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《科学大众》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

创办于1937年,是我国创刊最早、影响最大的科普刊物之一。现由江苏省科技厅主管、江苏省科协主办。70多年来,杂志秉承“科学大众化、大众科学化”的宗旨,矢志不渝地为提高中华民族特别是青少年科学素质服务,影响了一代又一代中国人,得到了毛泽东、周恩来等党和国家领导人的肯定。

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谜团种种的RNA

2013-11-21 13:55:38

谜团种种的RNA

□ 文/ 候立顺

 

大家知道,人体的每个细胞都会按照需求制造蛋白质。蛋白质是由氨基酸连接而成。有了蛋白质,才有了生命。生命遗传主角是DNADNA链由4种碱基连接而成,而碱基的不同排序,就对应着不同的信息,指导合成不同的蛋白质。人们长期认为作为DNA的副本RNA只是复制DNA的信息,并将把信息传至制造蛋白质的场所,RNA的作用只是传递信息而已。

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新发现不断

随着研究的深入,科学家发现RNADNA制造蛋白质这一过程中,作用并非目前认识的那么简单。1970年科学家发现,核糖体能够将氨基酸连接合成蛋白质构成生命,核糖体本身就是蛋白质和RNA的复合体。2000年,科学家终于弄明白不是蛋白质,而是RNA承担着使氨基酸结合的任务。到了2001年,科学家了解了人类遗传基因的大致数量后,发现蛋白质有10万余种,而遗传基因仅有2万多个。在某些种类的病毒里,遗传信息不是由DNA而是由RNA储存。与常见情况相反,RNA还是以自身为模板反向合成DNA。也就是说,RNA保存着遗传信息并能传递给下一代,这样就与DNA主要作用相同了。

RNA不仅肩负传递DNA信息的使命,有时还承担着酶蛋白的任务,负责剪切、粘贴分子。当生命主体为病毒时,它还代替DNA挑起承载遗传信息的重任。生命的构成离不开DNARNA和蛋白质。那么,如果没有DNA和蛋白质,仅凭RNA能构成生命吗?这个问题,在探讨“生命起源”之谜时具有重要意义。

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生命起源于RNA

目前的研究表明,生命起源于距今40亿年前左右。最初诞生的生命,是自我复制的“某类物质”。想要实现自我复制,必须具备如下两个必要条件:掌握自我复制所需的信息,进行复制时所需的反应能够发生。

现代生物为实现自我复制会以DNA碱基对的序列为设计图,以RNA为介质,蛋白质则负责推进必要的化学反应。但在生命起源的初期阶段,很难想象会存在如此复杂的分工。比较合理的解释是,生命起源之时这三种物质并没有协同工作,而是其中的某一种成为了起源的发端。那么,最初的生命是从这三种生物大分子中的哪一种开始形成的呢?

目前被认为最有可能的候选者就是既能像DNA一样承载遗传信息,又能像蛋白质一样起到酶的作用的RNA。研究者认为,构成RNA的原料分子,在生命起源之初就已存在于当时的地球上了。之后在某些偶然的情况下,有着与核糖体类似作用的RNA诞生了,开始连接原料分子并进行自我复制。再后来可以接合氨基酸合成蛋白质的RNA出现了,制成了蛋白质。蛋白质在推进必要反应方面要比RNA的效率高,因此RNA仅用于保持遗传信息,而复制时推进必要反应的任务落到了蛋白质身上。最后,比RNA难分解、更适合用于保存遗传信息的DNA延生了,它取代RNA承担了承载遗传信息的任务。以上,即为被称为“RNA世界”的假说。

 

疾病新疗法

为了维持我们的身体健康,体内各细胞需要适量地合成必需的蛋白质。DNA设计指导制成蛋白质成品,而控制成品数量和品质的则是RNARNA可以通过有选择的剪接来合成多种蛋白质,还能控制蛋白质合成的量,因此它对于维持我们生命的正常运转是不可或缺的。不过研究发现,蛋白质合成完毕之前,出现差错的几率其实很高,其中的剪接阶段最容易出错。这也意味着一旦RNA的功能失常,人就可能会生病。实际上,研究者已证明存在多种与RNA有关的疾病。异常信使与遗传病中的很多种,甚至可能高达全部遗传病数量的百分之几十都有关联。例如肌营养不良,就是因为形成肌肉所必需的一种蛋白质无法合成而导致的肌肉功能低下。引起这种疾病的原因,正是合成这种蛋白质的信使RNA中间部分出现了假的终止密码子,该异常信使RNA因此会被细胞检出并分解,这样一来,对应的蛋白质也就无法合成了。对付这类疾病,就需要开发某种药物,让核糖体能够忽略异常的终止密码子,继续合成机体所需的蛋白质。

还有其他一些疾病,如遗传性的地中海贫血,可遗传的乳腺癌及卵巢癌、脊髓性肌肉萎缩症等,都是因为RNA在剪接时出现异常,无法合成正常的蛋白质所致。我们期待,随着对细胞检测异常信使RNA的机制更深入了解,科学家们能开发出一些新疗法,用以治疗那些至今还无药可医的种种疑难杂症。

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使用RNA本身作为药物的研究也在推进。人群中也存在因合成出异常的蛋白质而导致的疾病,其发病机理与肌营养不良正好相反。对于这样的病症,如果以信使RNA为靶标,阻止它工作,疾病的症状就可能得到抑制。从2008年起,日本的药店开始出售含有人工RNA的药物,可用于治疗渗出性老年性黄斑变性。因此,随着RNA研究的不断推进,诊断和治疗癌症的新方法也一定会出现。全世界的许多科学家都在进行着有关RNA的研究。当我们能够一窥这块未知大陆全貌的时候,人类就向着生命之谜的谜底又迈进了一大步。




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