โครงสร้างตติยภูมิของกรดนิวคลีอิกคือรูปร่างสามมิติของพอลิเมอร์กรดนิวคลีอิก^{[ 1 ]}โมเลกุลRNAและDNA มีความสามารถในการทำงานที่หลากหลาย ตั้งแต่การจดจำโมเลกุลไปจนถึงการเร่งปฏิกิริยาการทำงานดังกล่าวต้องการโครงสร้างสามมิติที่แม่นยำ แม้ว่าโครงสร้างดังกล่าวจะมีความหลากหลายและดูซับซ้อน แต่ก็ประกอบด้วยรูปแบบโครงสร้าง ตติยภูมิที่เกิดขึ้นซ้ำๆ ซึ่งสามารถจดจำได้ง่าย และทำหน้าที่เป็นหน่วยสร้างโมเลกุล รูปแบบที่พบได้บ่อยที่สุดบางส่วนสำหรับโครงสร้างตติยภูมิของ RNA และ DNA ได้รับการอธิบายไว้ด้านล่าง แต่ข้อมูลนี้อิงจากโครงสร้างที่ได้รับการแก้ไขจำนวนจำกัด รูปแบบโครงสร้างตติยภูมิอีกมากมายจะถูกเปิดเผยเมื่อโมเลกุล RNA และ DNA ใหม่ๆ ได้รับการระบุลักษณะโครงสร้าง

โครงสร้างเกลียวคู่เป็นโครงสร้างตติยภูมิที่เด่นสำหรับดีเอ็นเอทางชีวภาพ และยังเป็นโครงสร้างที่เป็นไปได้สำหรับอาร์เอ็นเอ เชื่อกันว่ามีโครงสร้างดีเอ็นเอสามแบบที่พบในธรรมชาติ ได้แก่A-DNA , B-DNAและZ-DNAเชื่อกันว่ารูปแบบ "B" ที่อธิบายโดยJames D. WatsonและFrancis Crick เป็นรูปแบบที่เด่นในเซลล์ ^{[ 2 ]} James D. WatsonและFrancis Crickอธิบายโครงสร้างนี้ว่าเป็นเกลียวคู่ที่มีรัศมี 10 Åและระยะห่างระหว่างเกลียว 34 Åโดยหมุนครบหนึ่งรอบรอบแกนทุกๆ 10 คู่เบสของลำดับ^{[ 3 ]}เกลียวคู่หมุนครบหนึ่งรอบรอบแกนทุกๆ 10.4–10.5 คู่เบสในสารละลาย ความถี่ของการบิดนี้ (เรียกว่าระยะห่าง ระหว่างเกลียว ) ขึ้นอยู่กับแรงเรียงซ้อนที่แต่ละเบสกระทำต่อเบสข้างเคียงในสายโซ่เป็นส่วนใหญ่ อาร์เอ็นเอแบบเกลียวคู่มีโครงสร้างคล้ายกับโครงสร้างแบบ A

โครงสร้างอื่นๆ ก็เป็นไปได้เช่นกัน อันที่จริง ปัจจุบันมีเพียงตัวอักษร F, Q, U, V และ Y เท่านั้นที่สามารถใช้อธิบายโครงสร้าง DNA ใหม่ใดๆ ที่อาจปรากฏขึ้นในอนาคตได้^{[ 4 ] [ 5 ]}อย่างไรก็ตาม รูปแบบส่วนใหญ่เหล่านี้ถูกสร้างขึ้นโดยสังเคราะห์และไม่พบในระบบชีวภาพที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ

อาร์เอ็นเอไตรเพล็กซ์

ร่องหลักสามชั้นในอินทรอนกลุ่ม II ในOceanobacillus Iheyensisแต่ละชั้นซ้อนกันเกิดจากไตรเพล็กซ์หนึ่งอันที่มีโทนสีต่างกัน พันธะไฮโดรเจนระหว่างไตรเพล็กซ์แสดงด้วยเส้นประสีดำ อะตอม "N" มีสีน้ำเงินและอะตอม "O" มีสีแดง จากบนลงล่าง สารตกค้างทางด้านซ้ายคือ G288, C289 และ C377 ^{[ 6 ]}

ภาพระยะใกล้ของไตรเพล็กซ์ร่องหลัก U114:A175-U101 (ฐาน Hoogsteen) ที่เกิดขึ้นภายในปมเทียมชนิดป่าของ RNA เทโลเมอเรสของมนุษย์ พันธะไฮโดรเจนแสดงด้วยเส้นประสีดำ อะตอม "N" มีสีน้ำเงิน และอะตอม "o" มีสีแดง^{[ 7 ]}

โครงสร้างแบบไตร เพล็กซ์ในร่องเล็ก (minor groove triplex) เป็นโครงสร้างโมทีฟของ RNA ที่พบได้ทั่วไป เนื่องจากการโต้ตอบกับร่องเล็กมักเกิดขึ้นโดยผ่านหมู่ 2'-OH ของ น้ำตาล ไรโบส โครงสร้างโมทีฟของ RNA นี้จึงดูแตกต่างจากโครงสร้างโมทีฟ ที่เทียบเท่าใน DNAตัวอย่างที่พบได้บ่อยที่สุดของโครงสร้างแบบไตรเพล็กซ์ในร่องเล็กคือ โมทีฟ A-minor หรือการแทรก เบส อะดีโนซีน เข้าไปในร่องเล็ก (ดูด้านบน) อย่างไรก็ตาม โมทีฟนี้ไม่ได้จำกัดเฉพาะอะดีโนซีนเท่านั้น เนื่องจากมีการสังเกตพบว่า นิวคลีโอเบสอื่นๆก็มีปฏิสัมพันธ์กับร่องเล็กของ RNA ด้วยเช่นกัน

ร่องเล็กเป็นส่วนประกอบที่เกือบสมบูรณ์แบบสำหรับเบสที่แทรกเข้าไป ซึ่งช่วยให้เกิดการสัมผัสแบบแวนเดอร์วาลส์ ที่เหมาะสม พันธะไฮโดรเจนที่กว้างขวางและ การฝังตัวของพื้นผิว ที่ไม่ชอบน้ำและสร้างปฏิสัมพันธ์ที่เอื้อต่อพลังงานสูง^{[ 8 ] [ 9 ]} เนื่องจากสามเบสในร่องเล็กสามารถบรรจุลูปและเกลียวอิสระได้อย่างมั่นคง จึงเป็นองค์ประกอบสำคัญในโครงสร้างของไรโบนิวคลีโอไทด์ ขนาดใหญ่ รวมถึงอินทรอนกลุ่ม I ^{[ 10 ]}อินทรอนกลุ่ม II ^{[ 11 ]}และไร โบโซม

