染色體、基因和核苷酸
上一次我們一起看了DNA的結構,了解了DNA有無數種鹼基排列順序,這些排列順序中儲存有信息,但是,很可惜的是並不是所有的信息都以機會表達,只有能表達出的信息,這些信息才有意義。只有DNA中的基因片段能夠表達,所以說,基因中有遺傳信息,基因是有遺傳效應的DNA(核酸)片段。
多種多樣的蛋白質是生命活動的主要承擔者,所以基因都是通過控制蛋白質的合成來控制生物性狀的。基因信息是如何一步步轉移到蛋白質信息裡的呢?就依賴於轉錄和翻譯兩個過程。
通過視頻了解這個精巧的動態過程吧。
基因的轉錄和翻譯
這個視頻可以看出每一個生命活動都是十分精巧的,我們來分析一下「基因表達」的精巧之處在哪裡呢?
「精」——準確性
1、轉錄過程中嚴格遵循鹼基互補配對原則,DNA中A、T、C、G對應RNA中的U、A、G、C,保證信息能準確從DNA傳到信使RNA中,為後面的翻譯打造正確模板。2、翻譯過程中,一種tRNA只攜帶一種胺基酸,mRNA上的一個密碼子(mRNA上能決定一個胺基酸的三個相鄰鹼基)也只能與一種tRNA結合,最終的結果是:一個密碼子準確決定一種胺基酸。這樣mRNA上的信息被準確傳遞到多肽鏈中。
「巧」——高效性和容錯性
1、通常情況下,一個DNA上會有許多基因在同時轉錄,每個基因轉錄時,僅需要RNA聚合酶即可完成「解旋」和「聚合成RNA鏈」兩份工作。
2、為了高效合成多肽鏈,轉錄出的mRNA上可同時有多個核糖體在進行翻譯,由於翻譯的模板是同一個,所以合成出的蛋白質序列和空間結構均相同。
一條mRNA上多個核糖體同時翻譯
容錯性
在DNA複製和轉錄過程中,難免會產生錯誤,導致合成mRNA序列改變,這樣會使得合成出的蛋白質序列也發生改變,繼而結構改變,功能喪失。所幸的是,在生物體內有21種胺基酸,但卻有64種密碼子,所以一種胺基酸可以由多個密碼子來決定。
密碼子表
以上圖左上角苯丙氨酸為例,密碼子UUU和UUC均能決定苯丙氨酸,這樣就有機會消化掉mRNA的序列中U替換成C或者C替換成U的錯誤,合成出正確的蛋白質。
其餘不同密碼子決定同一種胺基酸的情況與此類似,都是密碼子中某一個鹼基發生替換仍決定同一種胺基酸,這樣由不同密碼子決定同一種胺基酸的特性稱作密碼子的「簡併性」。
基因的表達,包括轉錄和翻譯兩個關鍵步驟,將遺傳信息從DNA中準確、高效傳遞到了蛋白質中。嚴格遵循的鹼基互補配對原則和準確而簡併的密碼子表使得信息流能順利傳遞,這種信息傳遞方式被所有生物所認可,這樣我們就從信息觀的新角度找到生命有共同起源的證據。同時,也為人類開展轉基因技術提供了理論支持。