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我们的基因为何不是 RNA？ 基础医学院口腔班 丁 茜 关键词：RNA、分子结构、不稳定性、基因 生命的诞生是自然界的奇迹，是种种偶然堆积的必然。生物的进化以及由此产生的物种 的多样性更犹如一场神奇美丽的魔术，而基因便是这位伟大的魔术师。 从孟德尔定律的发现到现在,100 多年来人们对基因的认识在不断地深化。 1866 年，奥地利学者 G.J.孟德尔在他的豌豆杂交实验论文中，用大写字母 A、B 等代表显性性状如圆粒、子叶黄色等，用小写字母 a、b 等代表隐性性状如皱粒、子 叶绿色等。他并没有严格地区分所观察到的性状和控制这些性状的遗传因子。但是从 他用这些符号所表示的杂交结果来看，这些符号正是在形式上代表着基因，而且至今 在遗传学的分析中为了方便起见仍沿用它们来代表基因。由此昭示了基因的诞生。在 接下来的一个多世纪，人们对基因进行了不断深入的研究和探讨，逐渐揭开了它神秘 的面纱。基因是含特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。除某些 病毒的基因由核糖核酸（RNA）构成以外，多数生物的基因由脱氧核糖核酸（DNA） 构成，并在染色体上作线状排列。因此，DNA 一度是遗传研究和基因工程等的核心， 并产生了一系列在医疗、生产、军事、环保、农业等领域很有价值和意义的成果。而 RNA 作为一种辅助遗传信息表达的物质，其在生物体内的作用同样不能忽视。 问题在于，大多数生物的基因为什么是 DNA 而不是 RNA 呢？ RNA 与 DNA 有许多相似之处。从化学组成上说，它们都是由核苷酸聚合成的没有分 支的长链，并且其中的核苷酸都是由五碳糖、磷酸和含氮碱基构成，由 3，5-磷酸二酯键连 接成链。从性质上说，它们都能根据碱基互补配对原则进行复制。功能上，它们都与遗传信 息有重要关联。 图 1 RNA 分子结构图 另一方面，RNA 与 DNA 在生物体中扮演的角色有明显差异。由于 DNA 不能作为蛋白 质合成的直接模板，信使 RNA（mRNA）才能充当这个角色，它被描述为在信息传递过程 中快速形成又迅速被破坏的一种寿命非常短的中间体。在转录时，DNA 解旋，mRNA 与模 板链按照碱基互补配对原则由 RNA 聚合酶催化合成。于是，遗传信息便由 DNA 转移到了 mRNA 上，mRNA 能与核糖体结合进行遗传信息的翻译即有特定氨基酸序列的蛋白质的合 成。那么，翻译是怎样进行的？氨基酸又是怎样被放置到正确的位置的呢？这是通过将 mRNA 这段长的多核苷酸序列解读成一个个三联体，即由三个核糖核苷酸组成的密码子， 某一特定的氨基酸可以被多于一种的密码子编码。密码子的顺序决定了氨基酸的排列顺序。 氨基酸被一种“衔接体”分子带到模板上，“衔接体”实际上正是对接到密码子上的部分， 每一种特异的氨基酸对应一种特异的“衔接体”分子。通过实验证明，这种“衔接体”也是 一种 RNA，称为转运 RNA（tRNA）。它是一类相对比较小的多聚核苷酸，通常被表示为“规 范的”三叶草结构的不同形式，基于其中的腺嘌呤-尿嘧啶、鸟嘌呤-胞嘧啶之间通过氢键的 配对，很多情况下还有二氢尿嘧啶或胸腺嘧啶单位出现。它的一端连有三个碱基即反密码子， 反密码子通过碱基互补配对与密码子结合，另一端连有与该密码子相对应的氨基酸，即氨基 酸是被 tRNA 与密码子的结合带到正确位置上的。由此可见，RNA 是遗传信息表达的必不 可少的中间体和运输者。 RNA 的角色并不止这些。核糖体 RNA（rRNA）是构成核糖体的重要成分，核糖体的 唯一功能是按照 mRNA 的指令高效而精确地合成多肽链。它的空间结构很复杂，但确定的 是，rRNA 组成总分子量的 60%~65%对维持其结构完整与功能都是必需的，它们通过分子 内或分子间碱基配对形成复杂的三级与四级构象。另外，有的病毒的遗传物质即是 RNA。 除此之外，少数酶的成分也是 RNA。 如此之多的差异表明，RNA 在分子结构上一定与 DNA 有不同之处。RNA 分子量比 DNA 小，但在大多数细胞中比 DNA 丰富。最重要的区别在于，DNA 都为反向平行成双 螺旋结构的两条链，参与组成的碱基为腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)， DNA 的碱基组成有明显的特征，即 A/T=G/C=1。而 RNA 的碱基组成一般没有这种特点， 且参与组成的四种碱基中，以尿嘧啶代替胸腺嘧啶。其次，组成 DNA 的为脱氧核苷酸，而 成 RNA 的为核糖核苷酸，两种核苷酸的唯一区别就在于五碳环的 2 号碳上，前者的 2 号碳 脱掉了一个氧原子。由此，我猜想，可能是 DNA 与 RNA 的这些分子结构上的差异导致 DNA 比 RNA 更适合作为遗传物质。（下图为和脱氧核糖核