ควอดรูเพล็กซ์

ด้านบน: โครงสร้างวงแหวนทั่วไปของ G-quartet ที่จับคู่แบบ Hoogsteen ^{[ 12 ]}

ด้านบน: ควอดรูเพล็กซ์ที่เห็นในโครงสร้างผลึกของ RNA aptamer ของมาลาไคต์กรีน G29 เกี่ยวข้องกับร่องหลัก ร่องรอง และพันธะไฮโดรเจนแบบวัตสัน-คริกกับเบสอีกสามตัว^{[ 13 ]}

แม้ว่าร่องหลักของ RNA รูปแบบ A มาตรฐานจะค่อนข้างแคบและจึงมีโอกาสเกิดปฏิกิริยาแบบไตรเพล็กซ์น้อยกว่าร่องรอง แต่ก็สามารถสังเกตปฏิกิริยาแบบไตรเพล็กซ์ในร่องหลักได้ในโครงสร้าง RNA หลายแบบ โครงสร้างเหล่านี้ประกอบด้วยการรวมกันของคู่เบสและปฏิกิริยาแบบฮูกสทีนหลายแบบ ตัวอย่างเช่น ไตรเพล็กซ์ GGC (GGC อะมิโน(N-2)-N-7, อิมิโน-คาร์บอนิล, คาร์บอนิล-อะมิโน(N-4); วัตสัน-คริก) ที่พบในไรโบโซม 50Sประกอบด้วยคู่ GC แบบวัตสัน-คริกและ G ที่เข้ามาซึ่งก่อให้เกิดเครือข่ายแบบซูโด-ฮูกสทีนของปฏิกิริยาพันธะไฮโดรเจนระหว่างเบสทั้งสองที่เกี่ยวข้องกับการจับคู่แบบแคนอนิก^{[ 12 ]}ตัวอย่างที่น่าสนใจอื่นๆ ของไตรเพล็กซ์ร่องหลัก ได้แก่ (i) แกนเร่งปฏิกิริยาของอินทรอนกลุ่ม IIที่แสดงในรูปด้านซ้าย^{[ 6 ]} (ii) เกลียวสามชั้น ที่จำเป็นต่อการเร่งปฏิกิริยา ที่พบในRNA เทโลเมอเรส ของมนุษย์ ^{[ 7 ]} (iii) ไรโบสวิตช์ SAM-II ^{[ 14 ]}และ (iv) องค์ประกอบสำหรับการแสดงออกในนิวเคลียส (ENE) ซึ่งทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบในการทำให้ RNA มีเสถียรภาพผ่านการสร้างเกลียวสามชั้นกับหางโพลี(A) ^{[ 15 ] [ 16 ]}

ดีเอ็นเอแบบสามสายยังสามารถเกิดขึ้นได้จากพันธะไฮโดรเจนแบบ Hoogsteen หรือแบบ Hoogsteen กลับด้านในร่องหลักของดีเอ็นเอ แบบ B-form

นอกจากเกลียวคู่และเกลียวสามชั้นที่กล่าวถึงข้างต้นแล้วRNAและDNAยังสามารถสร้างเกลียวสี่ชั้นได้อีกด้วย โครงสร้างของควอดรูเพล็กซ์ของเบส RNA มีความหลากหลาย โมเลกุลกัวนีนสี่โมเลกุล ที่เรียงต่อกัน สามารถสร้างควอดรูเพล็กซ์ใน RNA ได้ด้วย พันธะไฮโดรเจนแบบ Hoogsteenเพื่อสร้าง "วงแหวน Hoogsteen" (ดูรูป) ^{[ 12 ]} คู่ GC และ AU ยังสามารถสร้างควอดรูเพล็กซ์ของเบสได้ด้วย การรวมกันของ การจับคู่แบบ Watson-Crickและการจับคู่แบบไม่เป็นไปตามแบบแผนในร่องเล็ก^{[ 17 ]}

แกนกลางของแอปทาเมอร์ สีเขียวมาลาไคต์ ยังเป็นควอดรูเพล็กซ์ฐานชนิดหนึ่งที่มีรูปแบบพันธะไฮโดรเจนที่แตกต่างกัน (ดูรูป) ^{[ 13 ]}ควอดรูเพล็กซ์สามารถทำซ้ำได้หลายครั้งติดต่อกัน ทำให้เกิดโครงสร้างที่มีเสถียรภาพอย่างมาก

โครงสร้างเฉพาะของบริเวณควอดรูเพล็กซ์ใน RNA อาจทำหน้าที่ต่างๆ ในระบบชีวภาพได้ สองหน้าที่สำคัญคือ ศักยภาพในการจับกับลิแกนด์หรือโปรตีน และความสามารถในการทำให้โครงสร้างตติยภูมิ ทั้งหมด ของ DNA หรือ RNA มีเสถียรภาพ โครงสร้างที่แข็งแรงสามารถยับยั้งหรือปรับเปลี่ยนการถอดรหัสและการจำลองแบบได้ เช่น ในเทโลเมียร์ของโครโมโซมและUTRของ mRNA ^{[ 18 ]} เอกลักษณ์ของเบสมีความสำคัญต่อการจับกับลิแกนด์ โดยทั่วไป G-quartet จะจับกับแคตไอออนที่มีประจุเดียว เช่น โพแทสเซียม ในขณะที่เบสอื่นๆ สามารถจับกับลิแกนด์อื่นๆ ได้มากมาย เช่น ไฮโปแซนทีนในควอดรูเพล็กซ์ UUCU ^{[ 17 ]}

นอกเหนือจากหน้าที่เหล่านี้แล้วG-quadruplexใน mRNA รอบบริเวณที่ไรโบโซมจับยังสามารถทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมการแสดงออกของยีนในแบคทีเรียได้^{[ 19 ]}อาจมีโครงสร้างและหน้าที่ที่น่าสนใจอีกมากมายที่ยังไม่ถูกค้นพบในร่างกาย

