DNA是如何得到控制蛋白質合成的能力的?

時間 2021-05-05 19:06:08

1樓:昝醫生

DNA分子控制蛋白質的合成這個過程也是極其複雜的,其中還需要另外一種核酸作為「中間人」才能完成,這種核酸叫做核糖核酸,一般稱為「RNA」。RNA分子是一條單鏈,形狀很像一條拆開的單鏈DNA分子:遺傳資訊的傳遞就是從DNA經由RNA,再按照遺傳密碼的規則,將氨基酸有順序地排列、連線在一起,合成蛋白質,並將遺傳資訊表現在這種蛋白質的氨基酸排列順序上

2樓:伯伯的花房子

其實這個問題更合適的問法是「RNA是如何得到控制蛋白質合成的能力的」。

中心法則所描述的是絕大多數現代生物中遺傳資訊的流動,然而對於早期的生命形態來說,中心法則就不那麼適用了——就是前邊有答主提到的RNA世界假說。關於為什麼RNA更可能是早期生命的形態,及其可能的起源,可以參考我這個回答的內容:

有什麼證據可以證明原始生命的形成無需DNA和酶的存在?

為了連貫性我這裡再簡述一下其中的觀點,因為RNA序列本身就是遺傳資訊,而部分RNA是具有催化功能的(即核酶ribozyme),如果我們可以找到乙個能催化自身複製的RNA,那它就滿足了乙個生命的特徵。科學家已經在實驗室部分證明了這個過程的可能性,並發現了潛在的由非生命物質形成RNA的途徑,所以RNA世界假說是當下很有競爭力的一種生命起源的模型。

那麼接下來的問題就是,RNA是怎樣讓蛋白質進入到它的世界中的呢?其實這個問題的答案就藏在每個現代生物的身體裡。中學課本告訴我們,蛋白質是由核醣體催化合成的,不過它沒講到這個過程的核心是核醣體中的rRNA,核醣體中的蛋白質只是起到了穩定結構的作用——也就是說,自始至終,合成蛋白質這件事都是RNA在操刀,這本身也是RNA先於蛋白質存在的乙個佐證。

蛋白質翻譯的過程(from Wikipedia)

由於功能的重要,核醣體RNA本身的變異很慢,它的結構記錄著自己的過去,模擬樹木的年輪,每一圈都蘊含著它那一年的經歷,而已經形成的年輪不會再發生變化。類似的是,現代生物的rRNA具有乙個共同的核心,可以追溯到它誕生的源頭——在那個時候,rRNA還沒有合成蛋白質的功能,而隨著結構的一圈圈擴充,它也記錄下得到蛋白質合成能力的過程。

核醣體演化的6個階段

核醣體具有大、小兩個亞基——它們或許是地球上在一起最久的cp了,小亞基負責與mRNA的結合,大亞基負責蛋白質肽鍵的生成,然而在演化的早期,它們乙個住在長江頭,乙個住在長江尾,還感受不到彼此的存在。(Phase 1)

隨著演化的不斷進行,小亞基獲得了和單鏈RNA結合的能力——那個就是日後的mRNA,而大亞基獲得了和螺旋形RNA(RNA helix)結合的能力——那個就是日後的tRNA,大亞基還獲得了催化肽鍵生成的能力(雖然它此時還不知道自己能合成出些什麼),大小亞基都在做更好的自己,為的是遇到更好的彼此。(Phase 2)

直到有一天,大小亞基彼此相遇,雖然只是第一次,但兩者結合的位點卻出人意料地匹配,從此二者開始了共同演化的經歷。(Phase 3)

為了適應彼此,小亞基也開始嘗試接納大亞基帶來的tRNA,大亞基也演化出可供mRNA移動的通道。(Phase 4)

大亞基催化肽鍵生成的能力終於變得可控,它可以參照mRNA的序列合成一些小肽了,tRNA也在這個過程中幫上了忙——至此RNA已經獲得了合成蛋白質的能力。(Phase 5)

