我歸納成九大點:
RNA與DNA最重要的區(qū)別一是RNA只有一條鏈,二是它的堿基組成與DNA的不同,RNA沒有堿基T(胸腺嘧啶),而有堿基U(尿嘧啶)。所以導致他們有以下性質上的不同。
1.兩性解離:DNA無,只有酸解離,堿基被屏蔽(在分子內(nèi)部形成了H鍵)。RNA有,有PI。
2.粘度大:DNA;RNA,粘度由分子長度/直徑?jīng)Q定,DNA為線狀分子,RNA為線團。
3.堿的作用:DNA耐堿RNA易被堿水解。
4.顯色反應:
鑒別DNA和RNA+濃HCl RNA ------→ 綠色化合物
DNA ------→ 藍紫色化合物苔黑酚
二苯胺啡啶溴紅(熒光染料)和溴嘧啶都可對DNA染色,原理是卡在分子中,DNA的離心和電泳顯色可用它們。
DNA和RNA的鑒別染色
利用吖啶橙的變色特性可鑒別DNA和RNA。吖啶橙作為一種熒光染料已被用于染色固定,非固定細胞核酸,或作溶酶體的一種標記。觀察死亡細胞熒光變色性變化以及區(qū)別分裂細胞和靜止細胞群體。雖然測定DNA和RNA含量時較難獲得好的重復性結果,但該方法已被許多實驗室廣泛采用。
5.溶解性:都溶于水而不溶于乙醇,因此,常用乙醇來沉淀溶液中的DNA和RNA。DNA溶于苯酚而RNA不溶,故可用苯酚來沉淀RNA。
6.紫外吸收:核酸的λm=260nm,堿基展開程度越大,紫外吸收就越厲害。當A=1時,DNA:50ug/ml,RNA和單鏈DNA:40ug/ml,寡核苷酸:20ug/ml。用A260/A280還可來表示核酸的純度。
7.沉降速度:對于拓撲異構體(核苷酸數(shù)目相同的核酸),其沉降速度從達到小依次為:RNA ; 超螺旋DNA > 解鏈環(huán)狀DNA ; 松弛環(huán)狀DNA ; 線形DNA也就是在離心管中最上層是線形DNA,最下面是RNA。
8.電泳:核苷酸、核酸均可以進行電泳,泳動速度主要由分子大小來決定,因此,電泳是測定核酸分子量的好方法。
9.DNA分子量測定最直接的方法:用適當濃度的EB(溴嘧啶)染色DNA,可以將其他形式的DNA變成線形DNA,用電鏡測出其長度,按B-DNA模型算出bp數(shù),根據(jù)核苷酸的平均分子量就可計算出DNA的分子量。
RNA的種類:
在生物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)主要有三種不同的RNA分子在基因的表達過程中起重要的作用。它們是信使RNA(messengerRNA,mRNA)、轉運RNA(tranfer RNA,tRNA)、核糖體RNA(ribosomal RNA,rRNA)。RNA含有四種基本堿基,即腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶。此外還有幾十種稀有堿基。
RNA的一級結構主要是由AMP、GMP、CMP和UMP四種核糖核苷酸通過3',5'磷酸二酯鍵相連而成的多聚核苷酸鏈。天然RNA的二級結構,一般并不像DNA那樣都是雙螺旋結構,只有在許多區(qū)段可發(fā)生自身回折,使部分A-U、G-C堿基配對,從而形成短的不規(guī)則的螺旋區(qū)。不配對的堿基區(qū)膨出形成環(huán),被排斥在雙螺旋之外。RNA中雙螺旋結構的穩(wěn)定因素,也主要是堿基的堆砌力,其次才是氫鍵。每一段雙螺旋區(qū)至少需要4~6對堿基對才能保持穩(wěn)定。在不同的RNA中,雙螺旋區(qū)所占比例不同?!綬NA的二級結構】細胞內(nèi)有三類主要的核糖核酸,即:mRNA、rRNA、tRNA。它們各有特點。在大多數(shù)細胞中RNA的含量比DNA多5~8倍。【大腸桿菌RNA的性質】
mRNA
生物的遺傳信息主要貯存于DNA的堿基序列中,但DNA并不直接決定蛋白質的合成。而在真核細胞中,DNA主要貯存于細胞核中的染色體上,而蛋白質的合成場所存在于細胞質中的核糖體上,因此需要有一種中介物質,才能把DNA 上控制蛋白質合成的遺傳信息傳遞給核糖體?,F(xiàn)已證明,這種中介物質是一種特殊的RNA。這種RNA起著傳遞遺傳信息的作用,因而稱為信使RNA(messenger RNA,mRNA)。
