備課素材：RNA的分類及功能-高一下學(xué)期生物人教版必修2

RNA的分類及功能先看一道試題：（2022年江蘇高考生物試題.21題）科學(xué)家研發(fā)了多種RNA藥物用于疾病治療和預(yù)防圖中①～④示意4種RNA藥物的作

用機(jī)制。請回答下列問題。(1細(xì)胞核內(nèi)RNA轉(zhuǎn)錄合成以

為模板需要

的催化前體mRA需加工

為成熱的mRN,才能轉(zhuǎn)運到細(xì)胞質(zhì)中發(fā)揮作用說明

對大分子物質(zhì)的轉(zhuǎn)運具有選擇性。2)機(jī)制①:有些杜興氏肌營養(yǎng)不良癥患者DMD蛋白基因的51外顯子片段中發(fā)生

，

提前產(chǎn)生終止密碼子，從而不能合成DMD蛋白。為治療該疾病，將反義RNA藥物導(dǎo)入細(xì)胞核，使其與51外顯子轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)合形成DMD前體mRNA剪接時異常區(qū)段被剔除從

而合成有功能的小DMD蛋白，減輕癥狀。3)機(jī)制②:有些高膽固醇血癥患者的PCK9蛋白可促進(jìn)低密度脂蛋白的內(nèi)吞受體降解，血液中

膽固醇含量偏高。轉(zhuǎn)入與PCS9mRNA特異性結(jié)合的siRNA，導(dǎo)致PCS9mRA被剪斷，從而抑制細(xì)胞內(nèi)的

合成，治療高膽固醇血癥。4)機(jī)制③:mRNA藥物進(jìn)入患者細(xì)胞內(nèi)可表達(dá)正常的功能蛋白，替代變異蛋白發(fā)揮治療作用。通

常將mRNA藥物包裝成脂質(zhì)體納米顆粒，目的是

(2分)。

5)機(jī)制④:編碼新冠病毒S蛋白的mRNA疫苗進(jìn)入人體細(xì)胞，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體中合成S蛋

白,經(jīng)過

修飾加工后輸送出細(xì)胞，可作為

誘導(dǎo)人體產(chǎn)生特

異性免疫反應(yīng)。6)接種了兩次新型冠狀病毒滅活疫苗后,若第三次加強(qiáng)接種改為重組新型冠狀病毒疫苗,根據(jù)

人體特異性免疫反應(yīng)機(jī)制分析，進(jìn)一步提高免疫力的原因有

(2分)。答案：（1)DNA的一條鏈

RNA聚合酶核孔（2）突變（堿基的增添、減少或替換）

雙鏈

RNA（3)PCSK9蛋白（4）保護(hù)并把mRNA送入細(xì)胞內(nèi)，使之能夠表達(dá)正常的功能蛋白（2分）（5）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體

抗原（6）重組新型冠狀病毒疫苗作為抗原刺機(jī)體產(chǎn)生更多的記憶細(xì)胞和抗體，進(jìn)一步提高機(jī)體的免疫力（2分）此題涉及多種RNA（siRNA、cRNAs、mRNA人教2019版高中生物學(xué)必修二P65介紹了“信使RNA、轉(zhuǎn)運RNA、核糖體RNA”：那么，RNA有哪些種類？各有什么功能？隨著技術(shù)的進(jìn)步，不斷發(fā)現(xiàn)新的非編碼RNA（nNon-codingRNA,cRNAs）類別，但帶有功能注釋的編碼和非編碼RNA仍然是一個相對較小的部分。RNA種類繁多，作用精細(xì)。除了典型的蛋白質(zhì)編碼RNA外，各種長短非編碼RNA也不斷被發(fā)現(xiàn)。大體上可以將具有（部分）特征功能的RNA分為三類。第一類包括蛋白質(zhì)編碼相關(guān)RNA，包括指定用于蛋白質(zhì)合成的RNA，即信使RNA（messengerRNA,mRNA）、轉(zhuǎn)運RNA（transferRNA,tRNA）和核糖體RNA（ribosomalRNA,

rRNA），以及負(fù)責(zé)其成熟的RNA。mRNAs、rRNAs和tRNAs負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)翻譯；mRNA，以DNA為模板，依據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則轉(zhuǎn)錄生成，是蛋白質(zhì)生物合成的直接模板。mRNA雖然只占細(xì)胞總RNA的2%~5%；tRNA，是一種由76-90個核苷酸所組成的RNA，3'端可以在氨酰-tRNA合成酶催化之下，以mRNA為模板，攜帶密碼子對應(yīng)的氨基酸進(jìn)入核糖體；rRNA，是細(xì)胞內(nèi)含量最多的一類RNA（約占RNA總量的82%），單獨存在時不執(zhí)行其功能，與蛋白質(zhì)結(jié)合而形成核糖體，在mRNA的指導(dǎo)下將氨基酸合成為肽鏈。小核RNA（smallnuclearRNAs,

snRNA）主要作用于細(xì)胞核中的前mRNA加工。核糖核酸酶P（ribonucleaseP,

RNaseP）和核糖核酶MRP（ribonucleaseMRP,

RNaseMRP）分別負(fù)責(zé)tRNA和rRNA的成熟；RNaseP，含有一個單鏈RNA分子，長度為375個堿基，結(jié)合一個相對分子質(zhì)量為20kDa的多肽，是一種重要的核酸內(nèi)切酶，RNA負(fù)責(zé)催化前體tRNA的5'末端成熟，蛋白質(zhì)則起間接的作用，廣泛存在于原核生物和真核生物（核仁、葉綠體和線粒體）中。RNaseMRP，是存在于所有真核生物中一類保守的由一條非編碼RNA催化亞基和近十個蛋白質(zhì)組成的核糖核酸復(fù)合物。它在核糖體rRNA前體成熟過程和細(xì)胞周期調(diào)控中都扮演著重要的角色。核仁小RNA（smallnucleolarRNAs,

snoRNA）具有多種功能，包括rRNA和snRNA修飾。snoRNA，由內(nèi)含子編碼，分布于真核生物細(xì)胞核仁的小分子非編碼RNA，具有保守的結(jié)構(gòu)元件。(圖片來源于參考資料）第二類RNA包括調(diào)節(jié)性RNA。microRNAs（miRNAs）、短發(fā)卡

