结构推理 mRNA的概念是如何形成的?如何证实的?
【正确答案】mRNA由于其在细胞总RNA中所占比例很小,很难把它分离出来。mRNA的概念首先是从理论上提出来的,然后再由实验证实。
   (1)mRNA概念的提出
   1961年,Jacob和Monod首先提出了mRNA的概念。在真核细胞中,由于蛋白质是在胞浆中而不是在核内合成,因此显然要求有一个中间物将DNA上的遗传信息传递至胞浆中。后来的研究证实,这种中间物即信使RNA。他们在研究大肠杆菌与乳糖代谢有关酶类的生物合成时发现,诱导物IPTG的加入,可以立即使酶蛋白的合成速度增加上千倍。而诱导物一旦消失,又可使酶蛋白的合成立即停止。这个实验结果给人的启示是:蛋白质合成的模板是一种不稳定的物质,其半衰期很短。
   他们对这种物质的性质作了如下的预言:i)信使是一种多核苷酸;ii)信使的碱基组成应与相应的DNA的碱基组成相一致;iii)在多肽合成时,信使应与核糖体作短暂的结合;iv)信使的长度应是不同的,因为它们所编码的多肽链的长度是不同的;v)信使的半衰期很短,所以信使的合成速度应该是很快的。
   所以,这样的信使可能是一种RNA。但是当时已发现的两种RNA(rRNA、tRNA)都不具备这些特性,于是预测有第三种RNA。
   (2)mRNA的实验证实
   1956年Elliot Volkin和Lawrence Astrachan作了一项很有意思的观察:当E.coli被T2感染,迅速停止了RNA的合成,但噬菌的RNA却开始迅速合成。用同位素脉冲追踪标记表明噬菌的RNA在很短的时间内就进行合成,但很快又消失了,表明RNA的半衰期是很短的。由于这种新合成的RNA的碱基比和T2的DNA碱基比相似,而和细菌的碱基比不同,所以可以确定新合成的RNA是T2的RNA。由于T2感染细菌时注入的是DNA,而在细胞里合成的是RNA,可见DNA是合成RNA的模板。最令人信服的证据来自DNA-RNA的杂交实验。Hall.B.D和spiegeman,S,将T2噬菌体感染E.coli后立即产生的RNA分离出来,分别与T2和E.coli的DNA进行分子杂交,结果发现这种RNA只能和T2的DNA杂交形成“杂种”链,而不能和E.coli的DNA进行杂交。表明T2产生的这种RNA(即mRNA)至少和T2的DNA中的一条链是互补的。
   Brenner,s.Jacob,F.和Meselson(1961)进行了一系列的的实验,他们将E.coli培养在15N/13C的培养基中,因此合成的RNA和蛋白都被“重”同位素所标记。也就是说凡是“重”的核糖体,RNA和蛋白都是细菌的,然后用T2感染E.coli,细菌的RNA停止合成,而开始合成T2的RNA此时用普通的“轻”培养基(14N/12C),但分别以32P来标记新合成的T2RNA,以35S标记新合成的T2蛋白,因此任何重新合成的核糖体,RNA,及蛋白都是“轻”的但带有放射性同位素。经培养一段时间后破碎细胞,加入过量的轻的核糖体作对照,进行密度梯度离心,结果“轻”的核糖体上不具有放射性,“重”的核糖体上具有32P和35S,表明:(1)T2未合成核糖体,“轻”核糖体却是后加放的。(2)T2翻译时是借用了细菌原来合成的核糖体,所以核糖体并无特异性,核糖体上结合的mRNA,其序列的特异性才是指导合成蛋白质的遗传信息,从而提出了mRNA作为“信使”的证据。因此他们将这种能把遗传信息从DNA传递到蛋白质上的物质称为“信使”。
   Volkin和Astrachan发现高速更新的RNA似乎完全符合以上条件。Jacob和Monod将它定名为信使RNA(Messenger RNA)或mRNA。
【答案解析】