當前位置：
紀實傳記
> 陶冶性情的韻律——華夏藝術（下）
> 6.生命信息的中轉，RNA的轉錄
6.生命信息的中轉，RNA的轉錄
DNA隻有遺傳作用，最終執行生命功能的分子是蛋白質，蛋白質使我們的模樣像我們的父母。這就是說，DNA的遺傳信息必須轉變為蛋白質的氨基酸順序才能起作用。
6.1電報通信與遺傳密碼1943年，偉大的量子物理學家薛定諤在其名著《什麽是生命》一書中提到了“遺傳密碼”這個概念，他把遺傳物質到生命功能表現的過程看作一個通信過程，也就是說從DNA到蛋白質是一個通信過程，這個過程采用電報通信方式。
我們在電報通信中要使用密碼，我國電報密碼一般是4
個數字決定一個漢字，這就是四聯體密碼。我們很容易算出，從0到9的十個數字，每4個決定一個漢字，共可決定104個漢字。
在生命的遺傳通信中，核苷酸相當於數字，共4個，氨基酸相當於漢字，共20個。遺傳通信的密碼是幾聯體呢？
假設是單聯體，即一個核苷酸決定一個氨基酸，那麽4種核苷酸隻能決定4個氨基酸，顯然是不夠的；假設是二聯體，
可決定42=16種氨基酸；假設是三聯體，可決定43=64種氨基酸，夠用了！還有剩餘，這沒關係，隻怕少不怕多。多了的話可以多個密碼決定一個漢字，如123和124決定同一個字。這樣幾個決定同一個字的密碼被稱作同義碼。
這一想法首先由蓋莫夫提出來，沃森-克裏克發表他們的劃時代的文章後同蓋莫夫通過信，蓋莫夫提出了上述想法，時值1954年。蓋莫夫是一位物理學、著名的科普作家，
他還是宇宙大爆炸理論的提出者。
到1964年，20種氨基酸的密碼全部破譯出來了，其中有一個起始碼，三個終止碼(不決定氨基酸，相當於句號)。
尼侖伯格・柯納拉和霍利因破譯遺傳密碼的功勞而榮獲1968年的諾貝爾生理醫學獎。
6.2遺傳信使mRNA
問題又來了。我們知道DNA存在於細胞核中，不能自由出入細胞核，而蛋白質是在細胞質中合成的，那麽DNA遺傳信息如何從細胞核傳到細胞質中呢？我們知道電報是通過電波或人傳送的，由此類推，細胞中也一定有一種物質把遺傳信息從細胞核傳到細胞質中。這種物質必須有兩個特點：第一，能出入細胞核，也就是說在細胞核和細胞質中都能找到；第二，它能按某種規則把遺傳密碼抄錄下來。第二個特點更重要。
法國噬菌體遺傳學家雅各布和莫諾於1960年提出這一想法，認為這種物質應該是一種RNA，它們被稱為信使RNA(mRNA)，是遺傳信使的意思。我們前麵已介紹了RNA，它也是一種核酸，它可以根據查伽夫原則與DNA單鏈互補配對合成。不過與A配對的不是T，而是U，因為RNA中隻有U而沒有T。
1961年，布倫納、雅各布和梅塞森用實驗證明了這一想法，並找到了mRNA。
6.3RNA的轉錄過程mRNA是遺傳信息的傳遞者，是遺傳信息的中轉站，遺傳信息從DNA到mRNA的過程被形象地稱為轉錄，有抄錄或轉抄的意思。
RNA轉錄與DNA複製一樣，遵循查伽夫原則，不過這一原則的內容已稍有修改：A-U，C-G，T-A，G-C，左邊是DNA的核苷酸或堿基，右邊是RNA的核苷酸或堿基。
RNA的轉錄由一種叫做RNA聚合酶的天使來執行，它由五個亞基(多肽鏈)構成，α2βσ′又稱全酶。α2β′是酶的核心部位，稱核心酶；σ是轉錄的起始因子，σ是希臘字，形狀很像我們交通警察指示前進方向的手勢。σ因子是轉錄的先遣者，它可以在DNA雙鏈上找到特殊的結合部位，這個部位是轉錄的起點；一旦σ結合到DNA上，核心酶便仿佛看到了指引前進的信號(手勢)，便見機行事，迅速結合到DNA雙鏈上並解開DNA雙鏈的氫鍵。這樣結合著的全酶，RNA轉錄並不能開始，σ因子立即意識到責任在自己，
它要是再留在上麵就會阻礙整個行動，使得前功盡棄，因而它知趣地退居二線。於是RNA的轉錄轟轟烈烈地開展起來。
