遗传信息的表达与传递

遗传信息的表达与传递
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。

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Expression and transmission of the genetic information
ABSTRACT Based on the genetic information of the research
study on the expression of genetic information transfer mechanism to make full and proper review, interpretation of complex life how to express and transmit genetic information. Through this article, you can help to learn to understand and grasp the transfer of genetic information the general rule.
KEY WORDS Genetic information, expression , delivery.。