|
学过一点生物的人都知道，DNA中有四种碱基（A、T、G、C），RNA中也有四种碱基（A、U、G、C）。不知道有多少人想过，这个在DNA中用T代替U的做法，对生物体有何意义，又要付出多大代价。
或许有人觉得，加上个甲基轻而易举。但是，对于生物体来说，这需要额外建立一条代谢途径。生物体先要将UDP还原成dUDP，这一步的消耗对四种碱基都是一样的，不算额外花费。如果要用dUTP合成DNA的话，随便找个激酶（核苷二磷酸激酶特异性很低），花费一个高能键就可以了。但如果要加上那个甲基，就必须先把dUDP水解成dUMP，因为那个催化尿嘧啶甲基化的酶（胸腺嘧啶核苷酸合成酶）只能以dUMP为底物。所以，先要浪费掉一个高能键，才能去进行甲基化。 而且，酶催化dUMP甲基化的时候，还要消耗一个甲叉四氢叶酸。甲基不能自己到处跑，必须有个载体才行。这个载体（四氢叶酸），在把甲基转出去之后就变成了二氢叶酸，必须由一个酶（二氢叶酸还原酶）催化再生，才能再去转移下一个甲基。这个再生过程要消耗一个NADPH，相当于2.5个高能键。有了dTMP，再花费2个高能键把它变成dTTP，就终于可以去合成DNA了。
所以，这个甲基化过程，即使不计算原材料（甲基）的消耗，光能耗就高达3.5个高能键。3.5个高能键不多吗？想一想，运动的时候，骨骼肌高速酵解，每个葡萄糖能产生多少高能键？只有2个。再想想，人体基因组有多少亿碱基对？这只是一个细胞的消耗，一个生物体有多少细胞需要进行DNA复制？这种额外的能量消耗，自然界中的所有生物（除了能量过剩，整天想着减肥的人类）都承受不起，额外的消耗如果没有收益，就必然会被无情的自然选择淘汰。 合成胸腺嘧啶的能耗不低，但这并不是唯一的代价。增加一条额外的代谢途径也是代价。这不但要进化出额外的酶，与原有途径无缝衔接，还要防止可能出现的不利情况。比如说，那个二氢叶酸还原酶，就是一个活靶子，经常被各种针对。叶酸类似物如氨基蝶呤、氨甲蝶呤等，能与二氢叶酸还原酶不可逆结合，抑制甲基的转移；一种抗菌增效剂甲氧苄啶(TMP)也是因为结构与二氢叶酸类似，所以才能抑制细菌二氢叶酸还原酶，起到抗菌增效作用。
既然合成胸腺嘧啶的代价这么大，那么好处在哪里呢？就是提高遗传信息传递的忠实性了。简单地说，如果DNA中也用U，那么就很容易在DNA复制、传递过程中出错，这种错误出现的几率不大，但如果一代一代地积累起来，就会使DNA变得面目全非。 出错的原理涉及到碱基的稳定性和细胞的修复机制。简单地说，核酸中的碱基都会缓慢地发生变化，比如自发脱氨。这就是一种自发突变，没法预防。好在频率不高，发现以后及时修复就可以了，细胞里有一些酶负责这个工作。如果用AUCG合成DNA，那么其中三种即使发生突变也很容易发现，可以迅速修复；但另外一种，脱氨之后却难以发现，也就没法修复了。 这个碱基就是胞嘧啶，它脱氨以后会变成尿嘧啶。这样一来，如果看到一个尿嘧啶，完全无法判断它究竟是本来就是尿嘧啶，还是胞嘧啶脱氨突变而成的。所以，生物体在合成DNA的时候，就干脆用胸腺嘧啶代替尿嘧啶，这样就可以与胞嘧啶脱氨生成的尿嘧啶区分开。然后，将DNA中出现的所有尿嘧啶全都修复成胞嘧啶就行了。
那么，RNA为什么可以用尿嘧啶呢？因为RNA和DNA是不同的，RNA是一次性的临时物品，不像DNA，一代传一代，永远不会丢弃，像个传家宝一样。RNA分子小，使用时间短，出现脱氨的几率本来就很小，即使出了错误，也就合成几个错误的蛋白而已，很快这个RNA就降解了，新合成的RNA还是正确的。也就是说，突变不会积累，不会遗传，所以RNA是不用修复的，可以采用“廉价”的尿嘧啶。 |
|
|