我們知道,核酸有四種鹼基,而構成蛋白質的編碼氨基酸有22種(常見的有20種),核酸的鹼基都是芳香型結構,而氨基酸側鏈既有芳香環,又有脂肪鏈,既有鹼性的氨基,又有酸性的羧基,它的可塑性和多樣性相較於核酸都大大增加了,RNA世界被蛋白質世界取代是演化的必然。然而如果我們換乙個視角,作為那個舊日世界的見證者,核醣體RNA一手開啟了新世界的大門,創造了新世界所有的子民。RNA依然主宰這我們的世界,從38億年前開始,或許一直到生命的盡頭。

Petrov et al 2015, History of the ribosome and the origin of translation, PNAS 112, 15396-15401.

3樓:王子碩

首先我贊同之前對於RNA世界學說解釋的那位朋友的說法,基於這個,我想在說一下為啥最後還是DNA成功上位了。

首先看一下現在我們的知識領域內,並沒有多少RNA雙鏈的結構,有也十分的不穩定,但是反觀DNA雙鏈,那麼多的種類什麼A-DNA,B-DNA,Z-DNA啊等,即使有一些不太穩定卻也比RNA雙鏈來得好一些,且生物是進化的,以前的簡單生物可以用簡單的遺傳物質,而後來複雜的生物進化出來後,簡單的單鏈已經不太能滿足了,所以形成了更加穩定和複雜的雙鏈結構的DNA ,且我們都知道DNA可以結合組蛋白和非組蛋白,形成染色質或者說染色體,這樣就更加保證了遺傳物質的穩定,也就應證了我剛才的說法。且RNA以一維結構為起點,DNA以二維結構為起點,或許隨著生物的再進化,會不會在脫氧核醣上再掉個氧形成雙脫氧核醣,再形成更加穩定的三維結構為起點的另外的乙個XNA經過更加充分的修飾以及相互作用,得到控制Protein 的能力呢?我不知道現在有沒有人做過這個實驗,以後有機會我會做一下?

4樓:現世基本法傑斯

RNA世界假說認為最初的遺傳物質和功能性分子都是RNA,而DNA和蛋白質都是後來上位的。乙個關鍵的證據是晶體結構顯示核醣體的肽基轉移酶活性位點僅含有RNA組分。

5樓:宋佳霖

所以DNA未必是最早的遺傳物質。特定的RNA具有酶的活性,也就是說,RNA可以同時承擔遺傳(複製)和代謝的任務。所以最早的遺傳物質更可能是RNA。

為什麼生物不能直接用DNA合成蛋白質?

因為真核生物的DNA在細胞核內而合成蛋白質的核醣體在細胞質 DNA蘊藏著重要的遺傳資訊在核內乖乖地和蛋白纏繞形成染色體要是獨自出來細胞質容易被細胞質中的水解酶水解或是突變導致遺傳資訊改變 所以蛋白質的合成需要mRNA 信使RNA 幫忙從細胞核內把DNA上的遺傳資訊帶到細胞質中供核醣體翻譯合成蛋白質 ...

假如未來合成蛋白質比天然蛋白質更好,你會選擇嗎?

小熊邇好 我不會成為任何一方的忠實粉絲。毫無疑問在這樣的未來合成肉比天然肉要便宜。這個時候會出現類似於 有機蔬菜 一樣的 有機豬肉 比合成肉貴好幾倍還有人買。有機蔬菜是不是真的好吸收沒人考證過,生成是有機蔬菜的東西也沒人考究是不是真的一點化肥都沒用。但是消費者吃這一套,所以生活所迫我這樣的窮人肯定平...

正在合成的蛋白質如何避免被降解?

Pat 細胞內的蛋白質降解途徑一般是受到高度調控的,往往會通過特別的修飾來標記需要被降解的蛋白質。一些特異性較低的蛋白酶可以降解蛋白質中沒有緊密摺疊的區域,但一般也不會自由地出現在細胞環境中。問題中提到的 正在合成的蛋白質的構象與錯誤摺疊的蛋白質非常類似 這個表述不知從何而來。肽鏈在核醣體上進行合成...