备课素材：mRNA、tRNA、rRNA在蛋白质合成中的作用-2022-2023学年高一下学期生物人教版必修2

mRNA、tRNA、rRNA在蛋白质合成中的作用 生物体内主要有三种不同的RNA分子在基因的表达过程中起 重要的作用。 Ribosome Amino acid Ribosome large subunit Growing polypeptide chain tRNA mNRA Ribosome small subunit 它们是信使RNA(messengerRNA,mRNA)、转移RNA(tranfer RNA,tRNA)、核糖体RNA(ribosomal RNA,rRNA)。RNA含有四 种基本碱基，即腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶。此外还有几 十种稀有碱基。 RNA的一级结构主要是由AMP、GMP、CMP和UMP四种核糖核 苷酸通过3'，5'磷酸二酯键相连而成的多聚核苷酸链。天然RNA 的二级结构，一般并不像DNA那样都是双螺旋结构，只有在许多 区段可发生自身回折，使部分A-U、G一C碱基配对，从而形成短的 不规则的螺旋区。不配对的碱基区膨出形成环，被排斥在双螺旋 之外。RNA中双螺旋结构的稳定因素，也主要是碱基的堆砌力， 其次才是氢键。每一段双螺旋区至少需要4~6对碱基对才能保持 稳定。在不同的RNA中，双螺旋区所占比例不同。 mRNA 生物的遗传信息主要贮存于DNA的碱基序列中，但DNA并不 直接决定蛋白质的合成。而在真核细胞中，DNA主要贮存于细胞 核中的染色体上，而蛋白质的合成场所存在于细胞质中的核糖体 上，因此需要有一种中介物质，才能把DNA上控制蛋白质合成的 遗传信息传递给核糖体。现已证明，这种中介物质是一种特殊的 RNA。这种RNA起着传递遗传信息的作用，因而称为信使RNA (message RNA,mRNA)。 mRNA的功能就是把DNA上的遗传信息精确无误地转录下来， 然后再由mRNA的碱基顺序决定蛋白质的氨基酸顺序，完成基因表 达过程中的遗传信息传递过程。在真核生物中，转录形成的前体 RNA中含有大量非编码序列，大约只有25%序列经加工成为mRNA, 最后翻译为蛋白质。因为这种未经加工的前体mRNA(pre-mRNA)在 分子大小上差别很大，所以通常称为不均一核RNA (heterogeneous nuclear RNA,hnRNA) tRNA 如果说mRNA是合成蛋白质的蓝图，则核糖体是合成蛋白质 的工厂。但是，合成蛋白质的原材料一一20种氨基酸与RNA的 碱基之间缺乏特殊的亲和力。因此，必须用一种特殊的RNA一一 tRNA把氨基酸搬运到核糖体上，tRNA能根据mRNA的遗传密码依 次准确地将它携带的氨基酸连结起来形成多肽链。每种氨基酸可 与1-4种tRNA相结合，现在已知的tRNA的种类在40种以上。 tRNA是分子最小的RNA,其分子量平均约为2700O (25000-30000),由70到90个核苷酸组成。而且具有稀有碱基 的特点，稀有碱基除假尿嘧啶核苷与次黄嘌呤核苷外，主要是甲 基化了的嘌呤和嘧啶。这类稀有碱基一般是在转录后，经过特殊 的修饰而成的。 -CCA,氮基酸连接位点 电氨基酸臂 TΨC环 结合核糖体 DHU环， 结合氨酰 tRNA合成酶 反密码臂 反密码子 3 OH AA arm 6 DHU loop TYC loop Anticodon loop “三叶草-Cloverleaf”structure of tRNA 1969年以来，研究了来自各种不同生物，：如酵母、大肠杆 菌、小麦、鼠等十几种tRNA的结构，证明它们的碱基序列都能折 叠成三叶草形二级结构（图3-23），而且都具有如下的共性： ①5’末端具有G(大部分)或C。 ②3’末端都以ACC的顺序终结。 ③有一个富有鸟嘌岭的环。 ④有一个反密码子环，在这一环的顶端有三个暴露的碱基， 称为反密码子(anticodon)。反密码子可以与mRNA链上互补的 密码子配对。 ⑤有一个胸腺嘧啶环。 rRNA 核糖体是由数种蛋白和核糖体RNA组成的。以前，人们设想 核糖体蛋白可能是核糖体的功能部分，而且核糖体RNA的作用是 作为大的结构支撑核糖体。然而，现在已经清楚在蛋白质合成的 所有场合，从起始到终止，rRNA都起着关键性的功能上的作用。 存在于核糖体上的蛋白的作用还不清楚，可能是在各种核糖体 RNA中起稳定或定位关键性功能序列的作用。 在原核生物中，16 S rRNA涉及到起始，通过mRNA起始密码 子上游的核糖体结合序列(SD序列)和16 S rRNA的互补序列之间 碱基配对来实现起始，有强有力的证据证明mRNA和rRNA之间相 互作用发生在延伸过程中。 23 S rRNA好像起了一个移位的作用，很清楚延伸因子与23S rRNA相互作用。16 S rRNA还涉及到终止作用。终止作用可能是 16 S rRNA与mRNA相互作用或者与释放