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  • 發布時間:2022-04-13 17:26 原文鏈接: 關于中心法則的起源的介紹

      中心法則的信息是從DNA到RNA,但是,謝平(2014)指出,從生命起源和演化的歷史來看,信息的整合則必定是從mRNA到DNA 。

      從RNA到DNA的演化之路

      在細胞起源的早期,為了適應細胞的分裂行為,遺傳物質的有效傳遞成為必須,因此,細胞中儲存在各種m-RNA中的遺傳信息的整合必須成為選擇的方向,把所有m-RNA的信息連接起來,就是向DNA方向發展的啟航。也許可以認為,隨著蛋白質的增多,mRNA也相應增多,偶爾一個整合性的mRNA長鏈更好地匹配了細胞的分裂行為,這樣就會得到選擇。

      但是,并不是把m-RNA拼接起來就是DNA,實際上,結構成份發生了兩個變化,其一,RNA分子中的尿嘧啶,在DNA中變成了胸腺嘧啶,雖然兩者僅有細微的差別,即后者多了一個甲基;其二,RNA分子中的核糖在DNA中變成了脫氧核糖。但是這兩個變化卻導致了兩種核酸在形態上的顯著差別:DNA形成雙螺旋的結構,而絕大部分RNA分子都是線狀單鏈,雖然RNA分子的某些區域可自身回折進行堿基互補配對,形成局部雙螺旋。或許出于某種結構上的緣由,如果脫氧核糖替代核糖以及胸腺嘧啶替代尿嘧啶能更加有利于形成穩定的雙螺旋結構的話,那就是DNA被選擇的方向性。

      當然,或許僅僅就是為了避免混淆,因為生物經常要用既有聯系又能區別的結構物質來行使不同的功能,譬如,NADPH和NADH,兩者的還原電位完全相同,功能也類似,但卻用于不同的生物代謝途徑。一個不容易混淆的井然有序的代謝系統當然會得到選擇或青睞。

      用mRNA拼接DNA的證據

      真核基因轉錄產物為單順反子,即一個基因編碼一條多肽鏈或RNA鏈,每個基因轉錄有各自的調節元件。在原核細胞中,通常是幾種不同的mRNA連在一起,相互之間由一段短的不編碼蛋白質的間隔序列所隔開,這種mRNA叫做多順反子mRNA。依筆者之見,原核生物多順反子的存在,正好可視為是mRNA拼接成長鏈DNA的一個過渡階段的證據。

      另一個證據就是,在DNA聚合酶根據模板復制新的DNA鏈之前,必須依賴一段RNA引物。這一引物是引物酶辨認起始位點后解開一段DNA并按照5'到3'方向合成的RNA短鏈。之后,DNA聚合酶會通過磷酸二酯鍵的連接,添加與模板鏈配對的核苷酸,從而向引物鏈的3'端方向合成DNA。當然,最后RNA水解酶(RNase)會將RNA引物水解,另一些DNA聚合酶會生成DNA來填補這些缺口。

      可以設想,如果不將m-RNA的遺傳信息整合進一個統一的DNA中去的話,細胞分裂中如何能夠將親細胞準確地分配到兩個子細胞中去則難以想象的!最近謝平(2015)提出,遺傳密碼子是生化系統的一部分,而生化系統的核心是ATP,正是ATP才建立起了核酸和蛋白質之間的聯系(ATP中心假說)。

      當然,完善的遺傳系統的建立絕非易事,超越了人類的想象,應該是細胞前體在數億年的演化歷程特別是無數次失敗的分裂過程中才得以實現的。人們可能懷疑這種推論的真實性,但在如此宏大的地球上,在如此之小的細胞中,如果給予了10億年的時日,一切偶然皆有可能成為必然,一切不可想象的事件皆有可能發生,只要有一個演化的方向性。

      蛋白質、RNA和DNA三者在結構與功能的分化與完善,導致了一個完全獨立的遺傳系統的形成,而這又是通過細胞分裂維持生命形態相對穩定性的前提。只有一個真正可操作的遺傳系統的出現,生命才從前細胞體時代邁進了細胞時代,才真正拉開了生物進化的序幕。

      在生化機制上,細胞必須形成既有區別又有聯系的一種結構體系,即一方面必須對信息進行準確地儲存與復制,另一方面高效地實施生命構建,前者就是核酸體系,后者就是蛋白質體系。這兩個體系在短時間尺度上相對獨立,但不斷相互作用,導致在長時間尺度上的協同演化。

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