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遗传信息的表达与传递2010 级环科一班 方传敏 20100340103（郑州市 郑州大学 化工与能源学院 450001）摘要 本文通过对遗传信息的研究学习，就遗传信息的表达与传递机理做全面 而适当的综述，阐释复杂的生命的遗传信息如何表达与传递通过本文，可以帮 助学习理解掌握生物遗传信息的传递的一般规律关键字 遗传信息，表达，传递引言生物体的遗传信息是指编码在 DNA 分子上的特定核苷酸序列，遗传信息的传 递与表达就是遗传信息的复制、转录、翻译过程DNA通过自我复制将遗传信息 准确地传递给子代，在子代的生长发育过程中，遗传信息又可自DNA经转录传递 到RNA，翻译出特异的蛋白质，以执行各种生命功能，使后代表现出与亲代相似 的的遗传性状遗传信息的表达是按一定的时间发生变化，并随内外环境条件的 改变而加以调整，因此基因的表达还需要受到调节和控制1. DNA 的生物合成1.1DNA 的复制现代生物学已经充分证明，DNA是遗传信息载体在细胞分裂过程中，通过 DNA的复制把亲代细胞所含的遗传信息忠实地传递给子代细胞所谓“复制”就 是 DNA 的生物合成过程，即以亲代 DNA 为模板按照碱基互不配对原则合成 DNA 的过程。

1.1.1 遗传信息半保留复制早在 1953 年 Watson 和 Crick 确立 DNA 双螺旋结构模型时，就对气复制的 分子机制做出了推测：即在DNA复制时首先碱基之间的氢键断裂、双链解旋和分 离，然后以每条链为模板，按照碱基配对原则在其上合成新的互补链这样，从 亲代的一个双螺旋 DNA 分子形成了两个与原来的碱基序列完全相同的子代 DNA分子在此过程中，每个子代分子的一条链来自亲代DNA,另一条链则是新合成 的这种复制方式称为半保留复制1958年Meselson和Stahl用同位素标记大肠杆菌DNA，证明了 DNA半保留 复制半保留复制是双链 DNA 普遍采用的复制机制即使是单链 DNA 分子，在其 复制过程中通常也总是要先形成双链的复制形式半保留复制具有高度的忠实性 特点，保持了遗传的稳定性但由于受细胞的内外理化和生物因子的作用， DNA 会发生损伤，在发育和分化过程中， DNA 的序列还可能修饰、删除、扩增和重排， 所以说，从进化的角度上看， DNA 处在不断地变异和发展中1.1.2 DNA 复制的起点和方式基因组能独立进行复制的单位称为复制子每个复制子都含有控制复制的起 始的起点，可能还有终止复制的终点，一旦复制开始，它就继续下去，直到整个 复制子完成复制。

无论原核生物还是真核生物， DNA 复制都是从固定的七点开始的复制起点 是 DNA 上一段特定的碱基顺序，约含 100—200 个碱基对原核生物的染色体只 有一个复制起点复制从起点开始，进行到终点结束，完成整个染色体 DNA 的复 制，即染色体只有一个复制子真核生物的复制是从多个起点开始的，也就是说 真核生物的 DNA 分子上有多个复制子1.1.3 参与复制的重要酶类及蛋白因子参与复制的酶类和蛋白质因子有多种，现将重要的几种列出如下：（1） DNA 聚合酶 1955 年在大肠杆菌中发现第一个 DNA 聚合酶，后面又陆续发 现聚合酶II、III现已证明DNA聚合酶I参与受损DNA的修复，并在半 保留复制中起到辅助作用；DNA聚合酶II也参与修复；DNA聚合酶III是合 成 DNA 新链的主要复制酶2） 引物酶和引发体（3） 连接酶 DNA 聚合酶不能催化两条 DNA 单链连接或把单链 DNA 链闭合起 来因此，在复制过程中，必须有一种酶能催化链的两个末端之间形成共 价连接，这个就是 DNA 连接酶它能催化双链 DNA 切口处的 5，-磷酸基和 3，-羟基生成磷酸二酯键4） DNA 解螺旋酶 DNA 双螺旋在复制、修复、重组及接合过程中， DNA 解螺 旋酶催化在复制叉解开双链以便提供单链 DNA 模板。