核心酶推動RNA合成前進的方向也隻能沿DNA模板鏈3′→5′進行，因為DNA雙鏈隻能有一條鏈轉錄，所以它沒有交通大隊長遇上的難題，也就是說隻有一條行人道，而且是單行道。有轉錄功能的DNA鏈稱為有意義鏈，沒有轉錄功能的另一條DNA鏈稱為無意義鏈。這種轉錄方式稱為不對稱轉錄。
轉錄的RNA比DNA分子要短得多，也就是說，它隻能轉錄DNA的一部分就得停止下來。轉錄終止不是自動的，需要一個特殊的因子參與，這個因子就是ρ因子，ρ也是希臘字母，它的形狀很像交通警察阻止車輛通行的手勢。ρ因子在轉錄終止時結合到核心酶前麵，核心酶見到“路障”，立即從DNA上撤離下來，合成的RNA也跟著撤離下來。至此，一個RNA分子合成完畢。
6.4RNA轉錄後加工RNA剛轉錄出來並沒有生物活性，這種RNA叫做前體RNA。前體RNA需要加工才能變為成熟的RNA，成熟的有生物活性的RNA分為三類：一類是我們已經熟悉的mRNA；一類是“譯碼器”RNA，翻譯蛋白質的譯碼器就合成蛋白質的場所核糖體，因此這類RNA又被稱作核糖體RNA，簡寫為rRNA；還有一類是譯碼時查找字典用的RNA，叫做轉移RNA，簡寫為tRNA。原核生物和真核生物的RNA加工方式不同，而它們的三類RNA的加工方式又各不相同。
原核生物的rRNA一麵轉錄一麵加工，一個前體大分子被裂解為兩個小的rRNA分子，然後，它們兩端一些不必要的核苷酸被酶切除。這樣還不行，裸露的末端很容易受到損傷，就像我們赤膊易受傷害一樣，因此它必須帶上一頂帽子或穿上衣服，也就是某些堿上被加上一個叫甲基的化學基團。
原核生物的tRNA常常是幾個分子連在一起轉錄，或者與mRNA分子連在一起轉錄，成為一個大前體RNA；然後在一種叫RNA內切酶的酶作用下切成單個的tRNA分子小前體，最後在叫做RNA外切酶的酶作用下逐個切除多餘的核苷酸。這樣還不行，還得在3′端統一加上CCAOH三個核苷酸，以表明它們是tRNA的身份。
原核生物mRNA一般不需要加工就可以直接投入使用，成為蛋白質合成的模板。當然，也有許多個mRNA分子連在一起轉錄的，這就隻需將它們切離開來即可。
真核生物rRNA前體可以切離成三個小的rRNA分子，每大切一次後要經過一次小切，切除不必要的附加核苷酸。
真核生物tRNA也是成簇轉錄的，加工過程類似於原核生物，但兩個tRNA分子常常有不必要的居間序列，必須首先切除才行。
真核生物mRNA的加工要比原核生物複雜得多，它的前體RNA分子極大，被稱為核內不均-RNA，寫成hnR-NA。hnRNA壽命很短，幾分鍾後至1個小時左右就會有一半被分解掉。hnRNA變成mRNA有四個步驟：第一步是在5′端加上一個帽子，這個帽子不但可以保護自己，而且有利於在翻譯蛋白質前被識別作為模板，就像我們在人群中戴一頂帽子可以讓我們要找的人找到自己。第二步是在另一端(3′端)加上一條尾巴，這樣可為進一步加工提供信號。
第三步是在RNA內切酶作用下(識別尾巴)將hnRNA剪斷，去掉中間不必要的部分，然後把剩下的RNA接上(第六章還將詳細描述這一過程)。第四步就是某些核苷酸甲基化，猶如穿上衣服以防傷害。整個hnRNA隻能加工成一個mRNA分子，這一點不同於原核生物。
至此，轉錄過程才算真正完成。在這一有著簡單主題的複雜過程中，我們再次感受到了生命的嚴密組織性和工作的高效性，這是我們曆史上任何一種社會形態所不及的。
mRNA是幾種RNA中最重要的一種，從原核生物和真核生物對它的加工看來，可以看出進化的趨勢。低級的原核生物mRNA幾乎不需加工就能投入使用，而且一次轉錄許多個分子；而高級的真核生物每次隻能轉錄一個mRNA分子，要經過複雜加工才成。聯係它們的結構就可以理解這一點，原核生物結構簡單，不可能複雜加工，也正因為簡單，它麵臨環境的挑戰要比真核生物強得多，它隻有依靠快速和大數量才能做到保存自身，原核生物的代價是慘烈的。真核生物則可以利用自己複雜的結構精深地加工，以防環境的傷害，保證其效率和穩定。生命的進化猶如社會的發展，會越來越優秀、先進和適應變遷。
