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今年高考,一道理综题出错了?

图片:Yestone 邑石网正版图库

关于今年一卷理综八题的质疑?

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由中国科学院生物物理研究所副研究员的叶盛,来说说里面的知识点。

在刚刚结束的高考中,有一道争议考题让考生犯了难,A 选项的错误显而易见,“果糖不是双糖”。争议的焦点在 B 选项,“酶是一类具有高选择催化性能的蛋白质”这句话到底是对还是错呢?

从科学的角度来看,如果用这样一句话来给酶下定义,那肯定是不全面的。因为在地球生命的细胞内,能够起催化作用的酶不仅仅只有蛋白质分子,还包括了 RNA 分子,也就是核糖核酸分子。

当然,在我们的细胞中,绝大多数起催化作用的酶都是蛋白质。它们或是让化学反应的速度加快,或是降低了化学反应发生的“门槛”,或是抑制了过快发生的化学反应,或是防止了化学反应走向对细胞有害的方向。总而言之,在这些蛋白质的酶促作用之下,我们细胞内成千上万的化学反应才能够在受控的状态下有序发生,从而维持细胞的运转。

早在上世纪六十年代就有科学家提出,除了蛋白质以外,RNA 也可能是酶。当时,结构生物学的发展已经为生物学家们展现了越来越多酶的三维结构,证明空间结构对于酶的催化功能起着至关重要的作用。而 RNA 也可以形成复杂的空间结构,这就让科学家们相信,RNA 很可能也具备酶的催化作用。不过,那时尚没有任何的直接证据。

1980 年代,美国生物学家托马斯 · 切赫(Thomas Cech)在研究四膜虫核糖体 RNA 基因的内含子时发现,这种 RNA 无须加入任何蛋白质,就能自动完成内含子的修剪。经过一系列的研究工作之后,切赫排除了所有其他可能性,提出这种 RNA 分子能够催化自身的剪切和重新连接,因此符合酶的定义。与此同时,另一位美国生物学家西德尼 · 阿特曼(Sidney Altman)在研究转运 RNA 的成熟过程时发现,起关键催化作用的也是一种 RNA 分子。1982 年,核酶(ribozyme)一词被正式提出,用以表示具有酶催化功能的 RNA 。1989 年,切赫和阿特曼因为他们在核酶方面的开创性工作分享了当年的诺贝尔化学奖。

时至今日,人们发现的核酶仍然屈指可数,远远比不上数量浩如烟海的蛋白质酶。然而有趣的是,核酶所催化的往往是对于细胞来说至关重要的反应。比如说,除了上述与 RNA 自身的加工处理有关的反应之外,核酶还参与了蛋白质的合成工作。

我们都知道,核糖体是细胞内合成蛋白质的工厂,能够根据信使 RNA 的编码,合成一条对应的肽链。核糖体这个名字的来历,就是因为其内部除了蛋白质之外还含有大量的核糖核酸,也就是 RNA 分子。在肽链合成中最关键的核心环节,是将转运 RNA 带来的氨基酸分子通过肽键连接在一起。而在核糖体当中,催化这个缩肽反应的酶就是 RNA 分子。如此看来,倘若没有核酶,蛋白质都无从谈起了。

事实上,核酶的重要性还不仅于此。它很可能解释了生命起源的问题。

当今地球上,所有的生物细胞都是以脱氧核糖核酸(DNA)分子为遗传物质,承载遗传信息,再将其翻译成为蛋白质来执行生物学功能。这就是所谓的生物学“中心法则”。然而这就带来了“先有鸡还是先有蛋”的难题。也就是说,地球上究竟是最先有了 DNA ,还是最先有了蛋白质?如果说先有了 DNA ,可是没有蛋白质的酶促作用,DNA 自身也无法完成复制,更不能执行其他生物学功能。如果说先有了蛋白质,可是蛋白质又没有双链结构,不具备复制、遗传的物质基础。

于是,有科学家提出了一个“RNA 世界”的假说,认为地球上最先产生的生命物质既不是 DNA ,也不是蛋白质,而是 RNA 分子。RNA 既可以像 DNA 一样,通过双链结构来实现复制和遗传,又可以折叠成复杂的三维结构,像蛋白质一样实现催化功能。随着生命的不断进化,在竞争的压力之下,DNA 取代了 RNA 来承载遗传信息,催化的工作也被更高效、更稳定的蛋白质接手了。而 RNA 则承担了 DNA 与蛋白质之间的纽带角色,不仅仅是人们熟知的信使 RNA 和转运 RNA ,还包括了作为核酶存在的核糖体 RNA 。显然,核酶是“RNA 世界”假说中的关键一环。

虽然“RNA 世界”假说还有待更进一步的研究和检验,但 RNA 分子毫无疑问也是酶的一个组成部分。所以说,B 选项的正确写法应该是“酶应该是指所有具备特异性催化功能的生物分子,主要是蛋白质,但也包括 RNA。”

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