การเรียงซ้อนแบบโคแอกเซียล หรือที่รู้จักกันในชื่อการเรียงซ้อนแบบเกลียว เป็นตัวกำหนดโครงสร้างตติยภูมิของ RNA ระดับสูงที่สำคัญ การเรียงซ้อนแบบโคแอกเซียลเกิดขึ้นเมื่อคู่ RNA สองคู่ก่อตัวเป็นเกลียวต่อเนื่อง ซึ่งมีความเสถียรโดยการเรียงซ้อนของเบสที่ส่วนต่อประสานของเกลียวทั้งสอง การเรียงซ้อนแบบโคแอกเซียลถูกสังเกตในโครงสร้างผลึกของ tRNAPhe ^{[ 21 ]}เมื่อไม่นานมานี้ การเรียงซ้อนแบบโคแอกเซียลได้รับการสังเกตในโครงสร้างระดับสูงของ ไร โบไซม์หลายชนิด รวมถึง อินทรอน กลุ่ม Iและกลุ่ม IIที่สามารถตัดต่อตัวเองได้หลายรูปแบบ รูปแบบการเรียงซ้อนแบบโคแอกเซียลทั่วไป ได้แก่ ปฏิสัมพันธ์ แบบ kissing loopและpseudoknotความเสถียรของปฏิสัมพันธ์เหล่านี้สามารถทำนายได้โดยการดัดแปลง "กฎของเทอร์เนอร์" ^{[ 22 ] [ 23 ]}

ในปี 1994 Walter และ Turner ได้กำหนดส่วนประกอบพลังงานอิสระของปฏิสัมพันธ์การเรียงซ้อนของเพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุดภายในส่วนต่อประสานเฮลิกซ์-เฮลิกซ์โดยใช้ระบบแบบจำลองที่สร้างส่วนต่อประสานเฮลิกซ์-เฮลิกซ์ระหว่างโอลิโกเมอร์ สั้น และส่วนที่ยื่นออกมาสี่ นิว คลีโอไท ด์ ที่ปลายก้านแฮร์พินการทดลองของพวกเขายืนยันว่าส่วนประกอบทางอุณหพลศาสตร์ของการเรียงซ้อนของเบสระหว่างโครงสร้างทุติยภูมิแบบเฮลิกซ์สองโครงสร้างเลียนแบบอุณหพลศาสตร์ของการก่อตัวของดูเพล็กซ์มาตรฐานอย่างใกล้ชิด (ปฏิสัมพันธ์เพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุดทำนายความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์ของเฮลิกซ์ที่เกิดขึ้น) ความเสถียรสัมพัทธ์ของปฏิสัมพันธ์เพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุดสามารถใช้ในการทำนายการเรียงซ้อนแบบโคแอกเซียลที่เหมาะสมโดยอิงจากโครงสร้างทุติยภูมิที่ทราบ Walter และ Turner พบว่าโดยเฉลี่ยแล้ว การทำนายโครงสร้าง RNA มีความแม่นยำเพิ่มขึ้นจาก 67% เป็น 74% เมื่อรวมส่วนประกอบการเรียงซ้อนแบบโคแอกเซียลเข้าไปด้วย^{[ 24 ]}

โครงสร้างตติยภูมิของ RNA ที่ได้รับการศึกษาอย่างดีส่วนใหญ่มีตัวอย่างของการเรียงซ้อนแบบแกนร่วม ตัวอย่างที่โดดเด่นบางส่วน ได้แก่ tRNA-Phe, อินทรอนกลุ่ม I, อินทรอนกลุ่ม II และ RNA ไรโบโซม โครงสร้างผลึกของ tRNA เผยให้เห็นการมีอยู่ของเกลียวสองอันที่ยืดออกซึ่งเป็นผลมาจากการเรียงซ้อนแบบแกนร่วมของก้านรับกรดอะมิโนกับแขน T และการเรียงซ้อนของแขน D และแขนแอนติโคดอน ปฏิสัมพันธ์เหล่านี้ภายในtRNAทำให้ก้านแอนติโคดอนตั้งฉากกับก้านกรดอะมิโน นำไปสู่โครงสร้างตติยภูมิรูปตัว L ที่ใช้งานได้^{[ 21 ]}ในอินทรอนกลุ่ม I พบว่าเกลียว P4 และ P6 เรียงซ้อนแบบแกนร่วมโดยใช้การผสมผสานระหว่างวิธีการทางชีวเคมี^{[ 25 ]}และวิธีการทางผลึกศาสตร์ โครงสร้างผลึก P456 ให้มุมมองโดยละเอียดว่าการเรียงซ้อนแบบแกนร่วมทำให้การบรรจุเกลียว RNA เข้าสู่โครงสร้างตติยภูมิมีเสถียรภาพได้อย่างไร^{[ 26 ]}ในอินทรอนกลุ่ม II ที่ตัดต่อตัวเองจาก Oceanobacillus iheyensis ลำต้น IA และ IB เรียงซ้อนกันแบบแกนร่วมและมีส่วนช่วยในการวางแนวสัมพัทธ์ของเกลียวที่เป็นส่วนประกอบของจุดเชื่อมต่อห้าทาง^{[ 6 ]}การวางแนวนี้ช่วยให้เกิดการพับที่เหมาะสมของบริเวณที่ใช้งานของไรโบไซม์ที่ทำงานได้ ไรโบโซมมีตัวอย่างมากมายของการเรียงซ้อนกันแบบแกนร่วม รวมถึงส่วนที่เรียงซ้อนกันยาวถึง 70 bp ^{[ 27 ]}

รูปแบบทั่วไปสองแบบที่เกี่ยวข้องกับการเรียงซ้อนแบบแกนร่วมคือ ลูปจูบและปมเทียม ในปฏิกิริยาลูปจูบ บริเวณลูปสายเดี่ยวของแฮร์พินสองตัวจะโต้ตอบกันผ่านการจับคู่เบส ก่อให้เกิดเกลียวแบบเรียงซ้อนแกนร่วมที่ซับซ้อน ที่น่าสังเกตคือ โครงสร้างนี้ทำให้นิวคลีโอไทด์ทั้งหมดในแต่ละลูปมีส่วนร่วมในการจับคู่เบสและปฏิกิริยาการเรียงซ้อน รูปแบบนี้ได้รับการมองเห็นและศึกษาโดยใช้การวิเคราะห์ NMR โดย Lee และ Crothers ^{[ 28 ]}รูปแบบปมเทียมเกิดขึ้นเมื่อบริเวณสายเดี่ยวของลูปแฮร์พินจับคู่เบสกับลำดับต้นน้ำหรือปลายน้ำภายในสาย RNA เดียวกัน บริเวณคู่สองบริเวณที่เกิดขึ้นมักจะเรียงซ้อนกัน ก่อให้เกิดเกลียวแบบเรียงซ้อนแกนร่วมที่เสถียร ตัวอย่างหนึ่งของรูปแบบปมเทียมคือ ไรโบไซม์ ของไวรัสตับอักเสบเดลต้าที่ มีความเสถียรสูง ซึ่งโครงสร้างหลักแสดงให้เห็นถึงโทโพโลยีปมเทียมคู่โดยรวม^{[ 29 ]}

