DNA与RNA
DNA,全写为** 脱氧核糖核酸 ,和蛋白质一样,也是一种生物大分子,它的功能是 存储遗传信息 **。
其实DNA和蛋白质的组成原理有一些相似,DNA也是由一种小分子,脱氧核糖核苷 酸构成的,简记为DN(这里没有A!),氨基酸有20种不同的R基团,所以有20种不同的氨基酸。对于DN来说,这样的体现差异的基团不再叫做R基团,而是有个特有的名字,叫做碱基。DN上的碱基只有四种,记作A,T,C,G。
再用一个比喻来说明:有一排** 外星人 **小人,手拉手站在一起,他们的身体和双手都一模一样,只有脑袋不同,而这些不同的脑袋也只有四种。至此为止,这一排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种脑袋)。这里要注意一下,我说的相似是指原理上相似(人类小人可以手拉手站一排,外星人小人也可以手拉手站一排,但是你不能说人类小人和外星人小人的手是一样的)。
接下来就是外星人小人的独特之处了,他们的四种脑袋(四种碱基A,T,C,G),存在一种有趣的特性,A和T会互相吸引,C和G会互相吸引。这样一来,两条相互对应的队伍就会吸引在一起。假设有一条队伍AGACTTA,就可以和TCTGAAT吸引在一起。这就是DNA的双螺旋结构。见下图:
至于RNA,全写为核糖核酸,在生命体合成蛋白质过程中起到了桥梁的作用,之后再谈这一点。先谈谈RNA的结构。结构上,RNA和DNA比较相似,区别在于RNA是单链的,其中的碱基也不再是A,T,C,G,而是A,U,C,G,也就是说,一共有五种碱基,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。
这里突然想起来一件事,今年回老家的时候,听爷爷说“XX中含有嘌呤,不能多吃”。平时也经常听到“XX含有XX化学物质,不能吃“这样的话,我一直感到十分不解。没错,高嘌呤会导致尿酸升高,可能引起痛风,我也不是说不用注意饮食。我的感觉是,化学物质这个词被过分妖魔化了。公众经常谈化学色变,听到任何复杂的化学式或者词汇本能地抗拒,谁之过?
为什么会想到嘌呤这个东西呢?因为五种碱基的全写是这样的:
- A:腺嘌呤
- T:胸腺嘧啶
- C:胞嘧啶
- G:鸟嘌呤
- U:尿嘧啶
还有一个有趣的事实:腺嘌呤以前也称为维生素B4,是不是听起来 “健康” 了许多呢?
复制,转录,与翻译
复制
DNA复制的过程比较好理解:在一定条件的作用下,一条双链DNA逐渐打开,还记得吸在一起的两排外星人小人吗,他们从一端开始,逐渐打开,然后相对应的小人一个一个再吸引上来,以此往下直到结束,两排外星人小人就变成了四排,也就是两条双链DNA。这里可能表达的不太清楚,不过这张图应该能很清晰地说明这个过程。
转录
解释一下这张图片,DNA部分解旋后,以一条链为模板,合成对应的RNA,这里模板的意思不是说合成的RNA和原来的一条DNA链一模一样,而是对应关系。这里有个小细节,记得RNA里没有T吗?DNA里A对应T,那么转录后的RNA上A对应的是什么呢?没错,就是RNA独有的U。听起来有点拗口,就是说转录后的RNA,和其模板DNA的另一条链不是完全一样的,相当于把其中的T全都换成U。举个例子,假设一条双链DNA中的其中一条的一部分是:
ATTCGTAC
那么这一条双链DNA的另一条上就是:
TAAGCATG
如果把前一条DNA的这一小段转录,得到的一段RNA就是:
UAAGCAUG(就是把另一条中的T换成U)。
一句话总结就是:转录过程把DNA上的遗传信息传递到了信使RNA上。
翻译
翻译是这三个过程中相对最复杂,最精妙的一种。如此精巧的机制,世上最高超的钟表匠也只能自叹不如。
先介绍一种神奇的分子:转运RNA,和信使RNA不同,这种RNA承担了转运的功能。如果把DNA比作工程师,信使RNA比作工头,那么转运RNA就是“搬砖的”。工程师可以将技术代代相传(DNA复制),但工头只会照搬工程师的指令(转录),至于搬砖的,只会照着工头从工程师那复制来的指令,让他搬哪就搬哪。马上就会看到,这个“搬砖的”的比喻,在这里是十分恰当的。
还记得砖是什么吗?在这个比喻中,砖仍然是不同的氨基酸,这些砖共有20种。至于我们的搬砖工人,他们干活的方式有些特殊,这些工人也分为20种,每种工人负责一种砖,而且每个工人都能非常准确的识别出自己该负责的砖(更确切地说,他们只能“看见”自己负责的砖,其它的砖一律视而不见)。
好了,开始干活,先看一眼工头布置的任务:要在位置1放下砖块8,好,工人8背着砖块8放在位置1。接下来,位置2应该放下砖块14,工人14背着砖块14放在位置2,位置3应该放下砖块2,工人2背着砖块2放在位置3……
以此操作下去,一面墙就砌好了,其实这个过程中还需要一个刷水泥的来把砖粘合,细胞中也确实有类似功能的细胞器(核糖体),不过不是我们讨论的内容了。
经过翻译,一条肽链就合成了,再经过一系列加工,蛋白质就成功合成了!
为保证严谨,再描述一下实际的情况。每一个氨基酸都有一个对应的密码子,密码子由三个碱基形成的序列组成。比如说CUU代表亮氨酸,GCU代表丙氨酸。每个转运RNA同时携带着自己的氨基酸和一组反密码子,转运RNA在信使RNA上附近移动,当反密码子与信使RNA上的密码子符合时,转运RNA在这个位置停留,核糖体移动到下一个位置,下一个转运RNA到达下一个位置后,两个转运RNA携带的氨基酸相互连接,然后前一个转运RNA从信使RNA上脱离,后一个转运RNA继续等待下一个转运RNA到来。确实很拗口,所以还是接受搬砖工人的版本吧。
总结
还是那个比喻,DNA作为总工程师,在指导蛋白质合成的同时,向“弟子”传递自己的技术。