷酸的密码子序列组成。转移RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA)是非编码RNA。tRNA作为一个连接分子,读取mRNA序列并将氨基酸按正确的顺序排列在生长的多肽链中。rRNA和其他蛋白质构成核糖体,核糖体是细胞中蛋白质合成的基础。在翻译过程中,核糖体沿着mRNA链移动,在那里它们稳定tRNA分子的结合,并催化氨基酸之间形成肽键。因此,不同类型的RNA在蛋白质合成过程中具有特定的互补功能。

真核生物中的非编码RNA调控基因表达

除了tRNA和rRNA之外的非编码RNA最初被认为是“基因组垃圾”,因为它们不编码蛋白质。然而,它们在基因表达调控中的作用在过去几十年中被发现,并继续被广泛研究。根据其长度,非编码RNA可分为小调节RNA(100个核苷酸)或长非编码RNA(200个核苷酸)。

小的调节RNA和长的非编码RNA通过改变转录和翻译的不同阶段来调节基因表达。非编码RNA影响mRNA剪接,去除蛋白质非编码片段并连接蛋白质编码序列。以这种方式,它们控制着单个基因不同蛋白质变体的形成。小的调节性RNA,如 microRNAs (miRNAs)和小的干扰性RNAs (siRNAs) 与mRNA上的互补序列结合,通过阻断翻译机器对mRNA的访问或通过降解mRNA本身来抑制蛋白质合成。长的非编码RNA与化学修饰DNA和组蛋白的酶相互作用并吸收它们,这些酶有助于将DNA包装到细胞核中,从而激活或抑制转录。

原核生物中的非编码RNA作为环境传感器

RNA介导的基因表达调控在细菌中广泛存在。mRNA中的调控序列称为核糖开关,通过检测温度和营养水平的变化充当环境传感器。

基于核糖开关的调控依赖于RNA二级结构两种相互排斥、稳定构象的形成。二级结构在两种构象之间切换,以根据环境变化打开或关闭基因表达。例如,当细菌单核细胞增生李斯特菌感染宿主时,宿主较高的体温会破坏细菌mRNA未翻译区的二级结构。这将暴露mRNA上的核糖体结合位点并启动蛋白质翻译,使细菌能够在宿主生物体内生存和生长。

核糖开关可以用来开发有效的抗菌药物。 一些核糖开关检测代谢途径的最终产物,并作为转录或翻译的反馈控制。例如,硫胺素焦磷酸核糖开关调节细菌中硫胺素的生物合成。当合成足够浓度的硫胺素时,它与核糖开关结合并改变其构象。这种构象的改变阻断了翻译起始位点,阻止了蛋白质的合成。 在结构上与硫胺素非常相似的化合物正在被研究作为潜在的抗菌剂。这些药物的目的是在不含硫胺素的情况下结合核糖开关,并引起构象变化,从而阻止硫胺素生物合成所需蛋白质的翻译。由于细菌将无法产生这种营养物质,它将停止生长并最终死亡。由于核糖开关在原核生物中比在真核生物中更为常见,因此针对抗菌药物的核糖开关对哺乳动物宿主的不良影响微乎其微。
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