mRNA的功能就是把DNA上的遺傳信息精確無誤地轉錄下來,然后再由mRNA的堿基順序決定蛋白質的氨基酸順序,完成基因表達過程中的遺傳信息傳遞過程。在真核生物中,轉錄形成的前體RNA中含有大量非編碼序列,大約只有25%序列經(jīng)加工成為mRNA,最后翻譯為蛋白質。因為這種未經(jīng)加工的前體mRNA(pre-mRNA)在分子大小上差別很大,所以通常稱為不均一核RNA(heterogeneous nuclear RNA,hnRNA)。
tRNA
如果說mRNA是合成蛋白質的藍圖,則核糖體是合成蛋白質的工廠。但是,合成蛋白質的原材料——20種氨基酸與mRNA的堿基之間缺乏特殊的親和力。因此,必須用一種特殊的RNA——轉運RNA(transfer RNA,tRNA)把氨基酸搬運到核糖體上,tRNA能根據(jù)mRNA的遺傳密碼依次準確地將它攜帶的氨基酸連結起來形成多肽鏈。每種氨基酸可與1-4種tRNA相結合,現(xiàn)在已知的tRNA的種類在40 種以上。
tRNA是分子最小的RNA,其分子量平均約為27000(25000-30000),由70到90個核苷酸組成。而且具有稀有堿基的特點,稀有堿基除假尿嘧啶核苷與次黃嘌呤核苷外,主要是甲基化了的嘌呤和嘧啶。這類稀有堿基一般是在轉錄后,經(jīng)過特殊的修飾而成的。
1969年以來,研究了來自各種不同生物,:如酵母、大腸桿菌、小麥、鼠等十幾種tRNA的結構,證明它們的堿基序列都能折疊成三葉草形二級結構(圖3-23),而且都具有如下的共性:
?、?5’末端具有G(大部分)或C。
?、?3’末端都以ACC的順序終結。
③ 有一個富有鳥嘌呤的環(huán)。
?、?有一個反密碼子環(huán),在這一環(huán)的頂端有三個暴露的堿基,稱為反密碼子(anticodon).反密碼子可以與mRNA鏈上互補的密碼子配對。
⑤ 有一個胸腺嘧啶環(huán)。
rRNA
核糖體RNA(ribosomal RNA,rRNA)是組成核糖體的主要成分。核糖體是合成蛋白質的工廠。在大腸桿菌中,rRNA量占細胞總RNA量的75%-85%,而tRNA占15%,mRNA僅占3-5%。
rRNA一般與核糖體蛋白質結合在一起,形成核糖體(ribosome),如果把rRNA從核糖體上除掉,核糖體的結構就會發(fā)生塌陷。原核生物的核糖體所含的rRNA有5S、16S及23S三種。S為沉降系數(shù)(sedimentation coefficient),當用超速離心測定一個粒子的沉淀速度時,此速度與粒子的大小直徑成比例。5S含有120個核苷酸,16S含有1540個核苷酸,而23S含有2900個核苷酸。而真核生物有4種rRNA,它們分子大小分別是5S、5.8S、18S和28S,分別具有大約120、160、1900和4700個核苷酸。
rRNA是單鏈,它包含不等量的A與U、G與C,但是有廣泛的雙鏈區(qū)域。在雙鏈區(qū),堿基因氫鍵相連,表現(xiàn)為發(fā)夾式螺旋。
rRNA在蛋白質合成中的功能尚未完全明了。但16 S的rRNA3’端有一段核苷酸序列與mRNA的前導序列是互補的,這可能有助于mRNA與核糖體的結合。
snRNA
除了上述三種主要的RNA外,細胞內(nèi)還有小核RNA(small nuclearRNA,snRNA)。它是真核生物轉錄后加工過程中RNA剪接體(spilceosome)的主要成分?,F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)有五種snRNA,其長度在哺乳動物中約為100-215個核苷酸。snRNA一直存在于細胞核中,與40種左右的核內(nèi)蛋白質共同組成RNA剪接體,在RNA轉錄后加工中起重要作用。另外,還有端體酶RNA(telomeraseRNA),它與染色體末端的復制有關;以及反義RNA(antisenseRNA),它參與基因表達的調控。
有的RNA分子還具有生物催化作用。
上述各種RNA分子均為轉錄的產(chǎn)物,mRNA最后翻譯為蛋白質,而rRNA、tRNA及snRNA等并不攜帶翻譯為蛋白質的信息,其終產(chǎn)物就是RNA。
2006諾貝爾醫(yī)學獎成果RNA干擾機制解讀
1990年,曾有科學家給矮牽?;ú迦胍环N催生紅色素的基因,希望能夠讓花朵更鮮艷。但意想不到的事發(fā)生了:矮牽?;ㄍ耆噬ò曜兂闪税咨?!科學界對此感到極度困惑。
