生物化学与分子生物学系 陈瑜 rna组学

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1、生物化学与分子生物学系陈瑜RNA组学RNomics1953年DNA双螺旋结构的解析掀起了在RNA转录和翻译水平解读遗传信息的高潮,导致mRNA,tRNA和rRNA的发现以及遗传密码和“中心法则”的建立.1977年分裂基因(splitgene)的发现极大地促进了在RNA转录后加工水平解读遗传信息表达的过程及机制,深入解析了mRNA,snRNA,snoRNA和gRNA的结构与功能,提出了RNA剪接、编辑以及核酶(ribozyme)和“RNA世界”等新的概念.2CentralDogmaofBiology3Gen

2、otypetoPhenotype4DNARNA蛋白质基因组学RNA组学蛋白质组学随着基因组与基因组学这两个术语的流行，一系列新的术语也被创造出来，每个新的研究领域被冠以“……组学”（-omic)的名称，而被研究的对象则被称为“……组”（-ome)。其中最常用的：5美国《科学》杂志在2000年12月介绍2000年重大科学成就时,把人类基因组工作草图绘制工作排在第一位。介绍了生命可能始于RNA而非DNA，这方面的研究取得了突破性进展。国外在2000年底提出了RNA组学。如果说基因组学研究正全力构筑生命科学基石

3、的话，那么RNA组学研究则是它不可缺少的同盟军。6传统观念认为：三类最重要的生物高分子化合物中，DNA携带遗传信息，蛋白质是生物功能分子，而RNA在这二者间起传递遗传信息功能（即参与蛋白质的生物合成）。20世纪80年代初，T．Cech发现RNA也可成为生物催化剂，称之为核酶(ribozyme)。核酶的发现打破了多年来“酶的化学本质就是蛋白”的传统观念。人们认识到，RNA的生物功能远非"传递遗传信息"那么简单。7RNA领域的新发现：1、RNA控制着蛋白质的生物合成；2、RNA具运动功能；3、RNA具调控功能

4、；4、RNA调控遗传信息；5、RNA修饰；6、RNA携带遗传信息；7、RNA与疾病的关系；8、基因组研究中的“垃圾”可能是RNA基因。81．RNA控制着蛋白质的生物合成生物体内绝大多数生化反应由酶（蛋白质）催化控制。多少年来，人们努力寻找催化蛋白质生物合成的关键酶（转肽酶）。直到2000年，通过X线衍射分析核糖体大、小亚基的晶体，发现在肽键形成处２纳米的范围中，完全没有蛋白质的电子云存在。说明肽健的形成是由ｒRNA催化。核糖体是核酶，这成了2000年的世界第二大科学成就。92．RNA具运动功能噬菌体Ф29

5、装配过程中，首先由外壳蛋白组装成噬菌体的外壳，然后由一种称为门RNA（pRNA），在噬菌体基部的门上，装配成分子马达，依赖此分子马达的转动，将噬菌体DNA装入病毒外壳。103．RNA具调控功能（1）男性第23对染色体是XY，女性的第23对染色体是XX。如女性两条X染色体都正常表达的话，女生X编码基因的表达量将是男性的两倍。事实是男女性X染色体编码蛋白的表达量是一致的。其原因是女性Xist基因编码不表达蛋白质的RNA，它与２条X染色体中的一条结合，使其失活。11（2）染色体DNA3′末端在端粒酶的作用下，以

6、端粒RNA为模板，合成端粒DNA。细胞分裂时，DNA每复制一次，端粒DNA缩短点，直到端粒全部消失。此时细胞再也不能分裂，走向死亡。成人正常细胞没有或活性低的端粒酶和端粒RNA。癌细胞却含有端粒酶和端粒RNA。所以，也可说是端粒RNA，控制了细胞的寿命和癌症的发生。124．RNA调控遗传信息（1）动植物等真核生物的基因有很多是断裂基因。即基因的初始转录物（ｍRNA前体）中，－段段的蛋白质编码区被居间序列分开。只有居间序列被去除后，才能成为蛋白生物合成的模板。这过程称为RNA剪接。通过不同方式的RNA剪接，

7、－种基因可在不同的发育分化阶段、不同的生理病理条件或不同的细胞、组织中合成不同的蛋白质。果蝇的性别就是通过不同的剪接途径完成的。13（2）很多生物ｍRNA的成熟过程中，均需经RNA的编辑。一种RNA编辑是以另一RNA为模板来修饰ｍRNA前体。通过编辑，可以给ｍRNA前体添加新的遗传信息。（3）在蛋白质生物合成过程中，有多种称为"再编码"的方式。通常，ｍRNA编码区的每三个核苷酸组成一个密码子。此时，编码区的每个核苷酸只能也必须被阅读一次。但在再编码过程中，有的核苷酸被跳过而没被阅读，有的核苷酸却被阅读了两

8、次，有的密码子被用来翻译特殊氨基酸。145．RNA修饰RNA由４种核苷酸组成，但通过核苷酸的修饰增加了RNA结构的复杂性，为RNA功能多样性提供了物质基础。ｒRNA中核苷酸的甲基化修饰和假脲嘧啶的生物合成、以及其加工和细胞定位转运，均有一类小分子ｒRNA参与。156．RNA携带遗传信息在一些病毒中，不是DNA，而是RNA携带遗传信息。严重危害人民健康的HIV病毒（艾滋病）、丙肝病毒（肝癌）等是RNA病毒。167．RNA与疾病的