遗传信息的传递遗传信息是如何传递的

【遗传信息的传递】遗传信息是如何传递的

  蛋白质是生命体的重要物质。在它的合成过程中,要接收来自DNA的遗传信息。但DNA是细胞核内的物质,而蛋白质却在细胞质中,DNA这样的生物大分子是不可随意穿越核膜进入细胞质的。细胞核内的遗传密码又是如何被带入到细胞质去的呢?1957年,克里克首次提出了蛋白质合成的“中心法则”,即遗传信息的走向是由DNA传递给RNA(核糖核酸),再由RNA传递给蛋白质。第二年,他又提出:RNA在把氨基酸携带到肽链进行生物合成的过程中,可能存在一种“受体”。根据这一设想,科学家们很快就在实验中发现这种“受体”是一种转运RNA(tRNA)。
  
  1961年,法国分子生物学家莫诺(1910~1976)与法国生物化学家雅各布(1920~)合作提出了“信使核糖核酸”(mRNA)的概念,mRNA的作用是从DNA长链上转录所需要的遗传密码片段,成为合成蛋白质的模版。他们的设想也很快得到了证实。由于这一成果,莫诺与雅格布于1965年获得诺贝尔生理学或医学奖。
  
  遗传信息为什么不直接把氨基酸运送到细胞中的DNA那里去合成蛋白质呢?科学家们认为,细胞中的DNA是生物传宗接代的根本,是遗传信息的“原件”,是一张宝贵的“绝密图纸”,千万不能遗失。所以,它只能锁在细胞核中,只允许复印和抄录,不允许带出。此外,细胞核内空间狭小,合成工程不宜在此进行。
  
  DNA在执行指挥生产蛋白质时,它的双链首先拆开,以其中一条链为模板合成mRNA,这个合成的过程是按照碱基互补原则进行的。转录后的mRNA带有合成蛋白质的全部信息,然后离开细胞核,与细胞质中的小颗粒结合在一起的,这个小颗粒叫“核糖体”。细胞里的蛋白质都是在这个小颗粒里合成的,因此可以说,核糖体是细胞中合成蛋白质的“车间”。
  
  要把mRNA翻译成蛋白质,还需要一个“译员”,它也必须认识mRNA上的文字——遗传密码,以及蛋白质的文字——氨基酸。这个“译员”就是转运RNA(tRNA),它的工作就是领着特定的氨基酸,来到核糖体那里与mRNA“对号入座”,一个一个的氨基酸被不断地加长,直到完成整条肽链的合成。RNA合成蛋白质的效率是惊人的,有的每分钟可以连接1500个氨基酸。
  
  转录   翻译
  
  DNA  ——> RNA ——> 蛋白质
  
  DNA上的遗传信息先转录成mRNA,在rRNA和tRNA的参与下,将信息再翻译成蛋白质。这就是遗传学中的“中心法则”。
  
  一份原件(DNA),一张蓝图(从DNA长链上转录的遗传密码片段),一个信使(mRNA),一个车间(rRNA),一个译员和搬运工(tRNA),一条多肽链,当然还有做辅助工作的酶,这就是一个蛋白质合成的全部工序,也是遗传信息的流向图。

  克里克在提出“中心法则”时曾指出,信息是沿DNA-RNA-蛋白质的方向流动的,信息绝不能从蛋白质回到DNA。
  
  接下来科学家们发现,信息从DNA到RNA的流动也能够被逆转,这一现象发生在一组被称为逆转录病毒的病毒中。与艾滋病相关的人体免疫缺陷病毒(HIV)就是一种逆转录病毒。病毒不能独立存在,必须侵入到宿主细胞中,并接管它的细胞机器,这样才能表达自己的基因。逆转录病毒的遗传物质是一条单链RNA。在宿主细胞中,为了复制,它先把自己的以RNA为基础的基因复制成一条DNA链(这是正常转录的逆过程,正常转录是从DNA中得到一份RNA拷贝)。在这一过程中形成了一条RNA-DNA双链,然后RNA链分解,DNA再形成双链。这时,病毒基因同宿主细胞的基因是同一种形式,这使宿主细胞毫不知情地接受了它们,将它们与自己的基因同等看待。
  
  病毒用于催化上述从RNA到DNA的三个步骤的酶叫逆转录酶,它是1970年由美国病毒学家特明(1934~1994)和巴尔的摩(1938~)各自独立发现的。这一发现揭示了生物遗传中存在着由RNA形成DNA的过程,发展和完善了“中心法则”。

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如何理解遗传信息
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