核糖核酸

核糖核酸

核糖核酸（Ribonucleic Acid，簡稱RNA）是一種重要的生物大分子，由核苷酸單元組成，在蛋白質合成、基因表達調控等生命過程中發揮關鍵作用。RNA與脫氧核糖核酸（DNA）共同構成所有已知生命形式的遺傳信息傳遞與表達系統。

RNA的基本化學結構特徵包括：

• 核苷酸組成：由磷酸、核糖（五碳糖）和四種含氮鹼基（腺嘌呤A、尿嘧啶U、胞嘧啶C、鳥嘌呤G）構成

• 單鏈結構：通常以單鏈形式存在，但可通過自身摺疊形成局部雙鏈結構

• 3'端與5'端：分子兩端分別具有游離的羥基（3'端）和磷酸基團（5'端）

• 鹼基配對：A與U配對，C與G配對，形成氫鍵連接

RNA根據功能可分為多種類型：

信使RNA（mRNA）

• 功能：攜帶DNA的遺傳信息，作為蛋白質合成的模板

• 特徵：具有5'端帽子和3'端多聚腺苷酸尾（poly-A tail）

• 生命周期：通常較短暫，完成任務後被降解

轉運RNA（tRNA）

• 功能：在翻譯過程中運輸特定胺基酸到核糖體

• 結構：獨特的"三葉草"二級結構和L形三維結構

• 特異性：每種tRNA只能識別一種胺基酸和對應的密碼子

核糖體RNA（rRNA）

• 功能：構成核糖體的主要結構和催化中心

• 分布：真核生物和原核生物的核糖體含有不同大小的rRNA

• 催化活性：具有核酶（ribozyme）功能，催化肽鍵形成

非編碼RNA（ncRNA）

包括多種調控性RNA分子：

• 微小RNA（miRNA）：調節基因表達，參與轉錄後沉默

• 小干擾RNA（siRNA）：介導RNA干擾（RNAi）途徑

• 長鏈非編碼RNA（lncRNA）：參與染色質重塑和基因組印記等過程

RNA的產生過程稱為轉錄：

轉錄過程

1. 起始：RNA聚合酶結合啟動子區域

2. 延伸：以DNA為模板合成RNA鏈

3. 終止：遇到終止信號時停止合成

轉錄後加工

• 5'端加帽：添加7-甲基鳥苷酸帽

• 3'端加尾：添加poly-A尾

• 剪接：去除內含子，連接外顯子

• 編輯：特定情況下改變RNA序列

RNA在生命活動中具有多重重要作用：

1. 信息傳遞：作為DNA與蛋白質之間的中介

2. 催化功能：某些RNA具有酶活性（如核酶）

3. 基因調控：參與轉錄和轉錄後調控

4. 進化角色：RNA世界假說認為RNA是早期生命的關鍵分子

RNA技術在多個領域具有重要應用價值：

• 醫學診斷：作為疾病標誌物（如某些癌症的miRNA標誌物）

• 疫苗開發：mRNA疫苗技術（如COVID-19疫苗）

• 基因治療：RNA干擾技術用於靶向治療

• 農業生物技術：通過RNAi技術培育抗病蟲害作物

• 1868年：米歇爾首次從膿細胞中分離出"核素"（含RNA）

• 1939年：證明RNA在蛋白質合成中的作用

• 1956年：發現RNA聚合酶

• 1982年：發現首個核酶（Thomas Cech）

• 2006年：Andrew Fire和Craig Mello因RNA干擾研究獲諾貝爾獎

RNA研究仍在快速發展中，新發現不斷拓展我們對這一重要分子的認識。