ได้มีการสังเกตพบผลที่คล้ายกับการเรียงซ้อนแบบโคแอกเซียลในโครงสร้าง DNA ที่ออกแบบอย่างมีเหตุผล โครงสร้าง DNA origamiประกอบด้วยเกลียวคู่จำนวนมากที่มีปลายทู่ที่เปิดเผย โครงสร้างเหล่านี้ถูกสังเกตว่าเกาะติดกันตามขอบที่มีปลายทู่ที่เปิดเผยเหล่านี้ เนื่องมาจากปฏิกิริยาการเรียงซ้อนแบบไฮโดรโฟบิก^{[ 30 ]}ด้วยการรวมโครงสร้างนาโน DNA ที่ออกแบบอย่างมีเหตุผลเหล่านี้เข้ากับการถ่ายภาพความละเอียดสูง DNA-PAINT นักวิจัยสามารถแยกแยะความแข็งแรงของพลังงานการเรียงซ้อนระหว่างไดนิวคลีโอไทด์ที่เป็นไปได้ทั้งหมดได้^{[ 31 ]}

การวัดการเรียงซ้อนแบบโคแอกเซียลในระยะแรกนั้นดำเนินการโดยใช้การทดสอบทางชีวเคมีที่ศึกษาการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของโมเลกุลกรดนิวคลีอิกที่แตกต่างกันโดยพิจารณาจากโครงสร้างและชนิดของปฏิกิริยาที่มีอยู่ โมเลกุล DNA สั้นๆ ที่มีรอยบากซึ่งยังคงสามารถเรียงซ้อนแบบโคแอกเซียลได้นั้นเคลื่อนที่เร็วกว่าโมเลกุล DNA ที่มีช่องว่างและไม่มีการเรียงซ้อนแบบโคแอกเซียล ซึ่งสามารถอธิบายได้ด้วยคุณสมบัติพอลิเมอร์ของ DNA ที่โมเลกุลที่มีลักษณะเป็นแท่งแข็งกว่าจะเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าตามความลาดชันทางไฟฟ้าในเมทริกซ์เมื่อเทียบกับโมเลกุลที่มีความยืดหยุ่นมากกว่า^{[ 32 ]}การพัฒนาเทคนิคใหม่ๆ เช่น แหนบแสงและความสามารถในการพับโครงสร้างนาโนของ DNA นำไปสู่การวัดมัด DNA และความสามารถในการเรียงซ้อนซึ่งกันและกัน จากนั้นจึงสามารถวิเคราะห์แรงที่จำเป็นในการดึงมัดเหล่านี้ออกจากกันโดยใช้แหนบแสงเพื่อวัดพลังงานการเรียงซ้อนของคู่เบส^{[ 33 ]}การวัดเหล่านี้ส่วนใหญ่ดำเนินการภายใต้สภาวะที่ไม่สมดุล และมีการประมาณค่าต่างๆ เพื่อให้ได้ค่าที่แน่นอนของการเรียงซ้อนแบบโคแอกเซียลระหว่างเบส การศึกษาโมเลกุลเดี่ยวล่าสุดโดยใช้โครงสร้างนาโน DNA และกล้องจุลทรรศน์ความละเอียดสูง DNA-PAINT ทำให้สามารถวัดปฏิสัมพันธ์ระหว่างไดนิวคลีโอไทด์เหล่านี้ได้โดยใช้การวิเคราะห์จลนศาสตร์เชิงลึกของเวลาการจับของโมเลกุล DNA สั้นกับลำดับที่เสริมกันในกรณีที่มีหรือไม่มีปฏิสัมพันธ์การเรียงซ้อนของ DNA ^{[ 31 ]}

ปฏิสัมพันธ์ระหว่าง Tetraloop และตัวรับจะรวมการจับคู่เบสและปฏิสัมพันธ์การเรียงซ้อนระหว่างนิวคลีโอไทด์ของลูปใน โมทีฟ Tetraloopและโมทีฟตัวรับที่อยู่ใน RNA duplex ทำให้เกิดการสัมผัสระดับตติยภูมิที่ช่วยให้โครงสร้างระดับตติยภูมิโดยรวมของ โมเลกุล RNA มีเสถียรภาพ Tetraloop ยังเป็นโครงสร้างที่เป็นไปได้ใน DNA duplex อีกด้วย^{[ 35 ]}

ก้านห่วงสามารถแตกต่างกันอย่างมากในขนาดและลำดับ แต่ก้านห่วงที่มี นิว คลีโอไทด์ สี่ตัว นั้นพบได้ทั่วไปและมักจะอยู่ในหนึ่งในสามประเภทตามลำดับ^{[ 36 ]} สามตระกูลนี้ได้แก่ ก้านห่วงCUYG, UNCG และ GNRA (ดูรูปทางด้านขวา) ^{[ 37 ]}ในแต่ละตระกูลก้านห่วงเหล่านี้ นิวคลีโอไทด์ตัวที่สองและตัวที่สามจะก่อให้เกิดการโค้งงอในสาย RNA และคู่เบสระหว่างนิวคลีโอไทด์ตัวแรกและตัวที่สี่จะทำให้โครงสร้างก้านห่วงมีความเสถียร โดยทั่วไปแล้ว ความเสถียรของก้านห่วงขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของเบสภายในห่วงและองค์ประกอบของ "คู่เบสปิด" นี้^{[ 38 ]}ตระกูลก้านห่วง GNRA เป็นตระกูลที่พบได้บ่อยที่สุดในปฏิสัมพันธ์ระหว่างก้านห่วงกับตัวรับ นอกจากนี้ ก้านห่วง UMAC ยังเป็นที่รู้จักกันว่าเป็นเวอร์ชันทางเลือกของก้านห่วง GNRA โดยทั้งสองมีโครงสร้างกระดูกสันหลังที่คล้ายกัน แม้จะมีความคล้ายคลึงกัน แต่ก็มีความแตกต่างกันในปฏิสัมพันธ์ระยะไกลที่เป็นไปได้ที่พวกมันสามารถทำได้^{[ 39 ]}

