赵彦彭 巩卫康 刘洋 王京京 李春华

0 引言

自从发现RNA可以催化化学反应以来，它在分子生物学中的重要性不断增加[1]，现在RNA被认为在许多细胞调控网络中扮演关键角色[2]。基因表达和调控的实现常常依赖于RNA分子特有的结构和动力学。由于RNA的聚阴离子性质[3]，RNA折叠会导致大量负电荷的堆积和链内的强库仑排斥，因此RNA折叠会吸引溶液中的金属离子与其结合，从而降低静电能垒，使折叠后的RNA结构更加稳定。Mg2+在RNA中普遍存在，长期以来被认为是最重要的稳定RNA结构的离子[3]，也被认为是RNA能否正确折叠的关键因素。另外，Mg2+的分布也能够极大地影响RNA的局部结构，并导致不同的局部动力学，这一现象和Mg2+的浓度高度相关[4]。例如，TPP-依赖核糖开关功能的发挥不仅受该小分子的调控，还强烈依赖于溶液中Mg2+的浓度[5]。除了稳定结构外，Mg2+还可以帮助核酶执行催化功能[6]。Mg2+对核酶的催化有三重作用：促使核酶折叠成活性三维结构，配合底物和核酶的官能团来定位反应物，水合Mg2+提供或接受质子以促进催化。通过上述作用，Mg2+可提升核酶的催化效率达1011倍[7]。

在过去的十年中，许多高分辨率的RNA结构被解析出来，特别是磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR)和单分子荧光共振能量转移光谱技术，提供了RNA折叠和构象变化动力学数据[8]。然而实验确定RNA结构中的离子却存在诸多困难：大多数阳离子在光谱上无法被观察到或者很难被探测到[9]；其次由于Mg2+和H2O都有10个电子，所以结合Mg2+很容易被误认为是水分子；再有Mg2+的位置也很难用NMR来确定。……