文章插图
DNA表达的信息需转给一种“信使RNA” 真核生物mRNA也具有丰富的二级结构，如鸭珠蛋白mRNA和兔珠蛋白mRNA分别有45～60%和55～62%的核苷酸残基处在硷基配对之中 。在真核生物蛋白质启动複合物中，40S核糖体实际上覆盖着mRNA上包括帽子结构在内的50～54个核苷酸，但是40S核糖体的大小比50个核苷酸的长度小得多 由于形成的髮夹结构（二级结构使帽子与起始密码子之间的空间距离缩短）（图3[真核生物mRNA ]），造成40S核糖体能够覆盖包括帽子结构和起始密码子 AUG在内的50多个核苷酸，从而启动蛋白质合成 。不同的mRNA中髮夹结构的有无或多少各不相同 。在蛋白质合成肽链继续延伸时，不需要帽子结构参加，此时核糖体覆盖的mRNA的区域约为25～35个核苷酸，mRNA的构象已不同于启动阶段而是处于一种伸展的状态，从而有利于转译的延续 。可见，摺叠起来的mRNA二级结构有利于蛋白质合成的启动，以后mRNA处于伸展的状态则有利于转译的继续 。信使与密码子简介遗传信息从DNA分子抄录到RNA分子中的过程称为转录（transcription） 。在真核生物中，最初转录生成的RNA称为核不均一RNA（heterogeneous nuclear RNA，hnRNA），然而在细胞浆中起作用，作为蛋白质的胺基酸序列合成模板的是mRNA（messenger RNA） 。hnRNA是mRNA的未成熟前体 。两者之间的差别主要有两点：一是hnRNA核苷酸链中的一些片段将不出现于相应的mRNA中，这些片段称为内含子（intron），而那些保留于mRNA中的片段称为外显子（exon） 。也就是说，hnRNA在转变为mRNA的过程中经过剪接，被去掉了一些片段，余下的片段被重新连线在一起；二是mRNA的5′末端被加上一个m7pGppp帽子，在mRNA3′末端多了一个多聚腺苷酸（polyA）尾巴 。mRNA从5′末端到3′末端的结构依次是5′帽子结构，5′末端非编码区，决定多肽胺基酸序列的编码区，3′末端非编码区，和多聚腺苷酸尾巴 。多聚腺苷酸尾一般由数十个至一百几十个腺苷酸连线而成 。随着mRNA存在时间的延续，这段聚A尾巴慢慢变短 。因此，目前认为这种3′末端结构可能与增加转录活性以及使mRNA趋于相对稳定有关 。原核生物的mRNA没有这种首、尾结构 。1961年，Jacob和Monod首先提出了mRNA的概念 。在真核细胞中，由于蛋白质是在胞浆中而不是在核内合成，因此显然要求有一个中间物将DNA上的遗传信息传递至胞浆中 。后来的研究证实，这种中间物即信使RNA.?mRNA的核苷酸序列与DNA序列相应，决定着合成蛋白质的胺基酸序列 。它如何指导胺基酸以正确的顺序连线起来呢？不同的mRNA硷基组成和排列顺序都不同，但都只有A，G，C，U4种硷基 。如果一个硷基就可以决定一个胺基酸，则只有四种变化方式，如果两个硷基决定一个胺基酸，则只有16种变化方式，都不能满足20种胺基酸的需要 。1961年Crick和Brenner的实验得出了三个核苷酸编码一个胺基酸的结论，并将这种三位一体的核苷酸编码称做遗传密码（genetic code）或三联体密码，这样就可以有64种不同的密码，但此情况下必须假定有一些胺基酸使用两个以上的密码 。这一假定很快就被证明是对的 。遗传密码具有下列特徵：1．三个核苷酸组成一个密码子，每个密码子由三个前后相联的核苷酸组成，一个密码子只为一种胺基酸编码 。共有64个密码子； 2．密码子之间不重叠使用核苷酸，也无核苷酸间隔；3．