"โมทีฟตัวรับเททราลูป" คือปฏิสัมพันธ์ตติยภูมิระยะไกล^{[ 40 ]} ซึ่งประกอบด้วยพันธะไฮโดรเจนระหว่างเบสในเททราลูปกับลำดับสเต็มลูปในส่วนปลายของโครงสร้าง RNA ทุติยภูมิ^{[ 41 ]} นอกเหนือจากพันธะไฮโดรเจนแล้ว ปฏิสัมพันธ์แบบเรียงซ้อนยังเป็นองค์ประกอบสำคัญของปฏิสัมพันธ์ตติยภูมิเหล่านี้ ตัวอย่างเช่น ในปฏิสัมพันธ์ GNRA-เททราลูป นิวคลีโอไทด์ตัวที่สองของเททราลูปจะเรียงซ้อนโดยตรงกับโมทีฟแพลตฟอร์ม A (ดูด้านบน) ภายในตัวรับ^{[ 26 ]} ลำดับของเททราลูปและตัวรับมักจะแปรผันร่วมกันเพื่อให้สามารถสร้างการสัมผัสตติยภูมิประเภทเดียวกันได้กับไอโซฟอร์มต่างๆ ของเททราลูปและตัวรับที่เกี่ยวข้อง^{[ 42 ]}

ตัวอย่างเช่น อินทรอนกลุ่ม I ที่ตัดต่อตัวเองนั้นอาศัยโมทีฟตัวรับแบบเททราลูปสำหรับโครงสร้างและการทำงาน^{[ 26 ] [ 41 ]} โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หมู่แอดินีนสามหมู่ของโมทีฟ GAAA แบบดั้งเดิมจะเรียงซ้อนกันบนเกลียวตัวรับและสร้างพันธะไฮโดรเจนที่ทำให้เสถียรหลายพันธะกับตัวรับ แอดินีนตัวแรกของลำดับ GAAA สร้างคู่เบสสามตัวกับเบส AU ของตัวรับ แอดินีนตัวที่สองมีความเสถียรโดยพันธะไฮโดรเจนกับยูริดีนตัว เดียวกัน รวมถึงผ่าน 2'-OH กับตัวรับและผ่านปฏิกิริยากับกัวนีนของเททราลูป GAAA แอดินีนตัวที่สามสร้างคู่เบสสามตัว

ปฏิสัมพันธ์เอไมเนอร์

ปฏิสัมพันธ์ A-minor ประเภท I:ปฏิสัมพันธ์ประเภท I เป็นปฏิสัมพันธ์ A-minor ที่พบได้บ่อยที่สุดและแข็งแกร่งที่สุด เนื่องจากเกี่ยวข้องกับพันธะไฮโดรเจน จำนวนมาก และฝังเบส A ที่เข้ามาในร่องเล็ก^{[ 43 ]}

ปฏิสัมพันธ์ประเภท II A-minor:ปฏิสัมพันธ์ประเภท II เกี่ยวข้องกับกลุ่ม 2'-OH และ N3 ของอะดีโนซีน อะดีโนซีนมีปฏิสัมพันธ์กับกลุ่ม 2'-OH ของไซโตซีนในร่องเล็ก ความแข็งแรงของปฏิสัมพันธ์นี้อยู่ในระดับเดียวกับปฏิสัมพันธ์ประเภท I ^{[ 43 ]}

โครงสร้างโมทีฟ A-minor เป็น โครงสร้างโมที ฟระดับตติยภูมิ ของ RNA ที่พบได้ทั่วไป เกิด จากการแทรกตัวของนิวคลีโอไซด์ ที่ไม่มีคู่ เข้าไปในร่องเล็กของ RNA แบบคู่ ดังนั้นจึงเป็นตัวอย่างของโครงสร้างแบบสามตัวในร่องเล็กแม้ว่ากัวโนซีน ไซโตซีน และยูริดีนก็สามารถสร้างโครงสร้างแบบสามตัวในร่องเล็กได้เช่นกัน แต่การสร้างโครงสร้างในร่องเล็กโดยอะดีนีนนั้นพบได้บ่อยมาก ในกรณีของอะดีนีน ขอบ N1-C2-N3 ของเบสที่แทรกเข้าไปจะสร้างพันธะไฮโดรเจนกับ 2'-OH หนึ่งหรือทั้งสองข้างของ RNA แบบคู่ รวมถึงเบสของ RNA แบบคู่ด้วย (ดูรูป: โครงสร้างโมทีฟ A-minor) RNA แบบคู่ที่เป็นตัวรับมักจะเป็นเบสคู่ GC

รูปแบบ A-minor ได้รับการแยกออกเป็นสี่ประเภท^{[ 8 ] [ 9 ]}ประเภท 0 ถึง III โดยพิจารณาจากตำแหน่งของเบสที่แทรกเข้าไปเมื่อเทียบกับ 2'-OH สองตัวของคู่เบส Watson-Crick ในรูปแบบ A-minor ประเภท I และ II นั้น N3 ของอะดีนีนจะแทรกเข้าไปลึกในร่องเล็กของดูเพล็กซ์ (ดูรูป: ปฏิสัมพันธ์ A-minor - ปฏิสัมพันธ์ประเภท II) และมีความเข้ากันได้ของรูปร่างที่ดีกับคู่เบส แตกต่างจากประเภท 0 และ III ปฏิสัมพันธ์ประเภท I และ II มีความจำเพาะต่ออะดีนีนเนื่องจากปฏิสัมพันธ์พันธะไฮโดรเจน ในปฏิสัมพันธ์ประเภท III ทั้ง O2' และ N3 ของเบสที่แทรกเข้าไปจะเชื่อมโยงกับร่องเล็กของดูเพล็กซ์น้อยกว่า รูปแบบประเภท 0 และ III นั้นอ่อนแอกว่าและไม่จำเพาะเจาะจงเนื่องจากเกิดจากการมีปฏิสัมพันธ์กับ 2'-OH เพียงตัวเดียว (ดูรูป: ปฏิสัมพันธ์ A-minor - ปฏิสัมพันธ์ประเภท 0 และประเภท III)

ลวดลาย A-minor เป็นหนึ่งในลวดลายโครงสร้าง RNA ที่พบได้บ่อยที่สุดในไรโบโซม ซึ่งมีส่วนช่วยในการจับ tRNA กับซับยูนิต 23S ^{[ 44 ]}โดยส่วนใหญ่มักจะทำให้ปฏิสัมพันธ์ของ RNA duplex มีเสถียรภาพในลูปและเกลียว เช่น ในแกนกลางของอินทรอนกลุ่ม II ^{[ 6 ]}