6.1電報通信與遺傳密碼1943年，偉大的量子物理學家薛定諤在其名著《什麽是生命》一書中提到了“遺傳密碼”這個概念，他把遺傳物質到生命功能表現的過程看作一個通信過程，也就是說從DNA到蛋白質是一個通信過程，這個過程采用電報通信方式。
我們在電報通信中要使用密碼，我國電報密碼一般是4
個數字決定一個漢字，這就是四聯體密碼。我們很容易算出，從0到9的十個數字，每4個決定一個漢字，共可決定104個漢字。
在生命的遺傳通信中，核苷酸相當於數字，共4個，氨基酸相當於漢字，共20個。遺傳通信的密碼是幾聯體呢？
假設是單聯體，即一個核苷酸決定一個氨基酸，那麽4種核苷酸隻能決定4個氨基酸，顯然是不夠的；假設是二聯體，
可決定42=16種氨基酸；假設是三聯體，可決定43=64種氨基酸，夠用了！還有剩餘，這沒關係，隻怕少不怕多。多了的話可以多個密碼決定一個漢字，如123和124決定同一個字。這樣幾個決定同一個字的密碼被稱作同義碼。
這一想法首先由蓋莫夫提出來，沃森-克裏克發表他們的劃時代的文章後同蓋莫夫通過信，蓋莫夫提出了上述想法，時值1954年。蓋莫夫是一位物理學、著名的科普作家，
他還是宇宙大爆炸理論的提出者。
到1964年，20種氨基酸的密碼全部破譯出來了，其中有一個起始碼，三個終止碼(不決定氨基酸，相當於句號)。
尼侖伯格・柯納拉和霍利因破譯遺傳密碼的功勞而榮獲1968年的諾貝爾生理醫學獎。
6.2遺傳信使mRNA
問題又來了。我們知道DNA存在於細胞核中，不能自由出入細胞核，而蛋白質是在細胞質中合成的，那麽DNA遺傳信息如何從細胞核傳到細胞質中呢？我們知道電報是通過電波或人傳送的，由此類推，細胞中也一定有一種物質把遺傳信息從細胞核傳到細胞質中。這種物質必須有兩個特點：第一，能出入細胞核，也就是說在細胞核和細胞質中都能找到；第二，它能按某種規則把遺傳密碼抄錄下來。第二個特點更重要。
法國噬菌體遺傳學家雅各布和莫諾於1960年提出這一想法，認為這種物質應該是一種RNA，它們被稱為信使RNA(mRNA)，是遺傳信使的意思。我們前麵已介紹了RNA，它也是一種核酸，它可以根據查伽夫原則與DNA單鏈互補配對合成。不過與A配對的不是T，而是U，因為RNA中隻有U而沒有T。
1961年，布倫納、雅各布和梅塞森用實驗證明了這一想法，並找到了mRNA。
6.3RNA的轉錄過程mRNA是遺傳信息的傳遞者，是遺傳信息的中轉站，遺傳信息從DNA到mRNA的過程被形象地稱為轉錄，有抄錄或轉抄的意思。
RNA轉錄與DNA複製一樣，遵循查伽夫原則，不過這一原則的內容已稍有修改：A-U，C-G，T-A，G-C，左邊是DNA的核苷酸或堿基，右邊是RNA的核苷酸或堿基。
RNA的轉錄由一種叫做RNA聚合酶的天使來執行，它由五個亞基(多肽鏈)構成，α2βσ′又稱全酶。α2β′是酶的核心部位，稱核心酶；σ是轉錄的起始因子，σ是希臘字，形狀很像我們交通警察指示前進方向的手勢。σ因子是轉錄的先遣者，它可以在DNA雙鏈上找到特殊的結合部位，這個部位是轉錄的起點；一旦σ結合到DNA上，核心酶便仿佛看到了指引前進的信號(手勢)，便見機行事，迅速結合到DNA雙鏈上並解開DNA雙鏈的氫鍵。這樣結合著的全酶，RNA轉錄並不能開始，σ因子立即意識到責任在自己，
它要是再留在上麵就會阻礙整個行動，使得前功盡棄，因而它知趣地退居二線。於是RNA的轉錄轟轟烈烈地開展起來。
核心酶推動RNA合成前進的方向也隻能沿DNA模板鏈3′→5′進行，因為DNA雙鏈隻能有一條鏈轉錄，所以它沒有交通大隊長遇上的難題，也就是說隻有一條行人道，而且是單行道。有轉錄功能的DNA鏈稱為有意義鏈，沒有轉錄功能的另一條DNA鏈稱為無意義鏈。這種轉錄方式稱為不對稱轉錄。
