Posted By Mr. Thursday
電腦有電腦病毒，在生物體也有病毒。病毒和寄生蟲有類似的地方，就是他們都無法自行完成繁殖後代的過程，必須要找到宿主，才能產生下一代。病毒簡單地說，就是由 DNA 或 RNA組成一個病毒的中心，外面在包上幾層醣蛋白 (glycoprotein) ，就是一個病毒了，因為只有 DNA 或 RNA ，所以病毒容易突變，所以感冒疫苗比較少見，因為突變速度太快了。然而也因為病毒只有 DNA 或 RNA，因此他沒有一般生物體細胞裡面維持生命所需的胞器，像是之前介紹過的粒線體來提供能量，以及各式各樣的酵素來維持各種循環，以及最重要的，複製自己產生下一代。
因此，病毒組成非常簡單，就是DNA、RNA，外面包一層蛋白質就是了。
圖1 SARS病毒
現在剩下的問題，大概就是：DNA、RNA是什麼東西呢？之前DNA到蛋白質的過程這篇文章裡面，有簡單地介紹一下DNA、RNA、以及蛋白質之間的關係。在這邊我也簡短地複習一下，讓各位可以知道DNA，進一步知道病毒是什麼東西了！
當我們要學習一件新東西的時候，有個方法是讓新東西和過去學過的東西產生連結，譬如說視覺上，可以把以前學過可以辨識的特徵拿出來，變成現在新東西的面貌。譬如說我們可以把新東西切割，分析是由哪些我們已經知道的東西組成的。假如今天您從來沒聽過DNA、RNA，字面上我說DNA是deoxynucleic acid的縮寫，中文稱為去氧核糖核酸，可能你還是不知道這些字的意義。因此，先讓各位視覺上有個印象，分別看一下DNA和RNA的圖片：
圖2 DNA雙螺旋結構
DNA是一種遺傳物質。生物怎樣子把自己的特徵傳給下一代，就是藉著細胞核裡面的DNA。DNA一個個組合起來，就變成上面看到的雙螺旋的樣子。依照DNA上面一個組成份子，也就是鹼基，的不同，可以分成ATCG四種DNA，而這四種ATCG的組合，就變成了遺傳的編碼方式了，譬如說ATTTCCGG是一種，AGCCGGCG又是另外一種。
RNA則是依照功能，分為mRNA、tRNA、rRNA三種。為什麼有分這三種了，這就必須談到DNA的編碼，怎樣子在生物細胞的特徵上面表現出來的一連串過程。在敘述這個過程之前，我們先有個視覺上的印象，分別看一下三種RNA的外觀：
圖3 RNA示意圖
mRNA的m是messenger的意思，也就是攜帶訊息的意思。mRNA在細胞核裡面，會透過酵素的作用產生出來。mRNA上面的編碼，是和DNA互補的編碼。所謂互補，是因為化學結構上，DNA裡面的A和T可以產生氫鍵 (一種化學連結)、C和G可以產生氫鍵，因此A和T是互補的編碼，C和G是互補的編碼。假設有一段DNA是AATTCCGGGG產生出來的mRNA就是UUAAGGCCCC。這邊原來DNA上面的A互補的編碼是T，但是RNA比較特別，用U來代替T。因此這個過程就好像要做一個蠟像或石膏像之前的步驟，要先做一個模子，和原來的東西互補。這一步在生物裡面，稱作轉錄 (transcription)。
有了模子之後，接下來就要灌蠟、灌石膏。這一步在生物上稱為轉譯 (translation)。轉譯的過程就發生在rRNA組成的ribosome (核糖體) 裡面。上面那張圖裡面，有一條長長的、上面有AUCG四種組成成份的那一條，就是mRNA，一整個透明綠色像是果凍的東西，就是ribosome，由rRNA組成。那剩下一個tRNA在哪邊呢？就是果凍裡面哪兩個直立有彎曲的東西。
讓我們回想一下剛才提到的故事，我們把一件東西作一個模子，然後在模子裡面灌石膏，可以得到和原來東西一樣形狀的石膏像。那麼DNA經過酵素作用複製出一個模子mRNA，接著在ribosome裡面要灌石膏，會產生什麼呢？答案就是蛋白質。蛋白質是什麼呢？我們的身體每一個部分，每一個細胞，幾乎都是由蛋白質組成的。調節體溫和體內各種物質濃度所需要的酵素，也都是蛋白質所組成的。蛋白質是組成身體的基本單位，也是生物表現外在特徵的方式。黑人的DNA表現出來的蛋白質，會讓皮膚細胞呈現黑色，白人的DNA表現出來的蛋白質，會讓皮膚呈現白色。
但是DNA怎樣子灌出蛋白質呢？首先，我們依照學習過程中分析組成成份的方法，對蛋白質分析一下，發現蛋白質這麼多種，但是卻是由20種胺基酸 (amino acid) 組成的。現在剩下胺基酸不懂得，我們就先有個視覺印象，發現就是一個化學物質，有胺基，然後是一種酸。下圖左邊是胺基，右邊是酸基。
圖4 胺基酸
所以，胺基酸平常在細胞裡面遊走，但是要把胺基酸組合起來，才能變成蛋白質。其實胺基酸串聯成一串，還不能形成蛋白質，還要透過其他像是氫鍵的連結，變成更高級的立體結構，才是一個有功能的蛋白質，才能夠表現出一個生物的特徵。下面由左到右，分別就是蛋白質一級、二級、三級、和四級結構。
