高超的本领

高超的本领

神奇的遗传物质DNA不仅能够自我复制将遗传信息传给后代，还能“指令”细胞合成自身生命活动所需要的一切蛋白质，表现出与亲代相似的性状，这在遗传学上叫基因的表达。上面谈到，在高等生物的细胞中，基因或DNA几乎全部集中在细胞核里，而蛋白质的合成却在细胞质中进行，中间隔着一层核膜。这就好像一个工厂，技术资料都存在档案室里，而车间里却要按照资料规定的工序进行生产。怎么办呢？将所需要的技术资料抄录一份送到车间去岂不是万事大吉了吗！实际上，生命正是这样进行的。承担这一任务的便是一种核糖核酸，叫“信使核糖核酸”（简称mRNA）。信使核糖核酸具有一种高超的本领，它能把DNA上合成蛋白质的密码抄录下来，这个过程叫“转录”。然后信使核糖核酸作为DNA的“全权代表”，携带这个遗传信息从细胞核中被“派往”细胞质。正是由于它能传递信息，所以才得到信使核糖核酸的美名。

那么，DNA是如何把遗传信息传给信使核糖核酸的呢？DNA的转录技巧是很高超的。所谓转录就是指遗传信息由DNA录制到mRNA上。通过研究知道，信使核糖核酸只有一条单链，链上核苷酸的碱基跟脱氧核糖核酸的碱基仅是一“字”之差：核糖核酸没有胸腺嘧啶（T），而有尿嘧啶（U）。因此，脱氧核糖核酸传递遗传信息时，碱基配对就多了一个新规律：A对U，其余仍按G对C、T对A进行。这个过程好比底片转印照片似的，于是人们便起名叫“转录”。

转录而成的信使RNA从细胞核进入细胞质后便可以指导蛋白质的合成了。然而，实际过程要费一些周折，这是因为蛋白质和核酸是不同的生物大分子，核酸文字与蛋白质文字就像“不同国家文字”一样，也有所不同。构成蛋白质文字的“字母”是氨基酸，蛋白质是由20种氨基酸组成的。所以可以说，蛋白质的文字是由20个“氨基酸字母”编码的。而核酸是由4种核苷酸组成的，所以核酸文字由4种“核苷酸字母”编码的。那么，核酸是怎样决定蛋白质合成的呢？也就是说，如何把由4个核苷酸字母组成的核苷酸文字翻译成由20个氨基酸字母组成的蛋白质文字呢？这里就有个翻译的规则。科学家们发现遗传密码是由3个字母（也就是3个碱基）组成的三联体密码，即每个“密码子”由3个字母组成，也就是说3个相邻的核苷酸决定一种氨基酸。例如，赖氨酸的遗传密码是AAA，甘氨酸是GGG，精氨酸是AAG……从而编制出一本密码字典。令人惊奇的是，成千上万种生物用的基本上都是这一套密码。这一点具有非常重大的意义，有关这方面的事情我们后面再谈。

在生物的蛋白质合成中，有翻译的准则。那由谁来担任翻译呢？实际上，通晓蛋白质和核酸两种文字的“译员”是另外一种核糖核酸，叫转运RNA（简称tRNA）。转运核糖核酸的本领不仅具有“翻译”的作用，而且还能将蛋白质合成的原料——氨基酸搬运到蛋白质合成的地点去对号入座，它还起着“搬运工”的作用。至于翻译工作的场所，就在细胞质内核糖体上。核糖体是一种微小的颗粒，它是合成蛋白质的“车间”。核糖体中又含有另外一种核糖核酸，叫核糖体RNA（简称rRNA）。核糖体RNA是“装配员”，氨基酸在它的调度下就可装配成蛋白质。

下面就让我们来看看蛋白质是怎样合成的。首先，携带合成蛋白质密码的信使RNA从细胞核来到细胞质后，其一端和核糖体相连。核糖体像是一个“电影院”，里面有许多事先规定好的带有号码的座位。下面，便轮到氨基酸按信使RNA抄录的密码（即座位号码）“对号入座”了。可惜的是，氨基酸像个幼儿似的，不认识自己座位号码，而要靠“大人”携带前往入座，这个“大人”就是转运RNA。转运RNA借助有惊人识别能力的酶，将相应的氨基酸连到自己身上，并运送到核糖体上去，这就像父母能认识自己的孩子一样，将孩子抱在怀里去找该坐的座位。细胞内既然有20种氨基酸，那就至少有20种相应的转运RNA及其特殊的酶。

转运RNA把氨基酸“领到”核糖体那里后，又是怎样辨认“座号”的呢？原来，转运RNA分子里也有核苷酸的三联码，并恰好与信使RNA分子上该氨基酸的“密码子”相互呼应，称之为“反密码子”。密码子与反密码子当然是“似曾相识”的了。例如，我们从密码字典中可以查到信使RNA上苯丙氨基酸（也叫苯丙氨酸）的密码子是UUC，相应的转运RNA上的反密码子则是AAG，根据碱基互补配对原则，正好U与A，C与G是互相匹配的。于是，随着核糖体和信使RNA的运动，带有氨基酸的转运RNA从核糖体一边进入，然后“放下”氨基酸，失去氨基酸的转运RNA便从核糖体的另一边离去。这就如同父母把孩子安置在电影院的座位上，大人不看电影而离开了一样。这时，按信使RNA上密码的顺序一个接一个“对号入座”的氨基酸，通过氨基和羧基的结合，形成多肽链，然后脱离核糖体。就像幼儿园的小朋友一样手拉手地相继连接起来，最后按照信使RNA的“指示”，合成了某种蛋白质分子。这样，氨基酸“砖块”便按原来DNA“蓝图”，建成了蛋白质分子的“宏伟大厦”。

从以上蛋白质的合成过程我们可以看出，基因的表达就是遗传信息的传递方向是：

这个过程称为遗传的“中心法则”。遗传的中心法则具有十分重大的实践意义。如果我们把蛋白质的合成看成生物的“施工”过程，那么，施工的“蓝图”就是DNA，这样我们就可以着手修改或绘制新的“蓝图”，以改变DNA的碱基排列顺序，从而合成新的蛋白质，也就实现了改造现有生物、创造新生物的目的。关于这一点，目前也是科学家们研究的主要内容之一。