類似的謎團,直到美國科學家安德魯·法爾和克雷格·梅洛發(fā)現(xiàn)RNA(核糖核酸)干擾機制才得到科學的解釋。兩位科學家也正是因為1998年做出的這一發(fā)現(xiàn)而榮獲今年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。
根據(jù)法爾和梅洛的發(fā)現(xiàn),科學家在矮牽?;▽嶒炛兴^察到的奇怪現(xiàn)象,其實是因為生物體內(nèi)某種特定基因“沉默”了。導致基因“沉默”的機制就是RNA干擾機制。
此前,RNA分子只是被當作從DNA(脫氧核糖核酸)到蛋白質的“中間人”、將遺傳信息從“藍圖”傳到“工人”手中的“信使”。但法爾和梅洛的研究讓人們認識到,RNA作用不可小視,它可以使特定基因開啟、關閉、更活躍或更不活躍,從而影響生物的體型和發(fā)育等。
諾貝爾獎評審委員會在評價法爾和梅洛的研究成果時說:“他們的發(fā)現(xiàn)能解釋許多令人困惑、相互矛盾的實驗觀察結果,并揭示了控制遺傳信息流動的自然機制。這開啟了一個新的研究領域?!?div style="height:10px;">
科學家認為,RNA干擾技術不僅是研究基因功能的一種強大工具,不久的未來,這種技術也許能用來直接從源頭上讓致病基因“沉默”,以治療癌癥甚至艾滋病,在農(nóng)業(yè)上也將大有可為。從這個角度來說,“沉默”真的是金。美國哈佛醫(yī)學院研究人員已用動物實驗表明,利用RNA干擾技術可治愈實驗鼠的肝炎。
目前,盡管尚有一些難題阻礙著RNA干擾技術的發(fā)展,但科學界普遍對這一新興的生物工程技術寄予厚望。這也是諾貝爾獎評審委員會為什么不堅持研究成果要經(jīng)過數(shù)十年實踐驗證的“慣例”,而破格為法爾和梅洛頒獎的原因之一。
諾貝爾生理學或醫(yī)學獎評審委員會主席戈蘭·漢松說:“我們?yōu)橐环N基本機制的發(fā)現(xiàn)頒獎。這種機制已被全世界的科學家證明是正確的,是給它發(fā)個諾貝爾獎的時候了。”
補充
核糖核酸(縮寫為RNA,即Ribonucleic Acid),存在于生物細胞以及部分病毒、類病毒中的遺傳信息載體。
RNA由核糖核苷酸經(jīng)磷酯鍵縮合而成長鏈狀分子。一個核糖核苷酸分子由磷酸,核糖和堿基構成。RNA的堿基主要有4種,即A腺嘌呤,G鳥嘌呤,C胞嘧啶,U尿嘧啶。其中,U(尿嘧啶)取代了DNA中的T胸腺嘧啶而成為RNA的特征堿基。
與DNA不同,RNA一般為單鏈長分子,不形成雙螺旋結構,但是很多RNA也需要通過堿基配對原則形成一定的二級結構乃至三級結構來行使生物學功能。RNA的堿基配對規(guī)則基本和DNA相同,不過除了A-U、G-C配對外,G-U也可以配對。
在細胞中,根據(jù)結構功能的不同,RNA主要分三類,即tRNA(轉運RNA), rRNA(核糖體RNA), mRNA(信使RNA)。mRNA是合成蛋白質的模板,內(nèi)容按照細胞核中的DNA所轉錄;tRNA是mRNA上堿基序列(即遺傳密碼子)的識別者和氨基酸的轉運者;rRNA是組成核糖體的組分,是蛋白質合成的工作場所。
在病毒方面,很多病毒只以RNA作為其唯一的遺傳信息載體(有別于細胞生物普遍用雙鏈DNA作載體)。
1982年以來,研究表明,不少RNA,如I、II型內(nèi)含子,RNase P,HDV,核糖體大亞基RNA等等有催化生化反應過程的活性,即具有酶的活性,這類RNA被稱為核酶(ribozyme)。
20世紀90年代以來,又發(fā)現(xiàn)了RNAi(RNA interference,RNA干擾)等等現(xiàn)象,證明RNA在基因表達調控中起到重要作用。
在RNA病毒中,RNA是遺傳物質,植物病毒總是含RNA。近些年在植物中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)一些比病毒還小得多的浸染性致病因子,叫做類病毒。類病毒是不含蛋白質的閉環(huán)單鏈RNA分子,此外,真核細胞中還有兩類RNA,即不均一核RNA(hnRNA)和小核RNA(snRNA)。hnRNA是mRNA的前體;snRNA參與hnRNA的剪接(一種加工過程)。自1965年酵母丙氨酸t(yī)RNA的堿基序列確定以后,RNA序列測定方法不斷得到改進。目前除多種tRNA、5SrRNA、5.8SrRNA等較小的RNA外,尚有一些病毒RNA、mRNA及較大RNA的一級結構測定已完成,如噬菌體MS2RNA含3569個核苷酸。