ตัวอย่างที่น่าสนใจของ A-minor คือบทบาทของมันใน การจดจำ แอนติโคดอน ไรโบโซมต้องแยกแยะระหว่างคู่โคดอน-แอนติโคดอนที่ถูกต้องและไม่ถูกต้อง โดยส่วนหนึ่งทำได้โดยการแทรกเบสอะดีนีนเข้าไปในร่องเล็ก คู่โคดอน-แอนติโคดอนที่ไม่ถูกต้องจะมีรูปทรงเกลียวที่บิดเบี้ยว ซึ่งจะป้องกันไม่ให้ปฏิกิริยาของ A-minor ทำให้การจับกันมีเสถียรภาพ และเพิ่มอัตราการแยกตัวของ tRNA ที่ไม่ถูกต้อง^{[ 45 ]}

การวิเคราะห์โมทีฟ A-minor ในRNA ไรโบโซม 23Sได้เปิดเผยเครือข่ายลำดับชั้นของการพึ่งพาโครงสร้าง ซึ่งคาดว่าเกี่ยวข้องกับวิวัฒนาการของไรโบโซมและลำดับเหตุการณ์ที่นำไปสู่การพัฒนาหน่วยย่อยขนาดใหญ่ของแบคทีเรียสมัยใหม่^{[ 46 ]}

มีรายงานว่าโมทีฟ A-minor และคลาสย่อยใหม่ของมัน ปฏิสัมพันธ์ WC/H A-minor ช่วยเสริมความแข็งแกร่งให้กับโครงสร้างตติยภูมิของ RNA อื่นๆ เช่น เกลียวสามชั้นร่องหลักที่ระบุในองค์ประกอบการทำให้เสถียรของ RNA ^{[ 16 ] [ 15 ]}

ริโบสซิปเปอร์เป็น องค์ประกอบโครงสร้างตติยภูมิ ของ RNAซึ่งสาย RNA สองสายถูกยึดเข้าด้วยกันโดย ปฏิกิริยา พันธะไฮโดรเจนที่เกี่ยวข้องกับ 2'OH ของ น้ำตาล ริโบสบนสายที่แตกต่างกัน 2'OH สามารถทำหน้าที่เป็นทั้งผู้ให้และผู้รับพันธะไฮโดรเจน ซึ่งช่วยให้เกิดพันธะไฮโดรเจนแบบแยกสาขากับ 2'OH อีกตัวหนึ่งได้^{[ 47 ] [ 48 ]}

มีการรายงานรูปแบบต่างๆ ของริโบสซิปเปอร์จำนวนมาก แต่รูปแบบทั่วไปเกี่ยวข้องกับพันธะไฮโดรเจนสี่พันธะระหว่างกลุ่ม 2'-OH ของน้ำตาลสองโมเลกุลที่อยู่ติดกัน ริโบสซิปเปอร์มักเกิดขึ้นในอาร์เรย์ที่ทำให้ปฏิสัมพันธ์ระหว่างสาย RNA ที่แยกจากกัน มีเสถียรภาพ ^{[ 49 ]} ริโบสซิปเปอร์มักพบเห็นเป็น ปฏิสัมพันธ์ แบบก้านและห่วงที่มีความจำเพาะของลำดับต่ำมาก อย่างไรก็ตาม ใน หน่วยย่อย ของไรโบโซม ขนาดเล็กและขนาดใหญ่ มีแนวโน้มที่จะเกิดริโบสซิปเปอร์ของลำดับ CC/AA ซึ่งก็คือไซโตซีน สองตัวบนสายแรกจับคู่กับอะ ดีนีนสอง ตัว บนสายที่สอง

การจับไอออนโลหะในอินทรอนกลุ่ม I

การแสดงผล PDB ของการประสานงานของแมกนีเซียมในวงในของอินทรอนกลุ่ม I ลูกบอลสีแดงสองลูกแสดงถึงไอออนแมกนีเซียม และเส้นประที่ลากจากไอออนแสดงถึงการประสานงานกับกลุ่มที่เกี่ยวข้องบนนิวคลีโอไทด์ แผนผังการกำหนดรหัสสีมีดังนี้: สีเขียว = คาร์บอน, สีส้ม = ฟอสเฟต, สีชมพู = ออกซิเจน, สีน้ำเงิน = ไนโตรเจน^{[ 50 ]}

การแสดงผล PDB ของช่องยึด P5c ของอินทรอนกลุ่ม 1 แสดงให้เห็นการประสานงานแบบวงนอก ในที่นี้ อะมีนทั้งหกของออสเมียมเฮกซามีน(III) ทำหน้าที่ที่โดยทั่วไปแล้วโมเลกุลของน้ำทำหน้าที่ และเป็นตัวกลางในการโต้ตอบของไอออนกับร่องหลัก การประสานงานผ่านพันธะไฮโดรเจนแสดงด้วยเส้นประ และออสเมียมแสดงด้วยสีชมพู ส่วนสีอื่นๆ เป็นไปตามข้างต้น^{[ 34 ]}

RNAที่ทำหน้าที่มักเป็นโมเลกุลที่พับและเสถียร มีรูปร่างสามมิติ แทนที่จะเป็นสายเชิงเส้นที่ยืดหยุ่น^{[ 51 ]}แคตไอออนมีความสำคัญต่อการรักษาเสถียรภาพทางอุณหพลศาสตร์ของโครงสร้างตติยภูมิของ RNA แคตไอออนโลหะที่จับกับ RNA อาจเป็นโมโนวาเลนต์ ไดวาเลนต์ หรือไตรวาเลนต์ โพแทสเซียม (K ⁺ ) เป็นไอออนโมโนวาเลนต์ทั่วไปที่จับกับ RNA ไอออนไดวาเลนต์ทั่วไปที่จับกับ RNA คือแมกนีเซียม (Mg2 ⁺ ) ไอออนอื่นๆ รวมถึงโซเดียม (Na ⁺ ) แคลเซียม (Ca2 ⁺ ) และแมงกานีส (Mn2 ⁺ ) พบว่าจับกับ RNA ในร่างกายและในหลอดทดลอง แคตไอออน อินทรีย์หลายวาเลนต์ เช่นสเปอร์มิดีนหรือสเปอร์มีนก็พบในเซลล์และมีส่วนสำคัญต่อการพับของ RNA ไอออนไตรวาเลนต์ เช่น โคบอลต์เฮกซามีน หรือไอออนแลนทานัม เช่นเทอร์เบียม (Tb3 ⁺ ) เป็นเครื่องมือทดลองที่มีประโยชน์สำหรับการศึกษาการจับของโลหะกับ RNA ^{[ 52 ] [ 53 ]}

