RNA：世界遺傳物質

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簡介

核糖核酸（RNA）是另一種存在於生物體內的遺傳物質。它是由核苷酸組成的單鏈聚合物。每個核苷酸包含一個核糖糖基部分、一個氮鹼基和一個磷酸基團。氮鹼基包括腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶，它們透過糖苷鍵連線到糖上，RNA的主鏈由磷酸二酯鍵構成，類似於DNA。雖然它是一種單鏈結構，但它可以自身摺疊，在內部顯示互補鹼基配對，並形成三維結構。

RNA 的型別

主要有三種類型的 RNA：

• mRNA - 稱為信使 RNA，是一種沒有摺疊的直鏈 RNA 分子。它佔細胞總 RNA 的 5-7%。它包含兩個 3' 和 5' 端。mRNA 包含一個三聯體密碼子，該密碼子與 DNA 序列互補。它是一種編碼 RNA，編碼氨基酸。

• tRNA - 稱為轉移 RNA 或介面卡 RNA。它是一種非編碼 RNA，在翻譯過程中需要。tRNA 解碼 mRNA 的資訊並將合適的氨基酸連線到它上面。tRNA 佔細胞總 RNA 的 10-20%。它是所有 RNA 中最小的，由 73-93 個核苷酸組成。有兩種 tRNA 模型 -

• 髮夾模型（由 Hoagland 提出）

• 三葉草模型（由 Holley 提出）

• rRNA - 稱為核糖體 RNA。它是一種非編碼 RNA，有助於連線大和小的核糖體亞基。這種 RNA 佔細胞總 RNA 的 80%。它們在核仁中被轉錄。

結構

成熟的 mRNA 由以下部分組成：

• 編碼序列 - 它是一串核苷酸，與 DNA 序列互補，由編碼特定氨基酸的三聯體密碼子組成。這被稱為遺傳密碼。5' 端的密碼子是起始密碼子，包含 AUG，編碼甲硫氨酸。3' 端的密碼子是終止密碼子，即 UAA、UAG、UGA。

• 5' 帽子 - 這是 7 甲基鳥苷帽，透過 5'-5' 三磷酸鍵連線新增。它被稱為 5' 甲基化，對於穩定 mRNA 並保護它免受核酸外切酶的活性至關重要。它有助於核糖體檢測 mRNA。

• 3' 多聚 A 尾巴 - 在 3' 端連線 20-50 個腺嘌呤殘基的尾巴，稱為多腺苷酸化。這條尾巴有助於 mRNA 從細胞核移動到細胞質，防止 mRNA 受核酸外切酶的攻擊，並有助於翻譯過程。

tRNA

tRNA三葉草模型的 tRNA 由以下部分組成：

• 反密碼子環 - 它與 mRNA 序列互補，檢測密碼子並帶來正確的氨基酸。

• T 環 - 此臂包含修飾的鹼基，稱為胸腺嘧啶、假尿嘧啶和胞嘧啶殘基。此環有助於 tRNA 與核糖體之間的相互作用。

• D 環 - 它包含二氫尿嘧啶，由 4-6 個鹼基對組成。它有助於維持 tRNA 結構的穩定性，還有助於準確翻譯。

• 受體端 - 稱為氨基酸連線位點，負責連線相應的反密碼子存在的特定氨基酸。

• 可變臂 - 它位於 T 臂和反密碼子臂之間，有助於氨醯 tRNA 合成酶的檢測。

rRNA

在原核生物中

• 核糖體大亞基 - 50 S 亞基，由 5 S 和 23 S rRNA 組成。5 S rRNA 是一個 120 個核苷酸的短序列。23 S rRNA 由 3000 個核苷酸組成。

• 核糖體小亞基 - 30 S 亞基，由 16 S rRNA 組成，長度為 1500 個核苷酸。

在真核生物中

• 核糖體大亞基 - 它是 60 S 亞基，由 5 S、28 S 和 5.8 S rRNA 組成。5 S 和 5.8 S rRNA 的長度小於 200 個核苷酸。28 S rRNA 的長度超過 5 千鹼基。

• 核糖體小亞基 - 它是 40 S 亞基，由 18 S rRNA 組成，長度接近 2 千鹼基。

RNA 的功能

mRNA

• 它編碼來自 DNA 用於蛋白質合成的資訊。

tRNA-

• 它能夠讀取 mRNA 用於蛋白質合成的指令。

• 它將正確的氨基酸帶到核糖體進行蛋白質合成。

• 有助於在氨基酸之間形成肽鍵。

rRNA-

• 它有助於連線和維持兩個核糖體亞基的穩定性。

• 它附著在 mRNA 和 tRNA 上，使它們保持在正確的翻譯位置。

• 形成用於氨醯基、肽醯基和出口位點的特殊螺旋和環。

• 需要在翻譯的起始、延伸和終止過程中。

• 它有助於核糖體附著在 mRNA 上。

RNA 和 DNA 的區別

DNA	RNA
脫氧核糖核酸。	核糖核酸。
包含 4 個氧原子。	包含 5 個氧原子。
它包含胸腺嘧啶作為氮鹼基。	它包含尿嘧啶作為氮鹼基。
真核生物和原核生物的遺傳物質。	大多數病毒的遺傳物質。
雙鏈結構。	單鏈結構。
存在於細胞核中。	存在於細胞核和細胞質中。
它們壽命很長。	它們壽命很短。
它們非常穩定，不易發生突變。	它們不穩定，容易發生許多突變。
它傳遞遺傳資訊。	它需要在蛋白質合成過程中。
它是自我複製的。	它需要模板來複制。

結論

RNA 是一種重要的核酸，需要執行細胞的許多重要活動。它們壽命很短，性質非常特殊。它們有多種型別，例如 mRNA、tRNA 和 rRNA。它們是完成生命中心法則（即 DNA - 轉錄 $\mathrm{\rightarrow}$ RNA - 翻譯 $\mathrm{\rightarrow}$ 蛋白質）的最重要組成部分。如果沒有 RNA，所有生物都可能停止存在。

常見問題

Q1. 什麼是轉錄？

答：轉錄是將遺傳資訊從 DNA 轉移到 RNA 的過程。在此過程中，形成 mRNA，它是將蛋白質形成資訊傳遞到核糖體的信使。

Q2. 翻譯的過程是什麼？

答：翻譯是將 mRNA 上可用的資訊翻譯成多肽鏈的過程。核糖體是蛋白質合成的場所。它需要氨醯 tRNA 合成酶、肽醯轉移酶以及各種其他起始、延伸和終止因子。

Q3. 什麼是剪接？

答：前 mRNA 包含外顯子（編碼區）和內含子（非編碼區）。去除內含子的過程稱為剪接。剪接可以由剪接體催化，剪接體是稱為 snRNPs 的小核核糖核蛋白，也可以由自我剪接內含子催化。

Q4. 原核 mRNA 和真核 mRNA 的區別

答：

原核 mRNA	真核 mRNA
在細胞質中形成。	在細胞核中形成。
它是多順反子的，編碼多種蛋白質。	它是單順反子的，編碼一種蛋白質。
不太穩定。	更穩定。
不包含帽子和尾巴。	包含 5' 帽子和 3' 尾巴。
核糖體透過 Shine-Dalgarno 序列檢測 mRNA。	核糖體透過 5' 帽子檢測 mRNA。