遗传信息及表达

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1、遗传信息的表达分子遗传学认为，生物的遗传性状是以遗传信息或遗传密码的形式主要编排在DNA分子上的，表现为特定的碱基排列顺序。生物的遗传信息，一方面通过DNA的复制，一代一代地传递下去；另一方面在后代的个体发育中，它又以一定方式反映到蛋白质的分子结构上，导致后代表现出与亲代相似的性状。前者是遗传信息的传递过程，后者是遗传信息的表达过程。1．遗传信息的转录。所谓“转录”是指遗传信息由DNA传递到mRNA上。遗传信息的转录过程是在RNA聚合酶的催化作用下进行的。当RNA聚合酶与DNA分子的某一起动部位相结合时，DN

2、A的这一特定片段的双股螺旋解开，以其中的一条链为模板，聚合酶沿着该链移动，按着碱基配对法则，使细胞里已经制成的四种核苷酸(分别含有碱基A、G、C、U)聚合成与该片段相对应的(或者说互补的)mRNA分子。这样，DNA中的遗传信息便“转录”到了mRNA上(图6-13)。tRNA和rRNA的合成方式与mRNA相似，所不同的是mRNA可以翻译成蛋白质，而tRNA和rRNA则不再翻译成相应的蛋白质了。2．遗传信息的翻译。所谓“翻译”就是将mRNA上的遗传密码翻译为蛋白质的过程。在64个密码子中有61个是各种氨基酸的密码

3、子。一种氨基酸可以只有一个密码子，如色氨酸只有UGG一个密码子；也可以有数个密码子，如苏氨酸有4个密码子，ACU、ACC、ACA、ACG。一种氨基酸可以由几种不同的密码子决定，这种情况叫做密码子的兼并性。此外，还有三个密码子UAA、UAG、UGA，它们并不决定任何氨基酸，但在蛋白质合成过程中，它们却是肽链增长的停止信号，所以又把这三个密码子叫做终止密码子。另外，密码子AUG和GUG除了分别决定甲硫氨酸和缬氨酸以外，还是翻译的起始信号凶銎鹗济苈胱印ＳΩ弥赋觯盇UG和GUG不在起始点时，编码甲硫氨酸和缬氨酸；

4、在起始点时，原核细胞的翻译过程证明，AUG将编码甲酞甲硫氨酸，肽链开始合成后不久，甲酰基会被甲酰基酶切除掉，有些原核细胞中甚至还可以切除邻近开头的几个氨基酸。至于GUG作为起始密码子，到目前为止只在一种噬菌体的蛋白中发现过；在正常情况下，它是缬氨酸的密码子，但当缺失正常起始密码子时，可由它充当。遗传密码的整个翻译过程包括：起译、接肽和终止三个阶段。但完成翻译工作要先做两件事：一是把氨基酸活化起来；二是把氨基酸送到“装配”蛋白质的“机器”(核糖体)上去。在蛋白质合成之前，细胞内的各种氨基酸，首先在某些酶的催化作

5、用下，与ATP结合在一起，形成带有许多能量的活化氨基酸。然后，这些被激活的氨基酸与特定的tRNA结合起来，被运送到核糖体上去。tRNA是运载氨基酸的工具。有20多种氨基酸，就有20多种tRNA。每一种氨基酸相应地有一种tRNA。可以把tRNA比作翻译过程中的“译员”。“译员”必须“认识”两种文字。一方面它要能够认识mRNA上的密码子文字；另一方面它还要能够认识氨基酸文字。那么，tRNA具有怎样的结构才能使它完成这一运载任务呢？tRNA是一种相对分子质量低的RNA，一般由75个核苷酸组成。核苷酸链的一端总有CC

6、A这样的碱基序列，氨基酸就附在有CCA的这一端上。tRNA核苷酸链的另一端有一个由三个碱基组成的反密码区，这三个碱基与mRNA上相应的密码子成互补关系，可以配对，称为反密码子。例如，密码子是UCU，反密码子是AGA。反密码子与mRNA上的密码子配对，就保证了tRNA所携带的氨基酸在合成蛋白质时被放到正确的位置上。可见，tRNA分子的特殊的结构保证了每一种tRNA只能够运载一种特定的氨基酸分子到mRNA上特定的位置上去。例如丙氨酸tRNA就只能接受活化的丙氨酸，并且把它送到mRNA上相应的位置上去。3．遗传信息

7、的传递方向。以上介绍了遗传密码翻译成蛋白质的大致过程，这个过程可以用一个简单的式子来表示遗传信息的传递方向：这就是20世纪50年代末到60年代初确立的蛋白质合成的中心法则。后来，到了1970年，切敏(Temin)等人发现在一些RNA病毒感染的细胞中出现了以病毒RNA为模板合成的DNA。在这里，遗传信息由RNA传向DNA，称为逆转录(或反转录)。促成这一反应的酶，称为逆向转录酶(反转录酶)。随后又发现只含RNA的病毒侵染细胞以后，它的RNA本身可以作为“模子”合成一条负链的RNA，然后再由负链的RNA合成更多正

8、链(即与原来的病毒RNA一样)的RNA。以后人们又在真核细胞中也发现了逆转录现象。这些情况说明，DNA、RNA与蛋白质之间的关系是错综复杂的。因此，中心法则的式子可以加上新的内容：人民教育出版社