DNA是地球上所有生物的遗传物质吗?朊病毒为什么没有遗传物质?
地球生物的遗传物质除了DNA外,还有一部分病毒的遗传物质是RNA。
DNA是人类的遗传物质,因为拥有特殊的双螺旋结构,使得子代保留亲代特性的同时,还具有遗传的多样性。
在地球上,拥有几百万个物种,其中绝大部分生物都是以DNA作为遗传物质,只有一部分病毒是已RNA为遗传物质。
DNA:脱氧核糖核酸,有四种碱基A、G、C、T。
RNA:全称核糖核酸,RNA病毒中通常是单链RNA,也有少部分的双链RNA,RNA有四种碱基A、G、C、U。
可以看到,DNA和RNA的碱基只有一个不同,在自然界中,DNA的碱基对只有以上四种;但是科学家在实验室中,还合成了四种新的碱基(S和B,P和Z),合成碱基和自然碱基有着相似的性质,同样可以合成DNA双链结构,甚至合成8种碱基组成的DNA。
在一些病毒中,没有双链的DNA,而是以RNA作为遗传物质,比如艾滋病病毒、埃博拉病毒、西班牙流感、禽流感病毒、烟草花叶病毒等等。
以RNA为遗传物质的病毒,由于RNA的单链结构没有DNA的双链结构稳定,所以这类病毒非常容易发生变异,对人类社会的威胁非常大;一旦RNA病毒变异后感染人类,就需要世界各国团结起来,阻断病毒的传播途径。
因为DNA和RNA都属于核酸,所以可以说“地球生物都是以核酸作为遗传物质”,至少目前人类发现的生物都是这样的。
但是不得不提朊病毒,朊病毒是导致疯牛病的原因,如果人类食用了被疯牛病污染的牛肉,可能导致人类中枢系统病变,最后死亡,其危害相当大。
朊病毒特殊之处在于没有遗传物质,没有DNA也没有RNA,本质上朊病毒就是蛋白质;其实“朊病毒”的叫法是错误的,准确地叫做“感染性蛋白质颗粒”,这种蛋白质在生物体内,可能造成其他正常蛋白质结构变异,从而使生物致病。
从生物学的角度看,朊病毒本身不具备生物的特征,因为它不能自我繁殖、也没有信息的遗传,所以朊病毒可以看成非生物物质,不过关于这点还存在争议。
三百年前,人类首次发现了感染朊病毒病的绵羊和小山羊。因患病动物的奇痒难熬,常在粗糙的树干和石头表面不停摩擦,以致身上的毛都被磨脱,而被称为“羊瘙痒症”。该病广泛传播于欧洲和澳洲,潜伏期为18到26个月,患病动物兴奋、丧失协调性、站立不稳、瘙痒、瘫痪直至死亡。
1996年,英国爆发了疯牛病。在当时的英国,没有人吃牛脑子,所以英国的牧场屠宰牛之后,把牛脑子作为牛的饲料喂给牛,于是英国爆发了疯牛病。
其常见的神经症状有行为异常、共济失调和感觉过敏。行为异常主要表现为离群独处、焦虑不安、恐惧、狂暴或沉郁、神志恍惚、不自主运动(如磨牙、肌肉抽搐、震颤和痉挛等)、不愿通过水泥地面、拐弯、进人畜栏、过门或挤乳等。当有人靠近或追逼病牛时,牛往往往往出现攻击行为。
病理性研究表明,疯牛病极有可能是通过食用大脑传播的。朊病毒侵犯动物中枢神经系统。随病程进展,在神经元树突和细胞体,尤其在小脑区星形细胞和树枝状细胞内发生进行性空泡化、星形细胞胶质增生,灰质中出现海绵状病变。这些病潜伏期长、病程缓慢、进行性脑功能紊乱、无缓解康复、终至死亡。
朊病毒是一类特殊的蛋白质。我们知道,蛋白质的生产过程中,核糖体合成肽链,肽链在内质网和高尔基体中盘曲折叠成一定的空间结构。朊病毒可以看成是生物体内某种正常蛋白质异常折叠产生的。而朊病毒的强大之处在于,它可以把类似的蛋白质盘曲折叠成错误的空间结构,通过这种方法增殖。
所以从某种意义上说,阮病毒的氨基酸排列顺序和空间结构就是朊病毒的遗传信息,蛋白质是朊病毒的遗传物质。
阮病毒本身就只是个蛋白质,很多人称为朊蛋白。阮病毒其实是一种蛋白质折叠病,是由体内正常的蛋白质折叠错误引起的,阮病毒也就是那个错误折叠的蛋白质,这个错误的蛋白质会诱导正常的蛋白质(与他的前体相同的蛋白)也转化为错误的构象,产生新的阮病毒.这个过程与一般的病毒有很大的差异,我个人觉得不应该用遗传物质这样的词描述。
朊病毒,最初被认识是羊的痛痒病的病原体,是一种慢性神经系统疾病,在200多年前就已发现,,1935年法国研究人员通过接种发现这种病可在羊群中传染,意味着这种病是能在宿主动物体内自行复制的感染因子。朊粒同时又是人类中的中枢神经系统退化性疾病如库鲁病和克-杰氏综合症的病原体,也可引起疯牛病即牛脑的海绵状病变。朊粒为普通老百姓所广泛了解应该是由于疯牛病所引起的恐慌。
后来研究表明,朊病毒是不含DNA或RNA的蛋白质颗粒,一个不含DNA或RNA的蛋白质分子能够在受感染的宿主细胞内产生与自身相同的分子,且实现相同的生物学功能,即引起相同的疾病,这意味是这种蛋白质分子也负载和传递遗传信息的物质!这是从根本上动摇了遗传学的基础,对“中心法则”提出了严重的挑战。
我们知道,作为遗传物质,除了具有稳定的结构,还必须具有能自我复制,能贮存大量的遗传信息,具有可遗传的变异等特征。后来研究表明,疯牛病等虽然能传染,但朊病毒它并不是传递遗传信息的载体,也不能自我复制,而是由基因编码产生的一种正常蛋白质的异构体!所以朊粒(蛋白质颗粒)并不是遗传物质。哺乳动物细胞里的基因编码产生一种糖蛋白PrP,正常脑组织中的PrP称为PrPc(上标标不出来),病变脑组织中的PrP称为PrPSC,两者是异构体,氨基酸组分和线性排列次序相同,但三维构象不同。PrP*是一种中间体,即PrP*可以生成PrPc,也可以生成PrPSC,一般情况下,PrP*含量极少,所以生成的PrPsc也极少,但外源的PrPsc可以促使PrP*变成PrPsc,PrPsc具有不溶性,使生成PrPsc的过程成为不可逆转,PrPsc在神圣细胞里大量沉积,引起神经细胞的病变,破坏了神经细胞功能。也就是说,PrPsc进入宿主细胞后并不能自我复制,而是将细胞内基因编码产生的PrPc转变成了PrPsc。由此可见,朊病毒不能作为蛋白质是遗传物质的证明,“中心法则”是正确的,至少在目前还是无需修正的。