ไอออนโลหะสามารถทำปฏิกิริยากับ RNA ได้หลายวิธี ไอออนสามารถจับกับโครงสร้างหลักของ RNA ได้อย่างไม่เป็นระเบียบ ช่วยป้องกันปฏิกิริยาทางไฟฟ้าสถิต ที่ไม่พึงประสงค์ การป้องกันประจุนี้มักเกิดขึ้นโดยไอออนโมโนวาเลนต์ ไอออนที่จับกับตำแหน่งเฉพาะจะช่วยทำให้โครงสร้างตติยภูมิของ RNA มีความเสถียรมากขึ้น ปฏิกิริยาที่จับกับตำแหน่งเฉพาะสามารถแบ่งย่อยออกเป็นสองประเภท ขึ้นอยู่กับว่าน้ำเป็นตัวกลางในการจับกับโลหะหรือไม่ ปฏิกิริยาแบบ "วงนอก" เกิดขึ้นโดยโมเลกุลของน้ำที่ล้อมรอบไอออนโลหะ ตัวอย่างเช่น แมกนีเซียมเฮกซาไฮเดรตทำปฏิกิริยาและทำให้โครงสร้างตติยภูมิของ RNA มีความเสถียรมากขึ้นผ่านปฏิกิริยากับกัวโนซีนในร่องหลัก ในทางกลับกัน ปฏิกิริยาแบบ "วงใน" เกิดขึ้นโดยตรงจากไอออนโลหะ RNA มักพับตัวในหลายขั้นตอน และขั้นตอนเหล่านี้สามารถทำให้เสถียรได้ด้วยแคตไอออนชนิดต่างๆ ในขั้นตอนแรกๆ RNA จะสร้างโครงสร้างทุติยภูมิที่มีความเสถียรผ่านการจับกับแคตไอออนโมโนวาเลนต์ แคตไอออนไดวาเลนต์ และอะมีนโพลีแอนไอออนิก เพื่อทำให้โครงสร้างหลักโพลีแอนไอออนิกเป็นกลาง ขั้นตอนต่อมาของกระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของโครงสร้างตติยภูมิของ RNA ซึ่งจะมีความเสถียรเกือบทั้งหมดผ่านการจับตัวของไอออนประจุคู่ เช่น แมกนีเซียม โดยอาจมีส่วนร่วมจากการจับตัวของโพแทสเซียมด้วย

ตำแหน่งการจับโลหะมักจะอยู่ภายในร่องหลักที่ลึกและแคบของสายคู่ RNA โดยประสานกับ ขอบ Hoogsteenของพิวรีนโดยเฉพาะอย่างยิ่งไอออนบวก ของโลหะ จะช่วยทำให้ตำแหน่งการบิดตัวของโครงสร้างหลักมีความเสถียร ซึ่งการเรียงตัวกันอย่างแน่นหนาของฟอสเฟตส่งผลให้เกิดบริเวณที่มีประจุลบหนาแน่น มีรูปแบบการจับไอออนโลหะหลายแบบในสายคู่ RNA ที่ได้รับการระบุในโครงสร้างผลึก ตัวอย่างเช่น ในโดเมน P4-P6 ของอินทรอนกลุ่ม I ของ Tetrahymena thermophila ตำแหน่งการจับไอออนหลายตำแหน่งประกอบด้วยคู่ GU ที่สั่นไหว แบบเรียงต่อกัน และคู่ GA ที่ไม่ตรงกัน แบบเรียงต่อกัน ซึ่ง ไอออน บวกสองวา เลน ต์จะทำปฏิกิริยากับขอบ Hoogsteen ของกัวโนซีนผ่านทาง O6 และ N7 ^{[ 54 ] [ 55 ] [ 56 ]}อีกหนึ่งโมทีฟที่จับไอออนใน อินทรอนกลุ่ม I ของ Tetrahymenaคือโมทีฟแพลตฟอร์ม AA ซึ่งอะดีโนซีน ที่ต่อเนื่องกัน ในสาย RNA เดียวกันจะสร้างคู่เบสเทียมที่ไม่เป็นไปตามแบบแผน^{[ 57 ]}แตกต่างจากโมทีฟ GU แบบเรียงต่อกัน โมทีฟแพลตฟอร์ม AA จะจับกับแคตไอออนแบบโมโนวาเลนต์ได้ดีกว่า ในโมทีฟเหล่านี้จำนวนมาก การไม่มีแคตไอออนแบบโมโนวาเลนต์หรือไดวาเลนต์จะส่งผลให้มีความยืดหยุ่นมากขึ้นหรือสูญเสียโครงสร้างตติยภูมิ

พบว่าไอออนโลหะสองวาเลนซ์ โดยเฉพาะแมกนีเซียม มีความสำคัญต่อโครงสร้างของจุดเชื่อมต่อ DNA เช่น จุดเชื่อมต่อฮอลลิเดย์ที่เป็นตัวกลางในการรวมตัวทางพันธุกรรม ไอออนแมกนีเซียมจะปกป้องกลุ่มฟอสเฟตที่มีประจุลบในจุดเชื่อมต่อและช่วยให้พวกมันอยู่ใกล้กันมากขึ้น ทำให้เกิดโครงสร้างแบบเรียงซ้อนแทนที่จะเป็นโครงสร้างแบบไม่เรียงซ้อน^{[ 58 ]} แมกนีเซียมมีความสำคัญในการทำให้จุดเชื่อมต่อประเภทนี้มีความเสถียรใน โครงสร้าง ที่ออกแบบขึ้นเองซึ่งใช้ในนาโนเทคโนโลยี DNAเช่น มอติฟครอสโอเวอร์คู่^{[ 59 ]}

