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遗传信息的一般性传递方式介绍

2022.4.12

中心法则是一个框架,用于理解遗传信息在生物大分子之间传递的顺序,对于生物体中三类主要生物大分子:DNA、RNA和蛋白质,有9种可能的传递顺序。法则将这些顺序分为三类,3个一般性的传递(通常发生在大多数细胞中),3个特殊传递(会发生,但只在一些特定条件下发生),3个未知传递(可能不会发生)。

法则中3类遗传信息的传递顺序

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转录

主条目:转录

转录(Transcription)是遗传信息由DNA转换到RNA的过程。转录是信使RNA(mRNA)以及非编码RNA(tRNA、rRNA等)的合成步骤。转录中,一个基因会被读取、复制为mRNA;这个过程由RNA聚合酶(RNA polymerase)和转录因子(transcription factor)所共同完成。

编辑

主条目:RNA编辑

RNA编辑(RNA editing)是指在RNA水平上的改变遗传信息的加工过程,导致成熟的RNA编码序列和它的转录模板DNA序列之间的不相匹配。在真核生物的tRNA、rRNA和mRNA中都发现了RNA编辑这种现象。RNA编辑有核苷酸的删除或插入编辑、碱基替换编辑2种类型。这种改变影响了基因的表达,生成不同的氨基酸以及新的开放读码框。编辑可在多种水平被调节,并且与一些人类疾病有一定的相关性。

剪接

主条目:剪接 (遗传学)

在真核细胞中,原始转录产物(mRNA前体)还要被加工:一个或多个序列(内含子)被剪出除去。选择性剪接的机制使之可产生出不同的成熟的mRNA分子,这取决于哪段序列被当成内含子而哪段又作为存留下来的外显子。并非全部有mRNA的活细胞都要经历这种剪接;剪接在原核细胞中是不存在的。

翻译

主条目:翻译 (遗传学)

最终,成熟的mRNA接近核糖体,并在此处被翻译。原核细胞没有细胞核,其转录和翻译可同时进行。而在真核细胞中,转录的场所和翻译的场所通常是分开的(前者在细胞核,后者在细胞质),所以mRNA必须从细胞核转移到细胞质,并在细胞质中与核糖体结合。核糖体会以三个密码子来读取mRNA上的信息,一般是从AUG开始,或是核糖体连接位下游的启使甲硫氨酸密码子开始。启始因子及延长因子的复合物会将氨酰tRNA(tRNAs)带入核糖体-mRNA复合物中,只要mRNA上的密码子能与tRNA上的反密码子配对,即可按照mRNA上的密码序列加入氨基酸。当一个个氨基酸串连成胜肽链后,就会开始折叠成正确的构形。这个折叠的过程会一直进行,直到原先的多胜肽链从核糖体释出,并形成成熟的蛋白质。在一些情况下,新合成的多胜肽链需要经过额外的处理才能成为成熟的蛋白质。正确的折叠过程是相当复杂的,且可能需要其他称为分子伴侣的帮忙。有时蛋白质本身会进一步被切割,此时内部被“舍弃”的部份即称为内含肽。

DNA复制

主条目:DNA复制

作为中心法则的最后一步,DNA必须忠实地进行复制才能使遗传密码从亲代转移至子代。复制是由一群复杂的蛋白质完成的;这些蛋白质打开超螺旋结构、DNA双螺旋结构,并利用DNA聚合酶及其相关蛋白,拷贝或复制原模板,以使新代细胞或机体能重复DNA → RNA →蛋白质的循环。 DNA分子存在着构型多样性,在遗传信息的传递和表达过程中,DNA构象存在着左手螺旋及右手螺旋向右手螺旋的转变过程,因此应赋有核酸构象的转换形式。

只有RNA基因组的病毒

有些病毒含有整套以RNA形式编码的基因组,因此他们只有RNA→蛋白质的编译形式。

拟逆转录

主条目:拟逆转录

近年在植物体内发现了拟逆转录病毒(pararetrovirus),这种病毒的遗传物质是双链DNA,能像逆转录病毒一样,通过把自己的DNA整合到寄主的基因组DNA中去,再进行复制。


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