關(guān)于高中生物RNA類型及作用的延伸探討

宋柳丁

基因“表達”決定了蛋白質(zhì)的合成，最終決定了細胞是形成肺、肝、腦，還是其他組織。研究什么因素會激活基因表達、什么因素會抑制基因表達，對認識生命本身的生物過程至關(guān)重要。生物分子水平的研究價值便體現(xiàn)了出來。這就是我們所說遺傳與表現(xiàn)的根本是什么？很顯然是基因，各種基因指導(dǎo)蛋白的合成，蛋白又經(jīng)過一系列折疊彎曲形成一定的空間結(jié)構(gòu)，最后不同結(jié)構(gòu)的蛋白組成不同功能的組織，進而形成各種生物。

這體現(xiàn)了無論是分子水平的生物研究還是高中生物學(xué)習(xí)中的基本思路，基因的類型決定結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)決定功能。由此類推，每個生物中都存在“類型- - - -結(jié)構(gòu)- - - -功能”三級結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)就形成了高中生物中對于單個生物體研究的切入方向，和答題思路。三級結(jié)構(gòu)是橫向的去研究生物，那么在縱向研究中仍然以三級結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，但是由于組成基因的核酸順序不同造成了多米諾的累加效應(yīng)，形成了生物間的千差萬別。而生物間核酸是一樣的，顯然易見生物是統(tǒng)一的。所以生物間存在統(tǒng)一性與多樣性。

我們可以從蛋白合成過程中來延伸RNA的類型及作用

一、RNA主要是有三種類型組成的：TRNA，MRNA，RRNA

首先為了基因的準(zhǔn)確表達，我們要將DNA含基因的區(qū)段取下來，這就需要轉(zhuǎn)運RNA，就是MRNA。上面的核酸存在序列編碼和非序列編碼，大約只有25%的編碼指導(dǎo)氨基酸的合成。可見生物是有無限潛力的，同時生命也是一個有機的整體，絕不存在浪費。剩下的75%無序編碼，是一定會被利用的，也許是沒有發(fā)現(xiàn)的基因，也有可能是其他的用處。生命遠不是你們想的那么簡單。

為了保證高效的來進行生命的代謝，TRNA以它的特殊結(jié)構(gòu)承擔(dān)了這個責(zé)任，彎曲的多肽鏈，使其具有了很強的轉(zhuǎn)化功能。一端是磷酸，一端連著氨基酸中的羧基。很顯然要存在這種功能取決于TRNA環(huán)中的類型，首先有反密碼子環(huán)，其實是三個翻轉(zhuǎn)突出的的堿基。其余的環(huán)上也應(yīng)該有關(guān)于篩選不同堿基的物質(zhì)。當(dāng)然作為基本的RNA只是單鏈彎曲形成的，即二級結(jié)構(gòu)。每一個微觀總會有宏觀與之對應(yīng)，TRNA的表現(xiàn)也暗含著人類的下意識。世界上總有大眾所認同的事物，就如同大多數(shù)生物會明顯偏好編碼同一個氨基酸的數(shù)個密碼子中的其中一個。其實這是因為TRNA作為媒介的翻譯速率受MRNA中冗余密碼子的影響，所謂冗余密碼子就指表現(xiàn)性不變但重復(fù)的密碼很多，但這和簡短密碼子表達的效果卻是一樣的。打個比方，這就如同你在給你的朋友發(fā)短信：Excuse me.同樣的閱讀速度，很顯然如果縮寫成“EM”那么閱讀會更快。這就很好的解釋了自然的選擇，有的人覺得這影響應(yīng)該微乎其微吧。其實不然。就如同人類的習(xí)慣一樣，這會使蛋白的生產(chǎn)速率降到正常的十分之甚至更低。但不要擔(dān)心這只是會在小段序列編碼DNA中出現(xiàn)，不會對大面積的翻譯速度造成影響。

在說完trna后，咱們來說說他的“兄弟”。RNA的重要成員，RRNA，這是組成核糖體的基本結(jié)構(gòu)。眾所周知蛋白是生命活動主要承擔(dān)者，沒有RRNA的核糖體會發(fā)生塌陷。根據(jù)它具有識別MRNA和合成單鏈的功能，但是他有大部分是核糖體的組成單位，所以它具有廣泛的雙鏈結(jié)構(gòu)。但值的一提的是，RRNA所謂雙鏈的排列方式是有末端迂回的，這和DNA的雙聯(lián)螺旋結(jié)構(gòu)有些不同。也就是他的單鏈會在末端進行掉頭，并與他本身的另一螺旋化鏈之間用堿基鏈接。這也就是發(fā)夾式螺旋結(jié)構(gòu)。這是為了RRNA縱向結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，利于支撐RRNA。那么其余的單鏈就引導(dǎo)MRNA和TRNA的翻譯。