5） DNA 拓扑异构酶 DNA 具有超螺旋结构复制时，首先需要将两条链接开，这肯定会在复制叉前面产生扭曲的张力，如果不以某种方式释放这种张 力，将妨碍复制叉的前进拓扑异构酶可以使超螺旋分子松弛，消除张力6） 单链结合蛋白 它作为辅助蛋白，在 DNA 复制、重组、修复等过程中起着 关键的作用1.1.4 DNA 的复制关于DNA的复制，又分为原核生物的DNA复制，真核生物的DNA复制，动物 病毒的复制无论是原核生物还是真核生物亦或是动物病毒的复制，都遵循DNA 的半保留复制机理关于原核生物，以大肠杆菌作为个例，其染色体DNA的复制 过程可分为起始、延伸和终止三个阶段在DNA合成的生长点，即复制叉上，分 布着各种与复制有关的酶和蛋白质因子，它们构成的复合物称为复制体DNA复 制的阶段就表现在其复制结构的变化中而对于真核生物，其DNA复制在许多方 面与大肠杆菌的相似，例如，都是利用复制叉进行半保留、半不连续的但是真 核细胞的染色体中DNA复制机制更为复杂真核生物DNA的复制是与染色体蛋白 质，包括组蛋白和非组蛋白类的合成同步进行得DNA复制完成后，随即装配成 核内的核蛋白，组成染色体动物病毒中，研究发现，存在以RNA为模板，合成含有病毒全部遗传信息的 DNA的过程。

其中，核酸合成与转录过程的遗传信息的流动方向相反，因此把该 过程称为逆转录，催化这个过程的酶称为逆转录酶（或反转录酶）1.2 DNA 的损伤与修复1.2.1 DNA 的突变DNA 分子中的碱基序列发生突然而稳定的改变，从而导致 DNA 的复制以及 后来的转录和翻译随之发生变化，表现出异常的遗传特性，称之为 DNA 突变或 DNA 损伤 DNA 突变分为自发突变和诱发突变1.2.2 DNA 损伤的修复DNA的损伤和修复，是细胞内DNA复制中同时并存的两个过程目前已经知 道的修复系统可分为两大类：光诱导修复（光修复）和不依赖光的修复（暗修复）暗修复通过三种机制来完成：切除修复、重组修复和 SOS 修复2. RNA 的合成与加工2.1 DNA指导下的RNA生物合成DNA 是通过转录将遗传信息转移到 RNA 分子上的复制是全部基因组的 DNA 为模板合成新DNA链，而转录只是DNA链的部分区段指导合成RNA,即特定基因 的转录表达，基因的“开放”或“关闭”是受多种方式控制的转录起始于 DNA 模板的一个特定位点，并在一个位点处终止，此转录区域称为转录单位一个转 录单位可以是一个基因，也可以是多个基因。

转录的起始是由DNA的启动子区控 制的，而控制终止的部分则称为终止子转录就是RNA的生物合成过程DNA 指导下的 RNA 生物合成，分为原核生物和真核生物的转录，二者有很多 相似处，但是也存在一些差异，在此由于各方面的限制，不做过多的解释2.2其他的RNA生物合成不同的 DNA 病毒用三个战略完成 DNA 的转录第一类用宿主的 RNA 聚合酶, 某些情况下修饰它或合成新的启动子专一性因子指导塔阅读病毒的启动子第二 类病毒用宿主 RNA 聚合酶转录某些早期表达的病毒基因第三类如噬菌体 N4， 在其病毒粒子内携带病毒 RNA 聚合酶，随病毒 DNA 进入细胞并转录某些早期病毒 基因，这些基因中一些编码专一性因子，指导宿主RNA聚合酶转录晚期基因，牛 痘病毒也属于此类多数植物病毒以及许多动物病毒和噬菌体以RNA为遗传物质，并通过复制而 合成出与其自身相同的分子3. 蛋白质的合成3.1 遗传信息传递的中心法则1957 年 Crickza 在生物学年会上递交了“ 关于蛋白质合成” 的论文发表 于1958 年在这篇论文中, 他提出了著名的中心法则理论“ 信息一旦传到蛋白质就不能再行输出, 更具体地说, 信息从核酸到蛋白质的传递是可能的 , 但是 从蛋白质到蛋白质或从蛋白质到核酸的传递是不可能的。

