为什么没有生物直接以 DNA 为模板来合成蛋白质？中间加一个 mRNA 有什么好处？ 第1页

看了眼答案比较多，但似乎都讲得比较杂，我就做个整合和补充吧

先有RNA还是先有DNA和蛋白质？

首先很多回答都提到了RNA是更早的遗传物质。这是为什么呢？生物考试的时候经常遇到的题目就是“所有酶都是蛋白质”，大家错得多了也就记得了，RNA也可以是酶。而RNA又具有和DNA类似的序列，可以存储遗传信息。

那么关于生命起源的假设也得出了——RNA可能才是最初的源起。这个假说很快站住了脚跟，并且为科学界所认可。

但是这终究只是个假说，但有什么证据吗？

已经有科学家尝试用RNA来合成生命，并且得到了可以自己复制进化，并且行使酶功能的RNA，当然这还只是个非常初始的模型，并不能真正实现，只能说RNA确实可能是生命的起源。

也有从最简单的生命体，RNA病毒的角度来研究的，并且猜测这种像RNA病毒一样的生物，是不是当今生物界的最后一位共同祖先（LUCA）。

最近11月份的报道，科学家从陨石上检测的有机化合物中，检测到了类似氨基酸和核苷酸的物质（分别是蛋白质和核酸的组成部分）。而核苷酸中没有检测到属于DNA的脱氧核糖，而是检测到了属于RNA的核糖，这似乎也是一个有力的佐证。

当然，还有的进一步的假说是RNA世界之前还有“前RNA世界”，即RNA的出现还需要其他的前体物质，这就离我们的问题越来越远了，暂且不谈。

多了RNA的作用反而更高效？

乍一看中心法则，好像确实如果大部分生物没了RNA，直接DNA转成蛋白质，那确实还蛮高效的。但是生物的世界的复杂性不是一个中心法则就能概括完的。中心法则只是提炼了其中的精华所在。

这个转录效率的问题，首先从结构看起，mRNA在翻译过程中，也需要发生一个tRNA和mRNA互补配对的过程，而DNA要实现这个过程，就需要打开自己稳定的双链。

这意味着，DNA形成可以稳定遗传给后代的双链就失去了意义了。为了高效表达蛋白，这个双链反复的开开闭闭，这听起来也不咋地有效率。

更何况，DNA除了双链结构，还有核小体（histone）包裹的二级结构，核小体相互结合的三级结构。这要是一层层打开，然后再让蛋白质翻译出来，这感觉不简单。

另一个问题是，mRNA的表达不是高中学的时候，DNA上一个基因转录成mRNA，mRNA再翻译成tRNA这么简单。为了高效利用mRNA，会有很多个核糖体结合上去，同时翻译。

这就像是，你以为中心法则只是一条流水线（核糖体），但其实是几十上百条流水线，看着同一份说明书（mRNA），没日没夜地赶工（翻译），才能保证细胞中蛋白质的需求。

这要是给双链的DNA来做，恐怕有点困难。如果真的就分开了，那DNA的稳定遗传的作用也不复存在了。

顺带一提，原核生物因为没有细胞核，所以可能那头的mRNA正在转录，另一头的mRNA已经开始翻译了。这是因为单细胞生物的外界环境更复杂，它们需要牺牲稳定性，来获取更快的反应时间，来对外界环境做出反应。

而说到细胞核，DNA存在于细胞核里，有着核孔像安检一样把关，其他的物质不能轻易进去，DNA的稳定性也能得到保证。

还要考虑转录调控的问题

除了效率问题，现实的生物体，不管是小如单细胞生物，或者是复杂的哺乳动物，什么时候，什么地方该表达什么基因，都是由准确的调控的，可不是一个中心法则就能讲清楚的。

我们现在来从胰岛素的角度想想，蛋白质是怎么产生的。这可能和你学过的有点不一样。

首先外界刺激，即你刚吃完饭血糖升高，对胰腺细胞产生刺激，信号进入你的细胞（现在还是曾经学过的还记得吗？）。这时会有一堆叫转录因子的蛋白会先行动起来，像快递员一样跑到核里特定的胰岛素基因前面，通知DNA：该表达基因了！

和转录因子一起到来的，可能还有各种各样的蛋白质，或者复杂的复合物，它们或是帮助DNA转录，或者是促进DNA大量表达，各司其职。

这时一个初始的mRNA诞生了！

但这个mRNA还不能开始发生我们熟悉的翻译，它还需要加工，不编码蛋白的内含子被切掉，外显子拼接起来。同时，不同状态下，剪接的流程也不一样：在这个时候可能就加工成A形态的mRNA去翻译，那个时候就加工成B形态的mRNA来翻译，甚至还有C, D, E...各种形态呢！

mRNA上可能还具有一些修饰点缀，比如为了能识别mRNA并且精确的表达，并保证mRNA的稳定，mRNA前面会有一个一连串A碱基组成的“头部”，还会在“尾部”戴上一个标志性的“帽子”。又或者是可能在核苷酸上有一些基团变化，那么在表达的时候也可以出现一些不同。

这个过程中，还包括了各种可能存在的表观遗传的现象：避免错误的表达，DNA不应该表达的地方，会有各种限制，比如：DNA甲基化像个开关一样死死关上，使得转录因子不能结合；核小体会紧密抱团结合起来，致密的DNA复杂结构使得这些地方打不开不能表达等等。

而RNA除了我们知道mRNA、tRNA、rRNA，还有各种各样的非编码RNA（不参与蛋白表达的RNA）执行着调控功能。

在这之后，胰岛素开始翻译，翻译的过程中到了一定的时候，血糖降下来了，新的信号出现了，mRNA会被降解。后面多出来的mRNA会被某些小RNA结合被清理掉。本来结合着那些转录因子快递员们也纷纷结束工作离开基因。而你也大概吃完饭一两个小时了。

而这，还只是复杂的分子过程中的冰山一角。

（其实也给大家简单介绍了分子生物学和表观遗传学的一些内容了）

回到问题：要是只是DNA到蛋白质，这其中的复杂调控可以顺利进行吗？虽然我们会说，想个办法总是可以的嘛。但是，RNA就是大自然给你的办法。

我们确实希望追求一个简单化的规则，比如中心法则，但是又不能因为其简单化，就想当然的以为这些过程可以轻易改变，这个简单的法则后面，可蕴含着好多复杂的东西呢。

这也是未来生物学要努力探究的内容了。

参考资料：

• Wikipedia相关词条
• Furukawa Y, Chikaraishi Y, Ohkouchi N, et al. Extraterrestrial ribose and other sugars in primitive meteorites[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2019, 116(49): 24440-24445.

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