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图4—30 2号碳原子从附近的另一个巯基上夺取氢原子，把不成对的电子转移过去，同时，两个巯基会组成一个二硫键。注意，这个二硫键中的一个硫原子仍是自由基，而且那个不成对的电子同时显现1个单位的负电荷。（作者绘）
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图4—31 二硫键上多余的不成对电子转移到3号碳原子上，迫使羰基恢复成羟基。（作者绘）
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图4—32 3号碳原子从半胱氨酸自由基那里抢走一个氢原子，恢复稳定，核糖最终变成了脱氧核糖。（作者绘）
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那就欠债还钱吧：这一切变化都是因为半胱氨酸自由基从3号碳原子上抢走了一个氢原子，如今，那个氢原子还好端端摆在3号碳原子旁边，于是，3号碳原子不由分说地抢回了它，一切终于恢复了稳定。核糖，也终于变成了更稳定的脱氧核糖。
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啊，从核糖到脱氧核糖的还原反应，事儿就这样成了。RNA单体顺利变成了DNA单体，然后就脱离了RNR，也飘然而去了。只是，RNR还有些收尾工作。
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第三个阶段，是恢复起始状态。经过上一个阶段，最后那个半胱氨酸恢复了自由基的状态，可以继续攻击下一个核糖。但是那两个巯基失去了两个氢原子，必须从其他物质那里补回来。而这种“其他物质”可以是“硫氧还蛋白”或者“谷氧还蛋白”——这两种蛋白质像之前提过的“铁氧还蛋白”一样，也是所有细胞都有，可以追溯到末祖身上的小型蛋白质。而它们的氢原子交给RNR之后，又能从氢原子的保鲜车，辅酶NADPH那里抢回来。这已经不是太重要的细节，所以我们就不打算详细介绍了。
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当然，末祖毕竟是40亿年前的存在了，RNR在不同的生物体内进化出了一些细节上的差异。XIV
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目前为止，我们在细胞内一共发现了三种RNR，分别称之为I型、II型、III型。它们同时出现在细菌域、古菌域和真核域，但在不同域的出现频率各不相同。
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总的来说，I型RNR必须有氧气参与才能制造自由基，显然是在光合作用席卷地球之后才从另外两种RNR当中的某一种进化而来的。XV而II型和III型RNR主要出现在细菌和古菌身上，一种是用维生素B12那样的钴咕啉制造自由基，一种是用四铁四硫簇制造自由基——这样的配方就让我们觉得亲切多了，像极了第三幕里那些古老的酶。尤其是后者，它不但是个铁硫蛋白，而且把甲酸当作整个反应的“电子供体”，越发让我们关联起许多第三幕的情节来。
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更具体地说，三种RNR在第一个阶段采用了不同的“自由基引发剂”去制造半胱氨酸自由基，在第三阶段也采用了不同的“电子供体”来恢复自己的氢原子。
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I型RNR就是上面讲述过的例子，它们的工作需要氧气，在细菌和真核细胞里出现得更多。“自由基引发剂”通常是一对铁原子，通过酪氨酸的中介产生半胱氨酸自由基。“电子供体”是“硫氧还蛋白”或者“谷氧还蛋白”。但在某些细菌或古菌细胞内，“自由基引发剂”也可能是一对锰原子，或者一个铁原子与一个锰原子的组合。而且，铁原子与锰原子的组合能够直接把半胱氨酸变成自由基，不需要酪氨酸作为中介。
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II型RNR的工作不需要氧气，但是有氧气也无所谓，它在细菌和古菌中出现得更多。它们的“自由基引发剂”是类似维生素B12的钴咕啉，通过“5’端脱氧腺苷自由基”的中介产生半胱氨酸自由基，而不需要酪氨酸，“电子供体”是硫氧还蛋白或者谷氧还蛋白。
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III型RNR工作时不能有氧气，在细菌域和古菌域出现得更多。它们的“自由基引发剂”比较复杂，包括一个四铁四硫簇，一个腺苷甲硫氨酸，还有一个黄素氧还蛋白，通过甘氨酸自由基的中介产生半胱氨酸自由基，“电子供体”是甲酸。
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但是，如果把眼光放得长远一些，我们又会发现，许许多多的病毒也编码了自己的核糖核苷酸还原酶，而且与细胞中的核糖核苷酸还原酶有着明显的进化关系XVI，这是福泰尔提出DNA源自病毒的重要依据。不过，福泰尔也指出，目前还不清楚核糖核苷酸还原酶究竟是从病毒传递给了细胞，还是相反，这需要更进一步的研究。
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最后，核糖核苷酸还原酶出现的时间不大可能早于蛋白质。因为那些自由基相当厉害，如果是一个酶RNA来做这种事，一定会引火烧身，自己先被破坏掉了。所以，它应该是“联合世界”时代的产物。
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[1]如果一定要把目光聚焦在个体层面，我们的确可以找到一些反例。比如雀麦草花叶病毒（Brome mosaic virus）的基因组分装在3条单链RNA上，轮状病毒（Rotavirus）的基因组分装在11条各不相同的双链RNA上，这些病毒的单个颗粒能否集齐所有RNA，都是很随机的事情。但是另一方面，在实践上，这又称不上是反例，因为病毒感染通常都是许许多多的病毒颗粒同时入侵一个细胞，那么在任何一个宿主细胞内部，还是会出现一个完整的病毒基因组。
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[2]这对于现代的细胞膜来说非常困难，因为核苷酸和氨基酸的极性都很强，很难自由渗透穿过磷脂双分子层，但是对于原始细胞膜，事情就会非常不同，但我们要到第五幕里才具体讨论一些实验成果。实际上，这里只是简略地“预支”了一些第五幕的内容，如果你对这些原始细胞膜的讲述还有更多困惑，那么都可以带到第五幕去。
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[3]不必担心不同的基因会头尾相连而混在一起，因为病毒的基因组会在不同的基因之间插入一些分隔性的序列，让每个基因都能被单独复制下来。另外，也有某些病毒，比如乙肝病毒和HIV，就非常节省碱基，不同的基因可以有重叠的序列。
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[4]这在分子生物学上被称为双螺旋的“构想”。就目前而言，自然界的核酸至少有A、B、Z三种构想，其中A构想和B构想都是右旋的，对应图4—23中的左边和右边，Z构想是左旋的。另外，任何两种构想都没有绝对的界限，可以在不同的条件下互相转化，图中的两种构想都是理想化的极端情形，真实的双螺旋都介于二者之间。
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[5]稍具体地说，“尿嘧啶-DNA糖苷酶”（uracil-DNA glycosylase）会沿着DNA巡逻，一旦发现碱基U，就把碱基与脱氧核糖之间的糖苷键切断，让这个错误的碱基脱落。然后，另一个沿着DNA巡逻的“无嘌呤且无嘧啶内切酶”（AP endonucleases）会发现这里缺个碱基，于是把这一处的磷酸脱氧核糖骨架也切出一个豁口。接着，DNA聚合酶会跟过来，把一个“磷酸脱氧核糖胸腺苷”，也就是带有碱基C的DNA单体，补进这个豁口，恢复正常的碱基配对。最后，沿着DNA巡逻的“DNA连接酶”会把这个豁口两端的磷酸脱氧核糖骨架连接起来。终于一切正常了。
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