RNA（shorthairpinRNA，shRNA）、小干擾RNA（smallinterferenceRNA,siRNA）是短ncRNAs，通過轉(zhuǎn)錄后降解mRNA分子干擾基因表達(dá)；miRNA基因通常是在核內(nèi)由RNA聚合酶II(polII)轉(zhuǎn)錄的，最初產(chǎn)物為大的具有帽子結(jié)構(gòu)和polyA尾巴的pri-miRNA。pri-miRNA在多種酶的作用下剪切并成熟后為約22個核苷酸長度的單鏈miRNA。shRNA，包括兩個短反向重復(fù)序列，中間由一莖環(huán)（loop）序列分隔的，組成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，由pol

Ⅲ啟動子控制。siRNA,

在細(xì)胞內(nèi)被酶切割成21～25bp大小的雙鏈RNA（dsRNA），功能類似于miRNA，并且在RNA干擾（RNAi）途徑內(nèi)操作。與Piwi蛋白相作用的RNA稱為piRNA。piRNAs是一類內(nèi)源性小干擾RNA，在基因組中顯示出與眾不同的定位類型。piwi相互作用RNA（piRNAs）沉默生殖系細(xì)胞中的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子和其他遺傳元件；piRNA不能由dsRNA形成。反義RNA（antisenseRNAs，aRNAs）是與其他轉(zhuǎn)錄物具有部分或全序列互補(bǔ)性的內(nèi)源性RNA，它利用不同的轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后基因調(diào)控機(jī)制來執(zhí)行多種生物學(xué)功能；與mRNA互補(bǔ)后，能抑制與疾病發(fā)生直接相關(guān)基因的表達(dá)的RNA。它封閉基因表達(dá)，具有特異性強(qiáng)、操作簡單的特點。競爭性內(nèi)源性RNA（competingendogenousRNAs,

ceRNAs）通過競爭共享的miRNAs來調(diào)節(jié)mRNA轉(zhuǎn)錄；長非編碼RNA（longnoncodingRNAs，lncRNAs）長度超過200個核苷酸，以組織特異性和發(fā)育調(diào)節(jié)模式轉(zhuǎn)錄，可通過向特定基因組位點募集染色質(zhì)重塑復(fù)合物來介導(dǎo)表觀遺傳改變；增強(qiáng)子RNA（enhancerRNAs,

eRNAs）是從增強(qiáng)子區(qū)域轉(zhuǎn)錄的短ncRNA分子，在順式和反式轉(zhuǎn)錄調(diào)控中發(fā)揮積極作用。最后一組由寄生RNA組成能夠自我繁殖的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子、RNA病毒和CRISPRRNA（crRNAs），它們通過幫助Cas蛋白識別和切割外源DNA而構(gòu)成原核免疫系統(tǒng)。這種分類不是相互排斥的。一些RNA最初是從一類中鑒定出來的，后來發(fā)現(xiàn)在另一類中起作用。例如循環(huán)RNAs（circRNAs）最初被描述為具有基因調(diào)節(jié)潛力的ncRNAs，其中一些后來被顯示為具有蛋白質(zhì)編碼作用。許多非編碼RNA的確切作用仍在研究中。例如，sno-derivedRNAs（sdRNAs）是來源于H/ACA盒snoRNAs或C/D盒snoRNA的miRNA樣RNA，在RNA沉默和snoRNA介導(dǎo)的RNA處理系統(tǒng)之間的相互作用中具有假設(shè)作用；miRNA偏移RNA（moRNAs）由人類miRNA前體產(chǎn)生，但其表達(dá)水平遠(yuǎn)低于相應(yīng)的miRNAs；轉(zhuǎn)錄起始RNA（tiRNAs）在??60至+?轉(zhuǎn)錄起始位點（TSS）的120個核苷酸，可能是所有真核生物轉(zhuǎn)錄的一個普遍特征，其確切功能尚未明確。不同類型的RNA功能很大程度上取決于它們與大分子的相互作用，而大分子通常由兩個相互作用伙伴的序列和結(jié)構(gòu)特征決定。例、反義RNA是一種本身缺乏編碼能力，但能與特異靶RNA（主要是mRNA）互補(bǔ)的RNA分子，與靶mRNA的特定區(qū)域結(jié)合形成雙鏈復(fù)合物，從而阻斷蛋白質(zhì)合成過程。下列說法正確的是（

）A.反義RNA與靶mRNA形成的雙鏈RNA中的堿基配對方式與翻譯過程相同B.合成的反義基因只有整合到細(xì)胞的染色體上才能發(fā)揮作用C.反義RNA導(dǎo)致靶基因不能正常表達(dá)是因為翻譯過程受阻D.可以利用反義RNA技術(shù)抑制病毒在宿主細(xì)胞內(nèi)增殖【答案】ACD【解析】從圖中看出：反義基因經(jīng)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的反義RNA與細(xì)胞原有mRNA（靶mRNA）互補(bǔ)形成雙鏈RNA，阻止靶mRNA進(jìn)一步翻譯形成。翻譯過