提到引導(dǎo)，就必須說一下16sRRNA，引入一個量：沉淀系數(shù)，就是s，s是一個常量，s前邊這個數(shù)越大說明沉淀所用的時間越少，也就越先沉淀。現(xiàn)在對核糖體的的RRNA的研究的少，但是16srRNA是有承前啟后的意義的。其單鏈既有引導(dǎo)的作用，后雙鏈又有在大小亞基上固定其他rRNA的作用。在分子水平的生物研究上，分子大部分是具有對稱美的。就如同世間萬物有始有終，課本中提到了mrna的終止密碼，延伸它是有起始密碼的。起始密碼中存在大量的嘌呤這正好可以和16srRNA中含大量嘧啶的末端吻合。這即是16srRNA的承前功能，更重要的是它與激發(fā)蛋白的開始復(fù)制有關(guān)系。這在基因工程中開始翻譯的位點有很大關(guān)系，這我們在后面會提到。

轉(zhuǎn)錄物的副產(chǎn)品：miRNA：

總而言之它是通過調(diào)和靶細胞內(nèi)MRNA堿基配對程度不同而間接通過影響物質(zhì)的合成來調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。他的前提是DNA的轉(zhuǎn)錄物，經(jīng)過Dicre（這是屬于RNA酶III家族成員）酶剪切而成的，這種酶最先是在果蠅的身體中發(fā)現(xiàn)的。后來的研究發(fā)現(xiàn)它廣泛存在于人、真菌等真核生物中。正是由于對靶細胞合成蛋白的控制性，才會在發(fā)育、病毒防御、造血過程等方面發(fā)揮作用。

現(xiàn)已知，人的基因組中有222個編碼miRNA的基因，可以編程207種miRNA，雖然這只占人基因序列的3%左右。但其合成種類已遠超氨基酸的種類，但根據(jù)研究估計實際數(shù)目起碼要超出一倍，這樣說來，miRNA發(fā)揮這么大作用也是理所當(dāng)然的了。

二、其它RNA

1、小分子RNA。其實miRNA也具有這種功能，也可以歸為小分子RNA。這類RNA一般也就幾百個到幾十個核苷酸，這和蛋白質(zhì)比起來真是小巫見大巫了。但“小巫”卻有著大角色。它可通過互補序列的結(jié)合反作用于DNA，從而關(guān)閉或調(diào)節(jié)基因的表達。甚至某些小分子RNA可以通過指導(dǎo)基因的開關(guān)來調(diào)控細胞的發(fā)育時鐘，他可以讓基因悄悄地“沉默”。這是相當(dāng)有意義的，因為控制了一類細胞的周期就意味著控制了這個生物的發(fā)育。

2、反義RNA與非編碼RNA。反義RNA，這與前面所說的miRNA作用相似。中學(xué)翻譯蛋白所用的都是單鏈模板。但基因也不能保證時刻不變，總會出錯。這就需要有調(diào)控蛋白合成的物質(zhì)。這就是反義RNA的作用機理：與mRNA配對，來調(diào)控蛋白的合成，這是控制生物基因表達的一種方式。那么能夠抑制某些特定基因的表達，是否可以尋找病毒的反義RNA來抑制病毒在人體內(nèi)惡性增殖，來治愈癌癥呢？

答案是肯定的，這就需要我們來引入另一種RNA。號稱生物遺傳學(xué)界的“暗物質(zhì)”。話歸正題，每個人身體中都有原癌基因和抑癌基因。非編碼RNA既然能調(diào)控很多方面，既然也能調(diào)控這兩種基因的表達。一旦調(diào)控失衡就有可能導(dǎo)致一些重大疾病。這就需要特定的反義RNA來對這種失調(diào)進行控制，這種反義RNA已經(jīng)能治愈小鼠的肝炎。他的好處在于能夠使病毒中失調(diào)的非編碼RNA在源頭上“沉默”，這項技術(shù)在將來有望在源頭上控制艾滋病，重點是有可能使艾滋病的基因突變“失效”，不再讓醫(yī)學(xué)的發(fā)展趕不上生物的變化。

3、核酶與端體酶RNA。高中生物基因工程這本書中，如何在對基因進行人工操控？這里面一定有一種擁有RNA的結(jié)構(gòu)同又有酶的催化功能。這就是核酶，基因“切割”的本質(zhì)是水解，那么核酶通過催化轉(zhuǎn)和磷酸二酯鍵水解反應(yīng)參與RNA自身剪切、加工過程。他的發(fā)現(xiàn)打破了酶是蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)觀念。

其實這兩種核酸酶是有共性的，之所以對核酶和端體酶具有劃分，是因為前者作用具有普遍性，而后者主要作用于端粒。重要的是端粒酶作用間接關(guān)系生物的壽命，在高中指出了人的衰老與端粒的長短有關(guān)。端粒和蛋白共同組成了染色體的尾部結(jié)構(gòu)，作用是保持染色體的完整性和控制細胞的分裂周期。細胞分裂次數(shù)每增多一次，端體酶就會使端粒少一段，久而久之，端粒消耗殆盡，細胞就會自動凋亡，大面積的端粒耗盡就會導(dǎo)致生物衰老。

人的生命有時就是一個從小到大再從大到小的一個過程，有些細節(jié)能影響全局，就如同一個RNA能影響并貫穿生命的一生。不負生命，我們要不斷在細節(jié)上尋求突破，既然基因所指導(dǎo)組成的生命的精密程度超過任何一件人工物品，我們又有什么理由不去塑造精彩的人生。