一种胺基酸可有多个密码子，这个特点称为密码子的简併性；4．密码子的通用性，所有生物从最低等的病毒直至人类，蛋白质合成都使用同一套密码子表（表15-8），仅有极少的例外，如特殊细胞器线粒体，叶绿体所用的密码稍有不同 。通用遗传密码及相应的胺基酸第一个核苷酸5′第二个核苷酸第三个核苷酸3′UCAGU苯丙氨酸丝氨酸酪氨酸半胱氨酸U苯丙氨酸丝氨酸酪氨酸半胱氨酸C亮氨酸丝氨酸终止码终止码A亮氨酸丝氨酸终止码色氨酸GC亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸U亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸C亮氨酸脯氨酸谷氨醯胺精氨酸A亮氨酸脯氨酸谷氨醯胺精氨酸GA异亮氨酸苏氨酸 天冬醯胺丝氨酸U异亮氨酸苏氨酸 天冬醯胺丝氨酸C异亮氨酸苏氨酸赖氨酸精氨酸A蛋氨酸苏氨酸赖氨酸精氨酸GG缬氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸U缬氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸C缬氨酸丙氨酸谷氨酸甘氨酸A缬氨酸丙氨酸谷氨酸甘氨酸G通用遗传密码与线粒体遗传密码之间的一些差异密码子 通用编码线粒体编码哺乳动物果蝇酵母菌植物UGA终止码色氨酸色氨酸色氨酸终止码AUA异亮氨酸蛋氨酸蛋氨酸蛋氨酸异亮氨酸CUA亮氨酸亮氨酸亮氨酸苏氨酸亮氨酸AGA精氨酸终止码丝氨酸精氨酸精氨酸注：下标横线者为与通用编码不同的编码究竟哪一个密码子为哪一种胺基酸编码，即密码子与胺基酸之间的对应关係已在60年代研究解决了 。1964年Nirenberg用一种RNA聚合酶体外合成了多聚尿苷酸、多聚腺苷酸等多聚核苷酸，将这些多聚核苷酸分别用于蛋白质的体外合成 。发现，当所用的多聚核苷酸为多聚尿苷酸时，只有多聚苯丙氨酸合成，这意味着UUU为苯丙氨酸编码；用其它多聚核苷酸进行相应的实验后发现，CCC为脯氨酸编码，而AAA为赖氨酸编码；其后，有人又用核苷酸比例为已知，但是核苷酸序列随机的多聚核苷酸，以及用已知序列的含两种或两种以上核苷酸的多聚核苷酸进行相应的实验，将结果加以数理统计处理，又解读了一批密码子，其中包括三个终止码，最后，还有一些密码子是通过合成已知序列的三聚核苷酸与核蛋白体和载有放射性同位素标记的胺基酸的tRNA共沉澱原理予以解读的 。在所有密码子中，AUG不仅为蛋氨酸编码，而且又是翻译（translation，以mRNA上的遗传信息指导核蛋白体上多肽链合成的过程）的起始信号，UAA、UAG和UGA不为任何胺基酸编码，而是作为翻译的终止信号，统称为终止码（stop codon），又常被叫作无意义码（nonsense codon） 。大多数胺基酸是由一个以上的密码子所编码 。这个事实提出了一个问题：编码同一种胺基酸的一组密码子的使用频率是否都相同？细緻的分析表明，无论是原核生物，还是高等真核生物，密码子的使用频率并不是平均的，有些密码子的使用率很高，有些则几乎不使用，其使用频率主要与细胞内tRNA含量呈正相关 。传递简介转录是在原核和真核细胞中以DNA为模板合成RNA的过程 。在原核和真核生物中，转录过程是相似的 。包括DNA变性，RNA聚合酶结合在单链DNA上以5′→3′方向合成RNA分子 。双链中只有一条链作为转录模板，合成单链RNA分子 。启动子和终止子序列决定转录的起始和终止 。在E.coli中RNA多聚酶转录各种RNA（mRNA，tRNA和rRNA） 。