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1700258384 生命的起源:所有生命的共同祖先在40亿年前是怎样诞生的? [:1700256302]
1700258385 ·三种工具·
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1700258387 中心法则的最后一步是从RNA到蛋白质的“翻译”。这件事几乎只发生在细胞质里,而且要比上述过程都复杂一些,它是三件工具——核糖体、信使RNA和转运RNA——密切配合的动态过程。
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1700258389 对于图2—48,首先要知道,这三种工具都是由RNA构成的,或者至少是由RNA构成了最关键的部位。这些RNA也当然是从DNA上转录下来的链条,我们会在第四幕里看到RNA的链条也能像肽链一样折叠出复杂的三维形态,变成精巧的分子机器,不过我们现在只需弄明白它们的功能,所以这幅图并没有像上一节的图示一样画出RNA链条的细节,而只表现了它们最后的三维轮廓——就好比毛衣虽然是一根细线盘成的,但我们看到的是一件可以套在身上的衣服。
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1700258394 图2—48 实现翻译过程的三种主要结构:核糖体(包含大小亚基)、转运RNA、信使RNA。图中的5’表示RNA的开头或上游,3’表示RNA的结尾或下游。(作者绘)
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1700258396 那么,正如我们在高中生物课上学习过的,信使RNA是一条非常长的链条,链条上的密码子依次对应着蛋白质中的氨基酸,是将来合成蛋白质的模板[12]。
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1700258398 而核糖体就是那个专门负责合成蛋白质的酶,它由RNA和蛋白质互相缠绕而成,个头巨大,以至于通常会被视为一种细胞器。从结构上看,它就像一颗张大了嘴的脑袋:那个大而复杂,好像上半张脸的部分,就叫“大亚基”,个头比较小,好似下巴的部分就叫“小亚基”。它们本来互不连接,分散在细胞内,但只要下巴“尝”到了信使RNA上的某段特殊序列,就会与大亚基组合起来,把信使RNA叼在嘴里。
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1700258400 信使RNA与核糖体装配完毕,细胞质里不计其数的转运RNA就要开始工作了。如图2—49,转运RNA的三维形状一头粗来一头细,中间还拐个弯,好像一只鸡大腿,大腿尖上粘着一个氨基酸,大腿根向外翻出3个碱基,而且这3个碱基一定是那个氨基酸的密码子的互补序列。比如大腿尖上粘的是谷氨酸,谷氨酸的密码子是“GAG”或者“GAA”,那么大腿根上翻出来的3个碱基就一定是“CUC”或者“CUU”——像这样与密码子互补的3个碱基,就是所谓的“反密码子”。
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1700258402 这些转运RNA的工作室就在核糖体大亚基的内部,为此,这个大亚基有3个关键的出入口。
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1700258404 首先是“转运RNA入口”。如图2—49至图2—52,装载了氨基酸的转运RNA会一个一个地从这里钻进去,试着匹配信使RNA上的密码子。如果某个转运RNA匹配成功了,它就会结合在这个密码子上,钻进核糖体内部,到达“A”位点上;如果匹配不成功,那当然就得从入口退出来,让别的转运RNA来试。
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1700258409 图2—49 核糖体的大小亚基组装在了信使RNA上。通过大亚基画成半透明的部分,可见其中同时预装了一个携带着甲硫氨酸的转运RNA,那是因为遗传密码的“起始密码”同时编码了甲硫氨酸(参见图2—44),所以新合成的肽链总是以甲硫氨酸开头的。至于那些不需要这个开头的肽链,就等肽链形成之后,再由别的酶来把它剪掉。(作者绘)
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1700258414 图2—50 正在翻译中的核糖体,一个装载了氨基酸的转运RNA匹配后进入核糖体。为了表现清晰,大亚基展现的是内部结构。(作者绘)
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1700258419 图2—51 核糖体内部的“肽基转移”。肽链原本结合在P位点的转运RNA上,现在要与A位点的转运RNA上装载的氨基酸形成新的肽键,由此整个转移到A位点的转运RNA上。那些仔细观察的读者会注意到A位点上的转运RNA的图示有些与众不同,因为这里试图表现的是这个转运RNA的“背面”:与所有酶促反应一样,这个图示里的一切发生在三维空间中,A位点和P位点的两个转运RNA的位置关系,就好像我们坐在凳子上把彼此的脚抵在一起。那么,此时低头俯视双脚,我们看到的就会是图示中的这个样子——只是我们的两条腿左右对称,所以低头看到的都是腿内侧,而转运RNA都是一顺子,所以一个看到正面,一个看到背面。另外,你还会注意到小亚基上的信使RNA不是平直的,而是在中间升起了一节,那就是专门给两个转运RNA预备的“凳子”。(作者绘)
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1700258421 在核糖体的深处,有一条正在形成的肽链,连接在P位点的转运RNA上。那么如图2—51,每一个到达A位点的鸡大腿都会朝它“磕”一下,由此把大腿尖上的氨基酸连到那个肽链的末端,形成一个新的肽键,让肽链再延长一节。这也让那条正在形成的肽链转移到了A位点的转运RNA上,因此,这个A位点的转运RNA就会继续深入,顶替掉原本的P位点的转运RNA。当然,原本的P位点的转运RNA也会顺势退让到E位点上,然后从另一侧的转运RNA出口离开核糖体。
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1700258423 这个过程循环往复,肽链就会不断延长,从上方的肽链出口钻出来,逐步折叠成细胞所需的一切蛋白质。
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1700258425 相比中学生物教材,上面的介绍似乎要更加精致复杂一些,因为我们会在第四幕里追究一些更加深刻的问题。但即便如此,这样的描述仍然省去了太多的细节,略去了太多的辅助物质。然而,我们实在不必纠结那些细节和物质,因为我们只需记住,在这整个过程中,信使RNA、核糖体RNA以及转运RNA,它们的结构,它们发挥功能的机制,它们彼此配合的方式,在如今的每一个细胞内都是一样的。当然,这种一样不是说没有差异的绝对相同,进化当然会让不同类群的RNA产生一些自己的特征,但这些特征都是修饰性的,丝毫不能掩盖它们源自同一套原型的昭然事实,这就像不同的鸟有不同形状的喙和不同长度的腿,但其中的相似性也实在显著,毫无疑问是来自同一套原型。
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1700258430 图2—52 翻译过程中一个循环结束的样子。仔细看,这其实与图2—50一模一样,只是整个核糖体向右前进了一个密码子,肽链也增加了一个氨基酸。(作者绘)
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1700258432 我们发现,遗传密码、信使RNA、核糖体RNA以及转运RNA,乃至整个中心法则,都必然源自末祖,也就很可能源自第一个细胞——这毫无疑问就是我们在回溯之路上的又一条具体线索,恐怕也是最醒目的线索。
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