第515章 RNA的作用

说道DNA,就还要说到RNA。核糖核酸(缩写为RNA,即Ribonucleic Acid),存在于生物细胞以及部分病毒、类病毒中的遗传信息载体。RNA由核糖核苷酸经磷酸二酯键缩合而成长链状分子。一个核糖核苷酸分子由磷酸,核糖和碱基构成。RNA的碱基主要有4种,即A腺嘌呤、G鸟嘌呤、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的一条链为模板,以碱基互补配对原则,转录而形成的一条单链,主要功能是实现遗传信息在蛋白质上的表达,是遗传信息向表型转化过程中的桥梁。在此过程中,转运RNA(Transfer RNA,tRNA)是携带与三联体密码子对应的氨基酸残基与正在进行翻译的mRNA结合,而后核糖体RNA(Ribosomal RNA,rRNA)将各个氨基酸残基通过肽键连接成肽链进而构成蛋白质分子。

RNA由核糖核苷酸经磷酯键缩合而成长链状分子。一个核糖核苷酸分子由磷酸,核糖和碱基构成。RNA的碱基主要有4种,即A腺嘌呤,G鸟嘌呤,C胞嘧啶,U尿嘧啶。其中,U尿嘧啶取代了DNA中的T胸腺嘧啶而成为RNA的特征碱基。

1958年,克里克提出RNA是遗传信息的中间载体这一假设。提出该假设的部分依据是DNA位于真核细胞的细胞核,而蛋白质分子是在细胞质中被合成的。这一事实提示,存在某种物质携带并传递遗传信息。克里克注意到,核糖体含有RNA并提出核糖体RNA(rRNA)是遗传信息的传递载体。由于rRNA是核糖体的组成部分,不可能离开核糖体。克里克假设每个核糖体以其自身的rRNA能够一遍又一遍的重复生产同一种蛋白质。

Francois Jacob及同事提出了另一种假设,认为是非特异性的核糖体翻译一种叫做信使的不稳定的RNA。信使是独立的RNA分子,可将遗传信息从基因传递至核糖体。

1961年Jacob与Sydney Brenner和Matthew Meselson一起发表了关于信使假说的证据。实验发现,T2噬菌体感染大肠杆菌后,其RNA分子与宿主核糖体结合,合成噬菌体蛋白。表明核糖体合成的蛋白种类取决于与之结合的mRNA而非rRNA。其他研究者亦鉴定出一种更好的信使——一组与核糖体瞬时结合的不稳定RNA。与rRNA不同,mRNA碱基的组成与T2噬菌体DNA相似,支持了mRNA而非rRNA是信息分子的假设。

现在我们已经证实,mRNA功能是在蛋白分子合成过程中,作为“信使”分子,将基因组DNA的遗传信息(即碱基排列顺序)传递至核糖体,使核糖体能够以其碱基排列顺序掺入互补配对的tRNA分子,进而合成正确的肽链,实现遗传信息向蛋白质分子的转化。

在真核生物中,转录形成的前体RNA中含有大量非编码序列,大约只有25%序列经加工成为mRNA,最后翻译为蛋白质。因为这种未经加工的前体mRNA(pre-mRNA)在分子大小上差别很大,所以通常称为不均一核RNA(heterogeneousnuclearRNA,hnRNA)。

原核生物mRNA一般5′端有一段不翻译区,称前导区,3′端有一段不翻译区,中间是蛋白质的编码区,一般编码几种蛋白质。真核生物mRNA(细胞质中的)一般由5′端帽子结构、5′端不翻译区、翻译区(编码区)、3′端不翻译区和3′端聚腺苷酸尾巴构成。

又称转运RNA。如果说mRNA是合成蛋白质的蓝图,则核糖体是合成蛋白质的工厂。但是,合成蛋白质的原材料——20种氨基酸与mRNA的碱基之间缺乏特殊的亲和力。因此,必须用一种特殊的RNA——转移RNA(transferRNA,tRNA)把氨基酸搬运到核糖体上,tRNA能根据mRNA的遗传密码,依次准确地将它携带的氨基酸,掺入正在合成的肽链中,实现肽链的延伸。所有tRNA的3’端都有相同的三个碱基(CCA),该位点是tRNA负载氨基酸残基的靶位。氨基酸通过其分子的羧基与tRNA末端腺苷的2’-OH或3’-OH间的酯键附着到tRNA上。每种氨基酸可与1-4种tRNA相结合,已知的tRNA的种类在40种以上。

tRNA是分子最小的RNA,其分子量平均约为27000(25000~30000),由70到90个核苷酸组成。而且具有稀有碱基的特点,稀有碱基除假尿嘧啶核苷与次黄嘌呤核苷外,主要是甲基化了的嘌呤和嘧啶tRNA 。这类稀有碱基一般是在转录后,经过特殊的修饰而成的。

大多数tRNA由七十几至九十几个核苷酸组成,参与蛋白质的合成。分子量为25000~30000,沉降常数约为4S(个别tRNA的沉降常数为3S,含63个核苷酸)。曾用名有联接RNA、可溶性RNA、pH5RNA等。一种tRNA只能携带一种氨基酸,如丙氨酸tRNA只携带丙氨酸,但一种氨基酸可被不止一种tRNA携带。同一生物中,携带同一种氨基酸的不同tRNA称作“同功受体tRNA”。组成蛋白质的氨基酸有20种,根据密码子摆动学说至少需要31种tRNA,但在脊椎动物中只存在22种tRNA。

1969年以来,研究了来自各种不同生物,如酵母、大肠杆菌、小麦、鼠等十几种tRNA的结构,证明它们的碱基序列都能折叠成三叶草形二级结构(图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的顺序终结。

这些知识,琪琪是都是知道的。这些没有涵盖的知识,琪琪也是知道的。病毒样本,被送到了试管儿里。然后用化学试剂处理,将病毒的DNA提取出来。在利用仪器测量DNA的点位,琪琪的测量方法,是非常高效的。半个小时的时间,病毒样本的DNA的所有数据,已经被测量出来了。

要知道,办的病毒DNA数量都在几十亿以上。如果要推算这些DNA对生物体产生的影响,计算量绝对是天文数字。一般的计算机,是无法完成这种计算的。但是,琪琪的计算机,不是一般的计算,是十万位的量子计算机。

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