输入您的搜索字词 提交搜索表单

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,DNA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,按着上述碱基配对法则,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。

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,叫做起始密码子。应该指出,当AUG和GUG不在起始点时,编码甲硫氨酸和缬氨酸在起始点时,原核细胞的翻译过程证明,AUG将编码甲酰甲硫氨酸。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比做翻译过程中的“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CCA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3个碱基组成的反密码区,这3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,特明(H.M.Temin,1934c)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(具体情况参看下述的“逆转录”问题)。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。