什麼是莖環或髮夾環,它們為什麼形成?


介紹

莖環或髮夾環是核酸(特別是 RNA 分子)中發現的基本結構元件。它們是由同一鏈內互補核苷酸之間的鹼基配對形成的,導致形成雙鏈莖和環狀區域。莖環具有多種生物學功能,包括基因表達調控、蛋白質結合和 RNA 穩定性。

本文探討了莖環形成的機制及其在生物過程中的意義。

莖環形成

  • RNA 分子中莖環的形成主要是由於同一鏈核心苷酸之間的互補鹼基配對。

  • RNA 分子包含四種類型的核苷酸,即腺嘌呤 (A)、鳥嘌呤 (G)、胞嘧啶 (C) 和尿嘧啶 (U)。

  • 腺嘌呤和尿嘧啶是互補的,鳥嘌呤和胞嘧啶也是互補的。

  • 因此,如果 RNA 序列在同一鏈內包含互補的核苷酸,則它們可以配對形成雙鏈莖和環狀區域。

  • 莖環形成的過程可以透過一個簡單的例子來說明。

  • 讓我們考慮 RNA 序列 5'-ACGUUCGA-3'。

  • 此序列中的互補核苷酸是 A 和 U,以及 C 和 G。

  • 因此,該序列可以透過核苷酸之間的鹼基配對形成莖環結構。

  • 莖區域可以透過位置 2-8 (CGUUCGA) 的核苷酸之間的鹼基配對形成。

  • 而環狀區域可以透過位置 1 和位置 9 的未配對核苷酸(分別為 A 和 A)形成。

RNA 分子中莖環的形成比這個簡單的例子複雜得多。RNA 分子是動態的,可以採用各種構象,摺疊過程受多種因素的影響,包括 RNA 分子的序列、長度和離子條件。此外,莖環的形成還可能受到其他結構元件(如凸起和內部環)的影響。儘管如此,莖環形成的基本原理仍然相同——同一鏈內的互補核苷酸配對形成雙鏈莖和環狀區域。

生物學意義

莖環是 RNA 分子中必不可少的結構元件,其生物學意義在於它們能夠調節基因表達、穩定 RNA 分子並與其他生物分子相互作用。

基因表達調控

莖環以多種方式參與調節基因表達。在某些情況下,莖環充當轉錄終止訊號,阻止全長 RNA 分子的合成。莖環還可以充當轉錄暫停訊號,其中聚合酶在莖環結構處暫時停止,以便調節因子結合並調節基因表達。莖環還可以充當轉錄後調控元件,影響 RNA 穩定性、翻譯效率和定位。例如,mRNA 分子 5' 非翻譯區 (UTR) 中的莖環可以透過隔離核糖體結合位點或募集翻譯起始因子來影響翻譯起始。

RNA 穩定性

莖環還可以透過防止 RNase 降解來穩定 RNA 分子。RNase 是降解 RNA 分子的酶,其活性受 RNA 分子的結構特徵影響。莖環可以透過形成對 RNase 活性具有抵抗力的穩定二級結構來保護 RNA 分子。

蛋白質結合

與莖環相互作用的蛋白質可以透過多種機制進行,包括靜電相互作用、氫鍵和疏水相互作用。某些蛋白質識別特定的 RNA 序列並與之結合,而其他蛋白質則識別特定的 RNA 結構(如莖環)並與之結合,而不管序列如何。

結論

莖環,也稱為髮夾環,是 RNA 分子中發現的基本結構元件,可以與蛋白質相互作用。蛋白質與莖環的結合對於各種生物過程至關重要,包括基因表達調控、RNA 加工和 RNA 穩定性。

蛋白質可以透過特定的 RNA 結合結構域(如 RRM、KH 結構域和 dsRBD)或透過促進 RNA 摺疊和重塑的核酸伴侶與莖環結合。

莖環-蛋白質相互作用在調節基因表達、RNA 加工和 RNA 穩定性中起著至關重要的作用,突出了了解這些相互作用對於破譯這些生物過程的分子機制的重要性。

常見問題

Q1. 什麼是莖環結構?

A1. 莖環是 RNA 分子中發現的結構元件,由同一鏈內互補核苷酸之間的鹼基配對形成,導致形成雙鏈莖和環狀區域。

Q2. 莖環是如何形成的?

A2. 莖環主要由同一 RNA 鏈核心苷酸之間的互補鹼基配對形成。莖區域由互補核苷酸之間的鹼基配對形成,而環狀區域由未配對的核苷酸形成。

Q3. 莖環的生物學意義是什麼?

A3. 莖環是 RNA 分子中必不可少的結構元件,具有多種生物學功能。它們參與調節基因表達、穩定 RNA 分子並與其他生物分子(如蛋白質)相互作用。

Q4. 莖環如何調節基因表達?

A4. 莖環可以透過多種方式調節基因表達,例如充當轉錄終止訊號、轉錄暫停訊號和轉錄後調控元件。除其他事項外,它們還可以影響 RNA 穩定性、翻譯效率和定位。

更新於: 2023年5月15日

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