第515章 RNA的作用

說道DNA,就還要說到RNA。核糖核酸(縮寫爲RNA,即Ribonucleic Acid),存在於生物細胞以及部分病毒、類病毒中的遺傳信息載體。RNA由核糖核苷酸經磷酸二酯鍵縮合而成長鏈狀分子。一個核糖核苷酸分子由磷酸,核糖和鹼基構成。RNA的鹼基主要有4種,即A腺嘌呤、G鳥嘌呤、C胞嘧啶、U尿嘧啶,其中,U(尿嘧啶)取代了DNA中的T。

RNA是以DNA的一條鏈爲模板,以鹼基互補配對原則,轉錄而形成的一條單鏈,主要功能是實現遺傳信息在蛋白質上的表達,是遺傳信息向表型轉化過程中的橋樑。在此過程中,轉運RNA(Transfer RNA,tRNA)是攜帶與三聯體密碼子對應的氨基酸殘基與正在進行翻譯的mRNA結合,而後核糖體RNA(Ribosomal RNA,rRNA)將各個氨基酸殘基通過肽鍵連接成肽鏈進而構成蛋白質分子。

RNA由核糖核苷酸經磷酯鍵縮合而成長鏈狀分子。一個核糖核苷酸分子由磷酸,核糖和鹼基構成。RNA的鹼基主要有4種,即A腺嘌呤,G鳥嘌呤,C胞嘧啶,U尿嘧啶。其中,U尿嘧啶取代了DNA中的T胸腺嘧啶而成爲RNA的特徵鹼基。

1958年,克里克提出RNA是遺傳信息的中間載體這一假設。提出該假設的部分依據是DNA位於真核細胞的細胞核,而蛋白質分子是在細胞質中被合成的。這一事實提示,存在某種物質攜帶並傳遞遺傳信息。克里克注意到,核糖體含有RNA並提出核糖體RNA(rRNA)是遺傳信息的傳遞載體。由於rRNA是核糖體的組成部分,不可能離開核糖體。克里克假設每個核糖體以其自身的rRNA能夠一遍又一遍的重複生產同一種蛋白質。

Francois Jacob及同事提出了另一種假設,認爲是非特異性的核糖體翻譯一種叫做信使的不穩定的RNA。信使是獨立的RNA分子,可將遺傳信息從基因傳遞至核糖體。

1961年Jacob與Sydney Brenner和Matthew Meselson一起發表了關於信使假說的證據。實驗發現,T2噬菌體感染大腸桿菌後,其RNA分子與宿主核糖體結合,合成噬菌體蛋白。表明核糖體合成的蛋白種類取決於與之結合的mRNA而非rRNA。其他研究者亦鑑定出一種更好的信使——一組與核糖體瞬時結合的不穩定RNA。與rRNA不同,mRNA鹼基的組成與T2噬菌體DNA相似,支持了mRNA而非rRNA是信息分子的假設。

現在我們已經證實,mRNA功能是在蛋白分子合成過程中,作爲“信使”分子,將基因組DNA的遺傳信息(即鹼基排列順序)傳遞至核糖體,使核糖體能夠以其鹼基排列順序摻入互補配對的tRNA分子,進而合成正確的肽鏈,實現遺傳信息向蛋白質分子的轉化。

在真核生物中,轉錄形成的前體RNA中含有大量非編碼序列,大約只有25%序列經加工成爲mRNA,最後翻譯爲蛋白質。因爲這種未經加工的前體mRNA(pre-mRNA)在分子大小上差別很大,所以通常稱爲不均一核RNA(heterogeneousnuclearRNA,hnRNA)。

原核生物mRNA一般5′端有一段不翻譯區,稱前導區,3′端有一段不翻譯區,中間是蛋白質的編碼區,一般編碼幾種蛋白質。真核生物mRNA(細胞質中的)一般由5′端帽子結構、5′端不翻譯區、翻譯區(編碼區)、3′端不翻譯區和3′端聚腺苷酸尾巴構成。

又稱轉運RNA。如果說mRNA是合成蛋白質的藍圖,則核糖體是合成蛋白質的工廠。但是,合成蛋白質的原材料——20種氨基酸與mRNA的鹼基之間缺乏特殊的親和力。因此,必須用一種特殊的RNA——轉移RNA(transferRNA,tRNA)把氨基酸搬運到核糖體上,tRNA能根據mRNA的遺傳密碼,依次準確地將它攜帶的氨基酸,摻入正在合成的肽鏈中,實現肽鏈的延伸。所有tRNA的3’端都有相同的三個鹼基(CCA),該位點是tRNA負載氨基酸殘基的靶位。氨基酸通過其分子的羧基與tRNA末端腺苷的2’-OH或3’-OH間的酯鍵附着到tRNA上。每種氨基酸可與1-4種tRNA相結合,已知的tRNA的種類在40種以上。

tRNA是分子最小的RNA,其分子量平均約爲27000(25000~30000),由70到90個核苷酸組成。而且具有稀有鹼基的特點,稀有鹼基除假尿嘧啶核苷與次黃嘌呤核苷外,主要是甲基化了的嘌呤和嘧啶tRNA 。這類稀有鹼基一般是在轉錄後,經過特殊的修飾而成的。

大多數tRNA由七十幾至九十幾個核苷酸組成,參與蛋白質的合成。分子量爲25000~30000,沉降常數約爲4S(個別tRNA的沉降常數爲3S,含63個核苷酸)。曾用名有聯接RNA、可溶性RNA、pH5RNA等。一種tRNA只能攜帶一種氨基酸,如丙氨酸tRNA只攜帶丙氨酸,但一種氨基酸可被不止一種tRNA攜帶。同一生物中,攜帶同一種氨基酸的不同tRNA稱作“同功受體tRNA”。組成蛋白質的氨基酸有20種,根據密碼子擺動學說至少需要31種tRNA,但在脊椎動物中只存在22種tRNA。

1969年以來,研究了來自各種不同生物,如酵母、大腸桿菌、小麥、鼠等十幾種tRNA的結構,證明它們的鹼基序列都能摺疊成三葉草形二級結構(圖3-23),而且都具有如下的共性:

①5’末端具有G(大部分)或C。

②3’末端都以CCA的順序終結。

這些知識,琪琪是都是知道的。這些沒有涵蓋的知識,琪琪也是知道的。病毒樣本,被送到了試管兒裡。然後用化學試劑處理,將病毒的DNA提取出來。在利用儀器測量DNA的點位,琪琪的測量方法,是非常高效的。半個小時的時間,病毒樣本的DNA的所有數據,已經被測量出來了。

要知道,辦的病毒DNA數量都在幾十億以上。如果要推算這些DNA對生物體產生的影響,計算量絕對是天文數字。一般的計算機,是無法完成這種計算的。但是,琪琪的計算機,不是一般的計算,是十萬位的量子計算機。

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