圖5 蛋白質結構
所以DNA作出mRNA的模子，在ribosome裡面「轉譯」成胺基酸的序列，胺基酸序列在形成立體結構，就變成組成身體基本單位的蛋白質 (protein) 了！那麼這一步是怎樣子發生呢？因為胺基酸有20種，DNA或RNA只有ATCG四種，那麼最自然的方式，就是三個RNA單位，代表一個胺基酸，因為依照排列組合，如果有三張椅子，每一張椅子可以塗上四種顏色，那麼三張椅子就會有4*4*4 = 64種顏色的組合，對於20種胺基酸來說，就有足夠的編碼變化來編碼了。
因此，tRNA在這邊，就發揮了功用。tRNA上面抓著一個胺基酸，下面和mRNA三個單位作配對，因此可以很忠實地把RNA的訊息，轉換成胺基酸的序列。下面就是tRNA的放大圖，讓各位有視覺印象，tRNA有髮夾 (hair-pin) 結構：
圖6 tRNA放大圖
所以，我們終於複習完了！讓我們倒過來講一次，生物的特徵 (phenotype)，像是黑人白人，是由身體的細胞和細胞裡面的酵素作用產生出來，細胞和酵素組成的基本單位，就是蛋白質 (protein)，蛋白質有各式各樣形狀和立體結構，但是切開後，是由20種胺基酸裡面幾種所組成的。胺基酸序列是由tRNA在ribosome核糖體果凍裡面，上面抓著一個單位的胺基酸，下面配對三個單位的mRNA所連結起來的一個序列。和tRNA配對三個單位的mRNA序列，則是在細胞核裡面製造出來，編碼和DNA互補的mRNA。所以，現在各位可以倒背如流了！耶！
病毒是DNA或RNA
所以現在我們知道，包著醣蛋白外衣的病毒，裡面會包著DNA或著是RNA。因為包的東西不一樣，所以可以進行不同的分類。下面引述維基百科對病毒分類的敘述：
根據病毒的基因組組成及複製方式，病毒分為如下幾類：
- 病毒（Viruses）
- DNA病毒（DNA Viruses）
- RNA病毒（RNA virus）
- DNA與RNA逆轉錄病毒（DNA and RNA Reverse Transcribing Viruses）
- 亞病毒因子（Subviral Agents）
其中我們注意一種病毒，是第六組RNA反轉錄病毒。造成愛滋病 (AIDS) 的人類免疫不全病毒 (HIV)，就是一種反轉錄病毒。愛滋病是一種病，有各種病狀，造成愛滋病則是HIV病毒，因此AIDS是一種病，而HIV是一種病毒。
那麼什麼是反轉錄病毒呢？有時候我們可能在報紙上讀到，比爾蓋茲(Bill Gates)和克林頓 (Bill Clinton) 要一起支持研發HIV反轉錄病毒的疫苗。讀到「反轉錄」(reverse transcription) 的時候，是否會有一些不了解呢？剛才有介紹到，「轉錄」就如同灌石膏一般，把mRNA的訊息，翻譯成胺基酸序列，才能變成有功能的蛋白質。HIV病毒裡面裝的是兩條RNA和一些酵素。但是蛋白質是一路從DNA到mRNA到tRNA到胺基酸序列才能形成，HIV病毒裡面的RNA，要怎麼形成有功能的蛋白質呢？就是藉著病毒裡面的酵素，把RNA先「反轉錄」成DNA。
之後，RNA病毒就和DNA病毒一樣，把反轉錄後的DNA，鑲嵌到宿主細胞的DNA裡面，和原來細胞的DNA成為一體。此後病毒和寄生蟲的路徑一樣，新陳代謝需要的東西，用宿主的，酵素，用宿主的，繁衍下一代的病毒的RNA，用宿主的繁衍機制。細胞裡面的粒線體也有自己的RNA，但是是替細胞產生能量，和細胞和平共存。病毒卻是讓細胞日漸消瘦，資源用盡之後，複製出來的病毒繼續尋找下一個宿主細胞。下面這張圖表示病毒在細胞中的兩種循環，一個是和細胞共存的循環(lysogenic cycle)，另一個是當細胞資源耗盡之後，病毒大量複製另尋他方的循環 (lytic cycle)：
圖7 病毒在細胞中的兩個循環
病毒是否為生物，也有不少爭議。因為病毒本身沒有細胞新陳代謝所需要的一切東西，細胞核也沒有，就只有DNA或RNA包起來，在沒有進入宿主細胞的時候，就只是一堆DNA，沒有辦法自我複製。但是一旦進到了宿主細胞，又像是借屍還魂一樣，活了起來，因此是否算是生物，還在爭議當中。
最後，附上一些病毒進入細胞過程的影片，包括HIV、SARS、H5N1等病毒，有基本生物知識又想練習英文聽力的讀者，不妨參考一下！
影片1 HIV病毒進入細胞過程
影片2 各式病毒一瞥
影片3 H5N1動畫
以上文章轉載自 Mr./Ms. Days - 網路, 資訊, 觀察, 生活
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