中心法则遗传机制

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简介

DNA 是遗传信息的载体，它将性状从一代传递到下一代。基因是由 DNA 形成的遗传单位。这些基因将信息传递给蛋白质，蛋白质在细胞中表达以执行特定功能或维持特定结构。整个过程可以称为中心法则遗传。DNA 通过转录将信息传递给 RNA，RNA 经历翻译产生多肽。DNA 转换为功能蛋白的过程可以称为基因表达。

定义

中心法则理论表明，携带信息的 DNA 经历转录将其信息复制到 mRNA，mRNA 将其翻译成蛋白质。因此，信息以单一方向移动。根据中心法则，遗传信息可以从核酸转移到蛋白质以及核酸，但蛋白质不能将信息转移到其他蛋白质。核糖体有助于翻译过程。

步骤：转录、翻译和遗传密码

生物信息以以下一般方向流动：DNA 复制，DNA 信息被复制到称为转录的 mRNA，以及使用 mRNA 作为模板称为翻译的蛋白质合成。

转录过程

一种称为RNA 聚合酶的酶利用 DNA 的一条链，通过使用源自 DNA 非编码链的模板来合成互补的 RNA 链。所得的初级转录物携带与编码 DNA 链相同的数据。但是，由于 DNA 和 RNA 之间存在的生化差异，初级转录物与 DNA 的编码链并不完全相同。

细胞核是 DNA 的位置，是真核生物转录的场所，原核生物转录发生在细胞质中。因此，真核细胞中的 mRNA 必须首先离开细胞核，然后才能进行翻译以制造蛋白质。转录和翻译由没有细胞核的原核细胞在细胞质中进行。

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翻译

核糖体在翻译过程中从 mRNA 模板分子产生多肽链。真核生物在细胞的细胞质中进行翻译，核糖体在那里是游离的或附着在内质网 (ER) 上。转录和翻译过程在缺乏细胞核的原核生物的细胞质中进行。

由于起始 tRNA 和翻译 AUG 起始密码子之间的相互作用，tRNA 带来了 fMet（甲酰甲硫氨酸）。细菌由于其在起始中的作用而开始在其 N 端合成多肽链。

大肠杆菌中 mRNA 的Shine-Dalgarno 序列（AGGAGG）和 rRNA 形成互补碱基配对。30S 亚基在其上找到 mRNA 模板的位置。这导致 50S 亚基结合到起始复合物上，形成完整的核糖体。

tRNA 在一端携带特定氨基酸的三核苷酸密码，在另一端携带单个氨基酸。延伸过程从带电 tRNA 进入氨酰基位点开始，然后进入肽酰基位点，最后进入出口位点离开核糖体。所得多肽链与 mRNA 的核苷酸相同。当发现没有互补核苷酸的终止密码子时，翻译过程会发生终止。两个亚基彼此分离以及 mRNA。所得的多肽可能经历翻译后修饰以提高其效率。

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遗传密码

遗传密码是三个核苷酸组合在一起形成密码子并编码特定氨基酸。蛋白质由 20 种不同的氨基酸组成，这些氨基酸由核苷酸组成。从四个核苷酸 U、C、A 和 G 中有 64 个密码子。它们具有终止密码子（UGA、UAG 和 UAA），这些密码子终止翻译。终止密码子不编码氨基酸，但它们充当终止信号，在多肽完成后触发多肽从核糖体释放。每个 mRNA 都包含 AUG 密码子，它不仅负责编码甲硫氨酸，而且还表示蛋白质链的开始。通常，多肽以甲硫氨酸开头，但初始氨基酸可能会在稍后被移除。

这些是通用的、无逗号的和不含糊的。它们显示简并性，这意味着单个氨基酸可能具有不同的密码子。它们总是从 5l 到 3l 方向移动。起始密码子确定阅读框架，即 mRNA 序列在核糖体中被分成三核苷酸组的方式。一些生物体和一些真核生物的线粒体已被发现其遗传密码略有不同，而曾经认为所有生命形式的遗传密码都是相同的。

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重要性

• 中心法则将信息从 DNA 传递到 RNA，再从 RNA 传递到蛋白质。

• 转录有助于将信息从 DNA 复制到 mRNA。

• 翻译过程从氨基酸合成多肽链。

• 复制有助于产生两个 DNA 拷贝，这些拷贝可以在细胞分裂后平均分配给两个子细胞。

• 地球上生命的多样性可归因于所有生物体共享的遗传密码。

结论

中心法则理论表明，携带信息的 DNA 经历转录将其信息复制到 mRNA，mRNA 将其翻译成蛋白质。遗传密码是三个核苷酸组合在一起形成密码子并编码特定氨基酸。本教程有助于理解中心法则遗传机制的基本概念。本教程描述了中心法则中涉及的步骤，例如转录和翻译。总之，本教程有助于理解中心法则的重要性。

常见问题

Q1. 概述中心法则的例外情况。

答：逆转录病毒可以作为中心法则例外情况的最佳例子。它们具有一种称为逆转录酶的酶，该酶将 RNA 转录为 DNA，这是逆转录过程。

Q2. 复制中使用的酶有哪些？写下两种酶的功能。

答：DNA 聚合酶、连接酶、解旋酶、引发酶、SSB 蛋白和拓扑异构酶是复制中使用的酶。连接酶用于通过形成磷酸二酯键来缝合 DNA 链。解旋酶断裂氢键以分离两条 DNA 链。

Q3. 原核转录与真核转录有何不同？

答：细胞质是原核生物转录的场所，细胞核是真核生物转录的场所。RNA 在真核生物中经历转录后修饰，但它们在原核生物中直接用于翻译。

Q4. 遗传密码的特性是什么？

答：遗传密码是简并的，由三个核苷酸密码子组成。它们总是以单一方向移动，它们具有起始密码子和终止密码子。它们是通用的。

Q5. 转录后修饰是如何完成的？

答：在转录后修饰过程中，会在 5l 端添加 7-甲基鸟苷帽，在 3l 端添加聚腺苷酸化尾，以及剪接内含子和连接外显子。