從DNA到蛋白質：分子生物學的神奇之旅

朱嗣偉 唐佳沁

分子生物學是從分子水平研究生物大分子的結構與功能，從而闡明生命現象本質的科學。自20世紀50年代以來，分子生物學是生物學的前沿與生長點，其主要研究領域包括蛋白質體系、蛋白質-核酸體系（中心是分子遺傳學）和蛋白質-脂質體系（即生物膜）。理解分子生物學有助于我們了解身體是如何運作的，并對診斷、治療和預防疾病有重要的意義。

DNA的概念

DNA是脫氧核糖核酸的縮寫，是一種重要的生命基礎因子，屬于染色體的組成部分之一。DNA攜帶有人體所必需的遺傳信息，是生物體發育和正常運作必不可缺少的生物大分子。DNA的基本功能包括精準復制遺傳信息、突變為生物進化提供分子基礎，以及轉錄成RNA，進而翻譯成蛋白質，實現生命的結構和功能。DNA由四種不同的堿基組成，包括腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鳥嘌呤（G）和胞嘧啶（C）。這些堿基按照一定的順序排列在DNA鏈上，形成了著名的雙螺旋結構。

蛋白質的概念

蛋白質是組成人體一切細胞、組織的重要成分，約占人體全部質量的18%。人體內蛋白質的種類很多，性質、功能各異，但都是由20多種氨基酸按不同比例組合而成的，并在體內不斷進行代謝與更新。

（1）維持代謝：蛋白質在身體的生長發育、新陳代謝、組織更新中起到重要作用，促進神經系統正常功能運轉。當蛋白質不足時，機體代謝減慢，可能影響局部組織修復，使創口不易愈合。

（2）調節生理功能：蛋白質是構成多種人體重要生理活性物質的成分，具有催化和轉運功能，參與多種生命活動，如酶蛋白可促進食物消化、血紅蛋白可運送氧等。

（3）提供能量：蛋白質可為人體的生命活動提供能量，保證營養供給。

（4）免疫功能：人體的抗體由蛋白質構成，能夠幫助抵抗感染，降低疾病發生率。

（5）其他作用：蛋白質可維持皮膚彈性、血液和組織內壓力。蛋白質是大部分酶的構成物質，可輔助消化、吸收。另外，體內部分激素發揮作用時，需要與細胞膜上的受體結合，而蛋白質是受體的主要組成成分，因此蛋白質也有一定的信息交流能力。

如何理解分子生物學

（1）DNA和基因：DNA是人體內的遺傳物質，類似于一個編碼的指南，告訴身體如何生長和運作。基因是DNA上的一段特定區域，攜帶著身體的遺傳信息。每個人的基因組合都是獨一無二的，決定了外貌、性格和健康狀況。

（2）轉錄和翻譯：轉錄是指從DNA復制信息到RNA的過程，而翻譯則是將RNA上的信息轉化為蛋白質的過程，從而幫助將DNA上的遺傳信息轉化為具體的生物分子。

（3）蛋白質的功能：蛋白質可以構成人體的肌肉和骨骼，調節免疫系統，幫助消化食物，參與許多生物化學反應，控制細胞的生長和分裂，并傳遞信號等。不同類型的蛋白質在人體內擔任著不同的角色，其合成受到基因的指導。

（4）基因突變和遺傳疾病：基因突變是指DNA中的錯誤或變化，可能影響蛋白質的合成或功能。一些基因突變可能導致遺傳疾病的出現。分子生物學可幫助我們研究這些突變如何導致疾病，并為治療和預防提供指導。

通過以上幾個方面的介紹，我們可以對分子生物學有一個初步的理解，知道身體是如何運作的，對健康管理和疾病預防非常重要。

從DNA到蛋白質

從DNA到蛋白質的過程被稱為基因表達，是一系列復雜的分子事件，共同參與了生物體的發育、功能和遺傳。這個過程可以分為三個關鍵步驟：轉錄、RNA剪接和翻譯。

（1）轉錄：這個過程就像是抄寫一份文件。在人體內，轉錄是DNA轉換為RNA的過程。DNA是生物體內的遺傳物質，存儲著細胞內的全部遺傳信息。轉錄的首要任務是將DNA上的基因轉錄成一個稱為mRNA（信使RNA）的分子。mRNA具有與DNA相同的遺傳信息，但它只包含一個基因，以便于攜帶和傳遞。

轉錄過程中，DNA的雙螺旋結構會解開，讓稱為RNA聚合酶與DNA上的基因相互作用。RNA聚合酶按照DNA上的某個基因序列，在配對規則中選擇合適的堿基（核苷酸）。例如，對于DNA上的腺嘌呤核苷酸，mRNA就會選擇尿嘧啶核苷酸。基因的轉錄過程提示了生物體的遺傳信息，并制造了帶有生物信息的mRNA分子。轉錄完成后，mRNA會離開細胞核，進入到細胞質中。

（2）RNA剪接：在這個過程中，mRNA會被處理和改造，以確保其只攜帶與所需蛋白質合成相關的信息。在轉錄過程中，生成的mRNA通常包含非編碼區域和編碼區域。而蛋白質合成所需的信息僅存在于編碼區域。

RNA剪接的任務是去除非編碼區域，并將編碼區域連接在一起。這個過程是通過一系列的蛋白質和小核RNA復合物的協同作用來進行的。這些復合物識別和結合到mRNA上，剪切掉非編碼區域，然后將編碼區域黏合在一起形成成熟的mRNA。

（3）翻譯：也就是將mRNA轉換為蛋白質的過程。翻譯承擔著將mRNA上的遺傳信息翻譯成蛋白質的作用。翻譯器是一個復雜的分子機器，由mRNA、tRNA（轉運RNA）和核糖體組成。

翻譯過程中，mRNA中的遺傳信息通過tRNA被譯碼為氨基酸序列。tRNA是一種小分子RNA，能夠與mRNA上的三個連續堿基序列（密碼子）配對。每個tRNA攜帶特定的氨基酸，它們相繼進入核糖體，通過互補配對，將氨基酸連接起來形成蛋白質鏈。當mRNA被解碼完全后，核糖體會停止翻譯，釋放新合成的蛋白質。蛋白質可能需要其他修改，如折疊成特定的三維結構，才能執行其特定的生物功能。

結束語

從DNA到蛋白質的過程包括轉錄、RNA剪接和翻譯。在轉錄中，DNA的遺傳信息被轉錄成mRNA。然后，通過RNA剪接，mRNA中的無用信息被剪除，編碼區域被連接成連續的信息。最后，在翻譯過程中，mRNA中的序列被轉換為氨基酸序列，形成蛋白質。這個過程是生物體中基因表達和遺傳信息傳遞的基礎。通過這個過程，人體能夠根據DNA中的遺傳信息合成出各種不同的蛋白質，從而執行各種重要的功能。