DNA與RNA

DNA與RNA

DNA,全寫為** 脫氧核糖核酸 ,和蛋白質一樣,也是一種生物大分子,它的功能是 存儲遺傳信息 **。

其實DNA和蛋白質的組成原理有一些相似,DNA也是由一種小分子,脫氧核糖核 酸構成的,簡記為DN(這里沒有A?。?氨基酸有20種不同的R基團,所以有20種不同的氨基酸。對于DN來說,這樣的體現(xiàn)差異的基團不再叫做R基團,而是有個特有的名字,叫做堿基。DN上的堿基只有四種,記作A,T,C,G。

再用一個比喻來說明:有一排** 外星人 **小人,手拉手站在一起,他們的身體和雙手都一模一樣,只有腦袋不同,而這些不同的腦袋也只有四種。至此為止,這一排DN小人和昨天的氨基酸小人很相似(不同的是氨基酸小人有20種腦袋)。這里要注意一下,我說的相似是指原理上相似(人類小人可以手拉手站一排,外星人小人也可以手拉手站一排,但是你不能說人類小人和外星人小人的手是一樣的)。

接下來就是外星人小人的獨特之處了,他們的四種腦袋(四種堿基A,T,C,G),存在一種有趣的特性,A和T會互相吸引,C和G會互相吸引。這樣一來,兩條相互對應的隊伍就會吸引在一起。假設有一條隊伍AGACTTA,就可以和TCTGAAT吸引在一起。這就是DNA的雙螺旋結構。見下圖:

至于RNA,全寫為核糖核酸,在生命體合成蛋白質過程中起到了橋梁的作用,之后再談這一點。先談談RNA的結構。結構上,RNA和DNA比較相似,區(qū)別在于RNA是單鏈的,其中的堿基也不再是A,T,C,G,而是A,U,C,G,也就是說,一共有五種堿基,其中的A,C,G存在于DNA和RNA中,而T只存在于DNA中,U只存在于RNA中。


這里突然想起來一件事,今年回老家的時候,聽爺爺說“XX中含有嘌呤,不能多吃”。平時也經常聽到“XX含有XX化學物質,不能吃“這樣的話,我一直感到十分不解。沒錯,高嘌呤會導致尿酸升高,可能引起痛風,我也不是說不用注意飲食。我的感覺是,化學物質這個詞被過分妖魔化了。公眾經常談化學色變,聽到任何復雜的化學式或者詞匯本能地抗拒,誰之過?

為什么會想到嘌呤這個東西呢?因為五種堿基的全寫是這樣的:

  • A:腺嘌呤
  • T:胸腺嘧啶
  • C:胞嘧啶
  • G:鳥嘌呤
  • U:尿嘧啶

還有一個有趣的事實:腺嘌呤以前也稱為維生素B4,是不是聽起來 “健康” 了許多呢?


復制,轉錄,與翻譯

復制

DNA復制的過程比較好理解:在一定條件的作用下,一條雙鏈DNA逐漸打開,還記得吸在一起的兩排外星人小人嗎,他們從一端開始,逐漸打開,然后相對應的小人一個一個再吸引上來,以此往下直到結束,兩排外星人小人就變成了四排,也就是兩條雙鏈DNA。這里可能表達的不太清楚,不過這張圖應該能很清晰地說明這個過程。


DNA復制

轉錄

轉錄

解釋一下這張圖片,DNA部分解旋后,以一條鏈為模板,合成對應的RNA,這里模板的意思不是說合成的RNA和原來的一條DNA鏈一模一樣,而是對應關系。這里有個小細節(jié),記得RNA里沒有T嗎?DNA里A對應T,那么轉錄后的RNA上A對應的是什么呢?沒錯,就是RNA獨有的U。聽起來有點拗口,就是說轉錄后的RNA,和其模板DNA的另一條鏈不是完全一樣的,相當于把其中的T全都換成U。舉個例子,假設一條雙鏈DNA中的其中一條的一部分是:
ATTCGTAC
那么這一條雙鏈DNA的另一條上就是:
TAAGCATG
如果把前一條DNA的這一小段轉錄,得到的一段RNA就是:
UAAGCAUG(就是把另一條中的T換成U)。

一句話總結就是:轉錄過程把DNA上的遺傳信息傳遞到了信使RNA上。

翻譯

翻譯是這三個過程中相對最復雜,最精妙的一種。如此精巧的機制,世上最高超的鐘表匠也只能自嘆不如。

先介紹一種神奇的分子:轉運RNA,和信使RNA不同,這種RNA承擔了轉運的功能。如果把DNA比作工程師,信使RNA比作工頭,那么轉運RNA就是“搬磚的”。工程師可以將技術代代相傳(DNA復制),但工頭只會照搬工程師的指令(轉錄),至于搬磚的,只會照著工頭從工程師那復制來的指令,讓他搬哪就搬哪。馬上就會看到,這個“搬磚的”的比喻,在這里是十分恰當?shù)摹?/p>

還記得磚是什么嗎?在這個比喻中,磚仍然是不同的氨基酸,這些磚共有20種。至于我們的搬磚工人,他們干活的方式有些特殊,這些工人也分為20種,每種工人負責一種磚,而且每個工人都能非常準確的識別出自己該負責的磚(更確切地說,他們只能“看見”自己負責的磚,其它的磚一律視而不見)。

好了,開始干活,先看一眼工頭布置的任務:要在位置1放下磚塊8,好,工人8背著磚塊8放在位置1。接下來,位置2應該放下磚塊14,工人14背著磚塊14放在位置2,位置3應該放下磚塊2,工人2背著磚塊2放在位置3……

以此操作下去,一面墻就砌好了,其實這個過程中還需要一個刷水泥的來把磚粘合,細胞中也確實有類似功能的細胞器(核糖體),不過不是我們討論的內容了。

經過翻譯,一條肽鏈就合成了,再經過一系列加工,蛋白質就成功合成了!

為保證嚴謹,再描述一下實際的情況。每一個氨基酸都有一個對應的密碼子,密碼子由三個堿基形成的序列組成。比如說CUU代表亮氨酸,GCU代表丙氨酸。每個轉運RNA同時攜帶著自己的氨基酸和一組反密碼子,轉運RNA在信使RNA上附近移動,當反密碼子與信使RNA上的密碼子符合時,轉運RNA在這個位置停留,核糖體移動到下一個位置,下一個轉運RNA到達下一個位置后,兩個轉運RNA攜帶的氨基酸相互連接,然后前一個轉運RNA從信使RNA上脫離,后一個轉運RNA繼續(xù)等待下一個轉運RNA到來。確實很拗口,所以還是接受搬磚工人的版本吧。

總結

還是那個比喻,DNA作為總工程師,在指導蛋白質合成的同時,向“弟子”傳遞自己的技術。

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