从DNA到蛋白质：分子生物学的神奇之旅

朱嗣伟 唐佳沁

分子生物学是从分子水平研究生物大分子的结构与功能，从而阐明生命现象本质的科学。自20世纪50年代以来，分子生物学是生物学的前沿与生长点，其主要研究领域包括蛋白质体系、蛋白质-核酸体系（中心是分子遗传学）和蛋白质-脂质体系（即生物膜）。理解分子生物学有助于我们了解身体是如何运作的，并对诊断、治疗和预防疾病有重要的意义。

DNA的概念

DNA是脱氧核糖核酸的缩写，是一种重要的生命基础因子，属于染色体的组成部分之一。DNA携带有人体所必需的遗传信息，是生物体发育和正常运作必不可缺少的生物大分子。DNA的基本功能包括精准复制遗传信息、突变为生物进化提供分子基础，以及转录成RNA，进而翻译成蛋白质，实现生命的结构和功能。DNA由四种不同的碱基组成，包括腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）。这些碱基按照一定的顺序排列在DNA链上，形成了著名的双螺旋结构。

蛋白质的概念

蛋白质是组成人体一切细胞、组织的重要成分，约占人体全部质量的18%。人体内蛋白质的种类很多，性质、功能各异，但都是由20多种氨基酸按不同比例组合而成的，并在体内不断进行代谢与更新。

（1）维持代谢：蛋白质在身体的生长发育、新陈代谢、组织更新中起到重要作用，促进神经系统正常功能运转。当蛋白质不足时，机体代谢减慢，可能影响局部组织修复，使创口不易愈合。

（2）调节生理功能：蛋白质是构成多种人体重要生理活性物质的成分，具有催化和转运功能，参与多种生命活动，如酶蛋白可促进食物消化、血红蛋白可运送氧等。

（3）提供能量：蛋白质可为人体的生命活动提供能量，保证营养供给。

（4）免疫功能：人体的抗体由蛋白质构成，能够帮助抵抗感染，降低疾病发生率。

（5）其他作用：蛋白质可维持皮肤弹性、血液和组织内压力。蛋白质是大部分酶的构成物质，可辅助消化、吸收。另外，体内部分激素发挥作用时，需要与细胞膜上的受体结合，而蛋白质是受体的主要组成成分，因此蛋白质也有一定的信息交流能力。

如何理解分子生物学

（1）DNA和基因：DNA是人体内的遗传物质，类似于一个编码的指南，告诉身体如何生长和运作。基因是DNA上的一段特定区域，携带着身体的遗传信息。每个人的基因组合都是独一无二的，决定了外貌、性格和健康状况。

（2）转录和翻译：转录是指从DNA复制信息到RNA的过程，而翻译则是将RNA上的信息转化为蛋白质的过程，从而帮助将DNA上的遗传信息转化为具体的生物分子。

（3）蛋白质的功能：蛋白质可以构成人体的肌肉和骨骼，调节免疫系统，帮助消化食物，参与许多生物化学反应，控制细胞的生长和分裂，并传递信号等。不同类型的蛋白质在人体内担任着不同的角色，其合成受到基因的指导。

（4）基因突变和遗传疾病：基因突变是指DNA中的错误或变化，可能影响蛋白质的合成或功能。一些基因突变可能导致遗传疾病的出现。分子生物学可帮助我们研究这些突变如何导致疾病，并为治疗和预防提供指导。

通过以上几个方面的介绍，我们可以对分子生物学有一个初步的理解，知道身体是如何运作的，对健康管理和疾病预防非常重要。

从DNA到蛋白质

从DNA到蛋白质的过程被称为基因表达，是一系列复杂的分子事件，共同参与了生物体的发育、功能和遗传。这个过程可以分为三个关键步骤：转录、RNA剪接和翻译。

（1）转录：这个过程就像是抄写一份文件。在人体内，转录是DNA转换为RNA的过程。DNA是生物体内的遗传物质，存储着细胞内的全部遗传信息。转录的首要任务是将DNA上的基因转录成一个称为mRNA（信使RNA）的分子。mRNA具有与DNA相同的遗传信息，但它只包含一个基因，以便于携带和传递。

转录过程中，DNA的双螺旋结构会解开，让称为RNA聚合酶与DNA上的基因相互作用。RNA聚合酶按照DNA上的某个基因序列，在配对规则中选择合适的碱基（核苷酸）。例如，对于DNA上的腺嘌呤核苷酸，mRNA就会选择尿嘧啶核苷酸。基因的转录过程提示了生物体的遗传信息，并制造了带有生物信息的mRNA分子。转录完成后，mRNA会离开细胞核，进入到细胞质中。

（2）RNA剪接：在这个过程中，mRNA会被处理和改造，以确保其只携带与所需蛋白质合成相关的信息。在转录过程中，生成的mRNA通常包含非编码区域和编码区域。而蛋白质合成所需的信息仅存在于编码区域。

RNA剪接的任务是去除非编码区域，并将编码区域连接在一起。这个过程是通过一系列的蛋白质和小核RNA复合物的协同作用来进行的。这些复合物识别和结合到mRNA上，剪切掉非编码区域，然后将编码区域黏合在一起形成成熟的mRNA。

（3）翻译：也就是将mRNA转换为蛋白质的过程。翻译承担着将mRNA上的遗传信息翻译成蛋白质的作用。翻译器是一个复杂的分子机器，由mRNA、tRNA（转运RNA）和核糖体组成。

翻译过程中，mRNA中的遗传信息通过tRNA被译码为氨基酸序列。tRNA是一种小分子RNA，能够与mRNA上的三个连续碱基序列（密码子）配对。每个tRNA携带特定的氨基酸，它们相继进入核糖体，通过互补配对，将氨基酸连接起来形成蛋白质链。当mRNA被解码完全后，核糖体会停止翻译，释放新合成的蛋白质。蛋白质可能需要其他修改，如折叠成特定的三维结构，才能执行其特定的生物功能。

结束语

从DNA到蛋白质的过程包括转录、RNA剪接和翻译。在转录中，DNA的遗传信息被转录成mRNA。然后，通过RNA剪接，mRNA中的无用信息被剪除，编码区域被连接成连续的信息。最后，在翻译过程中，mRNA中的序列被转换为氨基酸序列，形成蛋白质。这个过程是生物体中基因表达和遗传信息传递的基础。通过这个过程，人体能够根据DNA中的遗传信息合成出各种不同的蛋白质，从而执行各种重要的功能。