为什么DNA不能直接合成蛋白质而必须先转录成mRNA？

 

来源公众号：bioinfotec

DNA并不直接参与蛋白质的合成，而是通过转录为mRNA再进行翻译。

这个过程之所以设计成两步而不是让DNA直接翻译，背后有多方面的原因。

保护DNA免受损伤

DNA作为生物体最为宝贵的遗传信息载体，其结构非常脆弱。它位于细胞核中，受到核膜的保护，而在细胞质中，DNA会面临来自胞内核酸酶的破坏风险。

mRNA相较于DNA更加稳定，拥有5’帽和3’多腺苷酸尾巴，可以有效保护自己不被降解。

因此，直接将DNA从细胞核转移到细胞质进行蛋白质合成，可能会导致DNA的损伤，这也是为什么细胞选择先将DNA转录成mRNA。

能量消耗的考虑

DNA是双链的，要直接用于蛋白质合成，首先必须将其解旋、拆开，找到正确的翻译起始点，然后才能进行蛋白质合成。这一过程不仅耗费大量的能量，还容易出错。

而使用单链的mRNA进行翻译，既简化了过程，也降低了能量消耗。mRNA的使用使得细胞能在较低的能量消耗下完成蛋白质的合成。

提高翻译效率

如果DNA直接用于蛋白质合成，就需要一条核糖体在其上执行多个任务，即在同一时间内识别并翻译不同的基因片段。这是不可能完成的任务，就像一个人试图同时开车和骑自行车一样。

而通过mRNA作为中介，细胞能够精确地将转录出的mRNA分配到不同的ribosome上进行独立翻译，每个核糖体负责单一的任务，确保了高效且准确的蛋白质合成。

转录-翻译的时空调控

转录过程涉及大量的转录因子，它们能精确识别特定的DNA序列并调控转录的时间与地点。DNA的直接翻译需要将这些因子和调控过程全部替代为一个核糖体，这样的任务复杂度是无法想象的。

而通过先转录成mRNA，细胞能够在不同的时空条件下灵活地调节基因表达，更好地响应内外环境的变化。

DNA的复杂性与信息冗余

DNA包含了大量的非编码区域，不是所有的DNA都用来编码蛋白质。直接从DNA翻译蛋白质将会浪费时间和资源，因为必须花费大量的时间来筛选出有意义的编码区域。

而先转录成mRNA后，细胞可以有效地将编码蛋白质的区域挑选出来进行进一步翻译，而不会浪费在无关的非编码区域上。

总之，DNA转录为mRNA再进行翻译的两步过程，不仅提高了基因表达的效率和准确性，还避免了DNA直接翻译可能带来的损伤和能量浪费。

这一机制是自然选择经过长期演化所决定的高效而可靠的方式。

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