什么是RNA？

艺术家对RNA的解释。（图片来源：Shutterstock）

RNA不仅是DNA鲜为人知的表弟，还在将遗传信息转化为体内蛋白质中起着核心作用。这种非凡的分子还为许多病毒带来了遗传学说明，它可能有助于生活开始。

“中央教条”

一起，RNA，核糖酸的缩写和脱氧核糖核酸，脱氧核糖核酸的缩写，构成核酸，这是认为对生命至关重要的三或四类主要的“大分子”之一。（其他是蛋白质和脂质。许多科学家也放置碳水化合物在这组中。）大分子是非常大的分子，通常由重复亚基组成。 RNA和DNA由称为核苷酸的亚基组成。

两种核酸组合创建蛋白质。使用核酸中的遗传信息创建蛋白质的过程对生命非常重要，以至于生物学家称其为分子的“中心教条”生物学。该教条描述了有机体中遗传信息的流动。俄勒冈州立大学说，DNA的信息被写出或“转录”为RNA信息，而RNA的信息被写出或“翻译”成蛋白质。

芝加哥大学生物学家Chuan He告诉LIVE Science。

RNA字母

RNA和DNA存储和复制信息的能力取决于分子的重复核苷酸亚基。核苷酸以特定序列组织，可以像单词中的字母一样读取。

每个核苷酸都有三个主要部分：糖分子，磷酸盐基和一种称为核苷酶或碱的环状化合物。来自不同核苷酸单元的糖通过磷酸盐桥连接起来，形成RNA或DNA分子的重复聚合物 - 就像由糖珠制成的项链，由磷酸根串连接在一起。

附着在糖上的核碱构成构建蛋白质所需的序列信息，如国家人类基因组研究所。 RNA和DNA每个都有四个碱基：腺嘌呤，鸟嘌呤，胞嘧啶和胸腺嘧啶作为DNA，尿嘧啶在RNA中交换为胸腺氨酸。这四个碱基构成了分子的字母，因此表示为字母：ay腺嘌呤，g for鸟嘌呤等。

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但是RNA和DNA不仅可以编码“字母”序列。他们也可以复制它们。之所以起作用，是因为一个RNA或DNA字符串上的碱基可以粘贴在另一个字符串上的基础上，但只能以非常特定的方式粘贴。基地仅与“补充”合作伙伴：c至g，在RNA中向u（或在DNA的情况下a）。因此，DNA用作转录RNA分子的模板，该模板反映了DNA序列 - 编码其记录。

一种称为Messenger RNA（mRNA）的RNA使用此复制功能将遗传数据从DNA到核糖体（核糖体）（细胞的产生蛋白质产生成分）。马萨诸塞大学。核糖体“读” mRNA序列，以确定蛋白质亚基（氨基酸）应结合生长的蛋白质分子的顺序。

另外两个RNA物种完成了这一过程：转移RNA（tRNA）将mRNA指定的氨基酸带到核糖体，而核糖体RNA（rRNA）构成了大部分核糖体，将氨基酸连接在一起。

RNA作为酶

科学家认为RNA的主要教条活动是该分子定义的中心。但是，自1980年代以来，关于RNA是什么以及它可以做什么的想法大大扩展，当时生物学家Sidney Altman和Thomas R. Cech发现RNA可以像蛋白质一样工作。（研究人员赢得了1989年诺贝尔化学奖为了发现。）

蛋白质是体内大多数化学反应的关键成分，作为酶，部分要归功于这些分子可以实现的各种形状或构象。（酶是促进和催化化学反应的蛋白质。）与DNA不同，RNA也可以在一定程度上塑造转移，因此可以用作基于RNA的酶或核酶。 RNA对DNA的灵活性更大，部分来自RNA核糖糖的额外氧气，这使得分子不稳定，生物学家Merlin Crossley在对话。脱氧核糖参考DNA的1-氧不足的“脱氧”。

根据一些研究人员，最重要的基于RNA的催化活性发生在核糖体中，其中rRNA（核酶）介导氨基酸添加到生长的蛋白质中。其他核酶包括小核RNA（snRNA），将mRNA剪接到可用形式，然后M1 RNA，是最早已知的核酶之一，它类似地夹住细菌tRNA。

RNA的监管动物园

在过去的三十年中，已知的数量RNA品种他说，由于研究人员发现了一个完全不同的事情：调节基因。他说：“有一组RNA起着关键的监管角色。”