这里的信息指的是序列 的精确决定, 即核酸的碱基或蛋白质的氨基酸残基”DNA 作为遗传物质有两方面的功能：一是可以通过自我复制把亲代细胞所含 的遗传信息忠实地传递给子代细胞；二是在子代的个体发育过程中，指导蛋白质 的合成，也就是DNA上储存的遗传信息通过转录传递给RNA (mRNA),再由mRNA 作为模板指导蛋白质的合成，由蛋白质表现出生命活动的特征这个过程是1958 年 F.Crick 提出的，这就是最初形式的遗传学中心法则它明确地表述了遗传信 息传递的方向，逆转录酶的发现扩展了人们的认识，也对中心法则进行了补充和 修正3.2 蛋白质的生物合成蛋白质是在核糖体上合成的，它含有蛋白质合成中所需要多种酶，能适当的 位置和方向把mRNA分子和带有氨基酸的tRNA分子结合在一起，最终按mRNA分 子的遗传密码把与之对应的氨基酸连接起来蛋白质的生物合成就是将mRNA的遗传信息转变成蛋白质中氨基酸排列顺序 的过程，如同将电报密码译成文字一样，因此通常将蛋白质的生物合成过程称之 为翻译蛋白质的生物合成大致可分为氨基酸的活化；肽链合成的起始；肽链的延伸； 肽链合成的终止；翻译后加工五个阶段同时还需要上百种不同的蛋白质，以及 30多种RNA分子的同时协同作用。

关于更多的遗传信息的表达与传递，还需要进一步深入学习并进行研讨4 结论遗传信息的传递与表达也正是通过合成蛋白质的过程，通过合成蛋白质 ， 将亲代的 DNA 复制遗传遗留下来，这也正是生物遗传的相似性缘由遗传信息 的表达与传递，追其根本，正是 DNA 、RNA 的复制与转录，然后通过合成蛋白 质表达出来5 参考文献1. 赵文恩等.生物化学.北京：化学工业出版社，2003.122. Mazia,D.,1956,In Enzymes: Units of Biological Structure andFuction.Gaebler,E.H.,ed Academic Press,pp261-2783. Spiegelman,S.,1956,In Enzymes: Units of Biological Structure and Fuction.Gaebler,E.H.,ed Academic Press,pp67-894. Lederberg,J.，1956,In Enzymes: Units of Biological Structureand Fuction.Gaebler,E.H.,ed Academic Press,pp161-1695. Crick,F.H.C.,1958,symp.Exp.Biol., XII :138-1636. Watson, J. D. ,1965, Molecular Biology of the Gene,W. A. BenjaminInc.7. 黄辰，宋土生《透传》，1999年，21期3卷.8. 刘本举. 用科学史进行基因表达一节教学 .生物学通报 ,2007,42 （2）：32—34.9. 林祖荣.遗传的分子基础的教学思考与探讨 .生物学通报, 2007, 42 （2）：30—32.10. 陶慰孙，李惟，姜涌明等. 蛋白质分子基础 . 北京：人民教育出版社，198111. 代鹏，沈辉，马军.RNA编辑功能与干扰 J].生物技术通 报.2011.5.26.12. 汤泽生等.遗传信息传递的方式与特点[J].西昌师范高等专科学校 学报.1999.11.1513. 屈艾，江承润等•遗传信息传递的中心法则发展过程[J].细胞生物学 杂志.2003-02-20.14. 刘聪.遗传信息的转录需要解旋酶吗？ [J].中学生物教 学.2010-06-0115. 向义和。

DNA半保留复制和不连续复制的提出与确立。