งานวิจัยแรกสุดในด้านชีววิทยาโครงสร้างของ RNA เกิดขึ้นพร้อมๆ กับงานวิจัยเกี่ยวกับ DNA ในช่วงต้นทศวรรษ 1950 ในบทความสำคัญในปี 1953 วัตสันและคริกเสนอว่าการเบียดเสียดกันของแวนเดอร์วาลส์โดยกลุ่ม 2'OH ของไรโบสจะขัดขวางไม่ให้ RNA มีโครงสร้างเกลียวคู่ที่เหมือนกับแบบจำลองที่พวกเขาเสนอ ซึ่งปัจจุบันเรารู้จักกันในชื่อ DNA รูปแบบ B ^{[ 60 ]}สิ่งนี้กระตุ้นให้เกิดคำถามเกี่ยวกับโครงสร้างสามมิติของ RNA: โมเลกุลนี้สามารถสร้างโครงสร้างเกลียวบางประเภทได้หรือไม่ และถ้าได้ จะทำได้อย่างไร

ในช่วงกลางทศวรรษ 1960 บทบาทของ tRNA ในการสังเคราะห์โปรตีนได้รับการศึกษาอย่างเข้มข้น ในปี 1965 Holley และคณะได้ทำการแยกและจัดลำดับโมเลกุล tRNA ตัวแรก โดยเสนอในเบื้องต้นว่ามันมีโครงสร้างแบบใบโคลเวอร์ โดยอาศัยความสามารถของบางส่วนของโมเลกุลในการสร้างโครงสร้างแบบก้านและห่วงเป็นหลัก^{[ 61 ]}การแยก tRNA พิสูจน์แล้วว่าเป็นความสำเร็จครั้งสำคัญครั้งแรกในชีววิทยาโครงสร้างของ RNA ในปี 1971 Kim และคณะประสบความสำเร็จอีกครั้ง โดยสร้างผลึกของยีสต์ tRNA ^{PHE ที่สามารถเลี้ยวเบนได้ถึงความละเอียด 2–3 อังสตรอม โดยใช้สเปอร์มีน ซึ่ง} เป็นโพลีอะมีนที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติซึ่งจับกับและทำให้ tRNA มีเสถียรภาพ^{[ 62 ]}

หลังจากโครงสร้าง tRNA แรกๆ ออกมาได้ไม่นาน สาขาโครงสร้าง RNA ก็ไม่ได้ก้าวหน้าไปมากนัก ความสามารถในการศึกษาโครงสร้าง RNA ขึ้นอยู่กับศักยภาพในการแยกเป้าหมาย RNA ซึ่งพิสูจน์แล้วว่าเป็นข้อจำกัดของสาขานี้มาหลายปี ส่วนหนึ่งเป็นเพราะเป้าหมายอื่นๆ ที่รู้จักกัน เช่น ไรโบโซมนั้นยากต่อการแยกและตกผลึกมากกว่ามาก ดังนั้น ในช่วงประมาณยี่สิบปีหลังจากที่มีการตีพิมพ์โครงสร้าง tRNA ^PHE ครั้งแรก โครงสร้างของเป้าหมาย RNA อื่นๆ เพียงไม่กี่ตัวเท่านั้นที่ได้รับการแก้ไข โดยเกือบทั้งหมดอยู่ในตระกูล transfer RNA ^{[ 63 ]}

ข้อจำกัดที่น่าเสียดายนี้ในที่สุดก็จะได้รับการแก้ไขส่วนใหญ่เนื่องจากความก้าวหน้าครั้งสำคัญสองประการในการวิจัยกรดนิวคลีอิก ได้แก่ การระบุไรโบไซม์และความสามารถในการผลิตไรโบไซม์ผ่าน การถอดรหัส ในหลอดทดลองหลังจากการตีพิมพ์ของ Tom Cech ที่ระบุว่า อินทรอนกลุ่ม I ของ Tetrahymenaเป็นไรโบไซม์แบบเร่งปฏิกิริยา ด้วยตนเอง ^{[ 64 ]}และรายงานของ Sidney Altman เกี่ยวกับการเร่งปฏิกิริยาโดยไรโบนิวคลีเอส P RNA ^{[ 65 ]} RNA ที่เร่งปฏิกิริยาอื่นๆ อีกหลายชนิดได้รับการระบุในช่วงปลายทศวรรษ 1980 ^{[ 66 ]}รวมถึงไรโบไซม์หัวค้อน ในปี 1994 McKay และคณะได้ตีพิมพ์โครงสร้างของ 'คอมเพล็กซ์ไรโบไซม์-สารยับยั้ง RNA-DNA หัวค้อน' ที่ความละเอียด 2.6 อังสตรอม ซึ่งกิจกรรมเร่งปฏิกิริยาด้วยตนเองของไรโบไซม์ถูกขัดขวางโดยการจับกับสารตั้งต้น DNA ^{[ 67 ]} นอกเหนือจากความก้าวหน้าในการกำหนดโครงสร้างทั่วโลกผ่านทางผลึกศาสตร์แล้ว ช่วงต้นทศวรรษ 1990 ยังมีการนำ NMR มาใช้ซึ่งเป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพในชีววิทยาโครงสร้าง RNA การวิจัยเช่นนี้ทำให้สามารถระบุลักษณะเฉพาะของการจับคู่เบสและปฏิสัมพันธ์การเรียงซ้อนของเบสได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น ซึ่งทำให้โครงสร้างโดยรวมของโมเลกุล RNA ขนาดใหญ่มีความเสถียร

การฟื้นตัวของชีววิทยาโครงสร้าง RNA ในช่วงกลางทศวรรษ 1990 ทำให้เกิดการระเบิดอย่างแท้จริงในสาขาการวิจัยโครงสร้างกรดนิวคลีอิก นับตั้งแต่การตีพิมพ์โครงสร้างแฮมเมอร์เฮดและ P _{4-6 ได้มีการสร้างผล} ^งานสำคัญมากมายในสาขานี้ ตัวอย่างที่น่าสนใจที่สุดบางส่วน ได้แก่ โครงสร้างของ อินทรอน กลุ่ม Iและกลุ่ม II [ ^{6 ]}และ ไร โบโซม^{[ 43 ]}โครงสร้างสามแบบแรกสร้างขึ้นโดยใช้ การถอดรหัส ในหลอดทดลองและ NMR มีบทบาทในการตรวจสอบส่วนประกอบย่อยของโครงสร้างทั้งสี่ ซึ่งเป็นเครื่องพิสูจน์ถึงความจำเป็นของทั้งสองเทคนิคสำหรับการวิจัย RNA รางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2009 มอบให้แก่Ada Yonath , Venkatraman RamakrishnanและThomas Steitz สำหรับผลงานโครงสร้าง ไรโบโซมของพวกเขาซึ่งแสดงให้เห็นถึงบทบาทที่โดดเด่นของชีววิทยาโครงสร้าง RNA ในชีววิทยาโมเลกุลสมัยใหม่