研究人员在2017年发表的一份评论中写道：“近年来，很少有生物学领域像RNA分子生物学那样彻底转变。”国际生物医学杂志。作者写道，最重要的是简短的干扰RNA（siRNA），microRNA（miRNA）和Piwi-Interacting RNA（PIRNA）。

siRNA和miRNA“沉默”基因通过附着在mRNA中的互补序列上。然后，调节性RNA激活可以切割mRNA或阻止其翻译的蛋白质的复合物，如《 2010年杂志》中所述当前的基因组学。根据2009年发表的评论细胞。 PIRNA执行类似的沉默，但专门在性细胞中运行，靶向可移动的遗传材料，称为“可转移”元素，可以突变基因，该元素可突变基因。发展。

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其他调节性RNA播放器包括较高的长非编码RNA（lncRNA），该RNA（LNCRNA）通过与DNA和蛋白质复合物相关联基因称为染色质，如该杂志2019年的评论中所述。非编码RNA。 lncRNA可以激活或灭活染色质的切片，这些切片将DNA包装成细胞中的紧凑形式，从而使该染色质中的基因表达或抑制。根据该杂志的2020年评论，增强子RNA与上述许多基因的表达相反，从而增加了某些基因的表达。细胞和发育生物学领域。

其他生物体中弹出了其他RNA类型。例如，细菌的类似物类似于miRNA和siRNA，称为小RNA调节剂（SRNA）。基因编辑的部分CRISPR-CAS9系统在细菌和古细菌中发现的也依赖于RNA，它与鉴定入侵者的所谓CRISPR DNA序列结合。

“ RNA世界”

RNA在功能和形式方面的多功能性有助于激发称为的想法“ RNA世界”假设。

生物体依靠一个惊人的复杂DNA，RNA和蛋白质来传递遗传信息，科学家长期以来一直想知道该系统如何在早期生命形成中产生。他说，RNA提供了逻辑上的答案：该分子可以储存遗传信息并催化反应，这表明早期，简单的生物可能仅依赖RNA。

他说：“这是一种混合动力。” “因此，这完全是有道理的。”

此外，他说，RNA的糖基核糖总是在生物体中首先出现，因为它更容易制作。然后，脱氧核糖从核糖中产生。他说：“因此，这意味着生活中，您先拥有核糖，RNA，然后DNA来了。”

从这个更简单的RNA开始，可能会出现更复杂的寿命，从而不断发展稳定器DNA作为长期文库，并开发蛋白质作为更有效的催化剂。

为什么根本没有RNA？

在从DNA到蛋白质的路径中，RNA本质上是中间人，那么为什么不消除介于中间的RNA中并直接从DNA转移到蛋白质呢？他说，像DNA病毒一样，简单的生命形式就是这样做的。同样，一些最臭名昭著的病毒 - HIV，普通冷病毒，流感和Covid-19-将其所有遗传信息藏在RNA中，而没有DNA的前身。

他说，更复杂的生物需要做更多的遗传调节。因此，他们的大多数基因组没有为蛋白质编码，而是为调节其他序列的基因组的一部分代码。发起人例如，可以打开或关闭基因。他说：“您不想将[人类基因组的30亿碱基对转换为蛋白质序列。”他说。 RNA可以将遗传序列的蛋白质编码位仅转录到mRNA中介中。

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此外，mRNA提供了一种微调基因输出的方便方法。 “ RNA…是DNA影印本。”RNA社会这是一个促进RNA研究共享的非营利组织。 “当细胞需要产生某种蛋白质时，它会……以信使RNA的形式产生多个DNA的副本……因此，RNA会膨胀一次可以制作的给定蛋白的数量。”

RNA的放大能力再次是由于分子的柔韧性。由于RNA可以折叠成各种形状，因此它可以消除运行该复印机所需的mRNA和tRNA构象。 DNA不能那样做。

研究边界

RNA不仅为许多病毒存储了遗传信息，而且还可以帮助科学家对抗那些相同的入侵者。拟议的基于RNA的疫苗将使用注入的mRNA告诉一个人的身体制作抗原，这是触发免疫反应的物质，生物学家Alexis Hubaud为哈佛大学的研究生院博客。他告诉Live Science：“这是如今开发抗COVID-19疫苗的最受欢迎的方法之一。” COVID-19候选疫苗等疫苗那些由现代制造的辉瑞采用这种方法。

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其他潜在的RNA治疗应用可以使用注射的mRNA告诉人体在缺乏编码该蛋白质的基因的患者中制造功能性蛋白质，例如血友病。他说：“几年前，人们会说这很疯狂 - 如果您有缺陷，我将为您提供健康的Messenger RNA。”他补充说，但这现在是最令人兴奋的研究领域之一。

2020年6月的突破也让RNA研究人员感到兴奋，科学家报道。它表明，消除RNA结合蛋白可以将其他细胞变成神经元，这对诸如阿尔茨海默氏症他说。

他说：“这也很令人兴奋，因为从根本上表明RNA可能会对细胞命运产生巨大影响。”

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