轉錄的RNA比DNA分子要短得多，也就是說，它隻能轉錄DNA的一部分就得停止下來。轉錄終止不是自動的，需要一個特殊的因子參與，這個因子就是ρ因子，ρ也是希臘字母，它的形狀很像交通警察阻止車輛通行的手勢。ρ因子在轉錄終止時結合到核心酶前麵，核心酶見到“路障”，立即從DNA上撤離下來，合成的RNA也跟著撤離下來。至此，一個RNA分子合成完畢。
6.4RNA轉錄後加工RNA剛轉錄出來並沒有生物活性，這種RNA叫做前體RNA。前體RNA需要加工才能變為成熟的RNA，成熟的有生物活性的RNA分為三類：一類是我們已經熟悉的mRNA；一類是“譯碼器”RNA，翻譯蛋白質的譯碼器就合成蛋白質的場所核糖體，因此這類RNA又被稱作核糖體RNA，簡寫為rRNA；還有一類是譯碼時查找字典用的RNA，叫做轉移RNA，簡寫為tRNA。原核生物和真核生物的RNA加工方式不同，而它們的三類RNA的加工方式又各不相同。
原核生物的rRNA一麵轉錄一麵加工，一個前體大分子被裂解為兩個小的rRNA分子，然後，它們兩端一些不必要的核苷酸被酶切除。這樣還不行，裸露的末端很容易受到損傷，就像我們赤膊易受傷害一樣，因此它必須帶上一頂帽子或穿上衣服，也就是某些堿上被加上一個叫甲基的化學基團。
原核生物的tRNA常常是幾個分子連在一起轉錄，或者與mRNA分子連在一起轉錄，成為一個大前體RNA；然後在一種叫RNA內切酶的酶作用下切成單個的tRNA分子小前體，最後在叫做RNA外切酶的酶作用下逐個切除多餘的核苷酸。這樣還不行，還得在3′端統一加上CCAOH三個核苷酸，以表明它們是tRNA的身份。
原核生物mRNA一般不需要加工就可以直接投入使用，成為蛋白質合成的模板。當然，也有許多個mRNA分子連在一起轉錄的，這就隻需將它們切離開來即可。
真核生物rRNA前體可以切離成三個小的rRNA分子，每大切一次後要經過一次小切，切除不必要的附加核苷酸。
真核生物tRNA也是成簇轉錄的，加工過程類似於原核生物，但兩個tRNA分子常常有不必要的居間序列，必須首先切除才行。
真核生物mRNA的加工要比原核生物複雜得多，它的前體RNA分子極大，被稱為核內不均-RNA，寫成hnR-NA。hnRNA壽命很短，幾分鍾後至1個小時左右就會有一半被分解掉。hnRNA變成mRNA有四個步驟：第一步是在5′端加上一個帽子，這個帽子不但可以保護自己，而且有利於在翻譯蛋白質前被識別作為模板，就像我們在人群中戴一頂帽子可以讓我們要找的人找到自己。第二步是在另一端(3′端)加上一條尾巴，這樣可為進一步加工提供信號。
第三步是在RNA內切酶作用下(識別尾巴)將hnRNA剪斷，去掉中間不必要的部分，然後把剩下的RNA接上(第六章還將詳細描述這一過程)。第四步就是某些核苷酸甲基化，猶如穿上衣服以防傷害。整個hnRNA隻能加工成一個mRNA分子，這一點不同於原核生物。
至此，轉錄過程才算真正完成。在這一有著簡單主題的複雜過程中，我們再次感受到了生命的嚴密組織性和工作的高效性，這是我們曆史上任何一種社會形態所不及的。
mRNA是幾種RNA中最重要的一種，從原核生物和真核生物對它的加工看來，可以看出進化的趨勢。低級的原核生物mRNA幾乎不需加工就能投入使用，而且一次轉錄許多個分子；而高級的真核生物每次隻能轉錄一個mRNA分子，要經過複雜加工才成。聯係它們的結構就可以理解這一點，原核生物結構簡單，不可能複雜加工，也正因為簡單，它麵臨環境的挑戰要比真核生物強得多，它隻有依靠快速和大數量才能做到保存自身，原核生物的代價是慘烈的。真核生物則可以利用自己複雜的結構精深地加工，以防環境的傷害，保證其效率和穩定。生命的進化猶如社會的發展，會越來越優秀、先進和適應變遷。