在真核细胞中有三类不同的RNA多聚酶，它们的功能不同 。RNA pol Ⅰ转录4种rRNA中的3种；RNA pol Ⅱ转录mRNA和一些snRNA；RNAⅢ转录第四种rRNA，tRNA以及其余的snRNA 。3种真核生物的RNA pol，不像E.coli RNA pol，没有一个直接地和启动子区结合，而是通过转录起始因子的介导来起始RNA的合成 。对于每一种RNA多聚酶来说，转录因子是特异的，它可以识别启动子的特殊序列 。蛋白质编码基因的启动子位于转录起始位点的上游，由不同组合的启动原件所构成 。特异的转录因子和调节因子结合在这些原件上，促进RNA pol Ⅱ转录起始 。增强子离启动子较远，它可被调节因子识别结合，具有促进基因转录的功能 。由RNA pol Ⅲ转录的启动子，位于下游，在其基因编码序列内部 。这种启动子，根据所转录的RNA的种类，由不同的功能区组合而构成 。转录因子识别这些功能区，促进RNA聚合酶转录起始 。18S，5.8S和28S rRNA作为一个转录单位一道转录，产生前体RNA分子 。大部分真核生物的18S，5-8S和28S rRNA都是以串联重複排列，每个重複单位被不转录的间隔序列（nontranscribed specer,NTs）所分隔 。转录单位的启动子位于NTS中，其功能是和特异的转录因子相结合，促进RNA pol Ⅰ的转录起始 。中心法则的提出从孟德尔定律问世以后，人们就知道了生物的各种性状是由基因控制的 。一基因一酶学说的建立进一步地明确了基因是以酶的形式通过控制生化反应链来控制的 。酶或蛋白和基因又是什幺样的关係呢？也就是说遗传信息怎样传递，怎样表达成性状呢？就在Watson和Crick建立DNA双螺旋模型后的第三年，1957年Crick提出了中心法测（central dogma），指出了遗传信息的传递方向：DNA → RNA→蛋白质1970年H.Temin和D.Baltimore发现了反转录酶后，Crick对中心法测又作了部分修改：DNA RNA →蛋白质也就是说由DNA通过转录将遗传信息传递给RNA，RNA通过翻译把信息传递给蛋白 。通过这种单向的传递，遗传信息通过蛋白质的不同形式，如酶，结构蛋白，运载蛋白，调节蛋白等表达成一种性状 。与转运区别区分mRNA和tRNA，可以从结构和功能这两个方面去把握 。结构mRNA的一级结构，tRNA的二级、三级结构是经常考察的内容，需要仔细区分 。⑴真核生物的mRNA的5' 端有帽子结构，3' 端为多聚腺苷酸（poly(A））尾巴 。⑵tRNA的二级结构呈三叶草形 。三叶草形结构由胺基酸臂、二氢尿嘧啶环、反密码环、额外环和TφC环等5个部分组成 。其中，胺基酸臂末端为CCA；反密码环中部为反密码子，由3个硷基组成 。反密码子可识别mRNA的密码子 。⑶tRNA摺叠形成三级结构 。tRNA的三级结构呈倒L形，反密码环和胺基酸臂分别位于倒L的两端 。功能⑴mRNA是合成蛋白质的直接模板 。每一种多肽链都有一种特定的mRNA做模板，因此细胞内mRNA的种类也是很多的 。它将DNA上的遗传信息转录下来，携带到核糖体上，在那里以密码的方式控制蛋白质分子中胺基酸的排列顺序，作为蛋白质合成的直接模板 。⑵tRNA的功能是转运胺基酸 。在蛋白质合成过程中，tRNA与合成蛋白质所需的单体——胺基酸形成複合物，将胺基酸转运到核糖体中mRNA的特定位置上 。与反转录简介定义：以反义RNA为模版，通过反转录酶，进行的RNA转录1．概念反转录是以RNA为模板合成DNA的过程，也称逆转录 。这是DNA生物合成的一种特殊方式 。