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14.2: 中心法则
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中心法则
 

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14.2: 中心法则

”生物学的中心法则是,DNA中编码的信息被传递给信使RNA (mRNA),然后信使RNA指导蛋白质的合成。使mRNA核苷酸序列解码成氨基酸的一组指令称为遗传密码。这种遗传密码的普遍性刺激了科学研究、农业和医学的进步。”

RNA是DNA和蛋白质之间缺失的连接

在20世纪初,科学家们发现,DNA储存了细胞功能所需的所有信息,而蛋白质履行了这些功能的大部分。然而,将遗传信息转化为功能蛋白的机制多年来一直是未知的。最初,人们认为单个基因直接转化为其编码的蛋白质。在真核细胞中的两个重要发现挑战了这一理论:第一,蛋白质的产生并不发生在细胞核中。其次,DNA不存在于细胞核外。这些发现引发了对一种将DNA与蛋白质生产联系起来的中间分子的研究。这种中间分子存在于细胞核和细胞质中,与蛋白质的产生有关,就是RNA。

在转录过程中,RNA在细胞核中合成,以DNA为模板。新合成的RNA在序列上与DNA链相似,只是DNA中的胸腺嘧啶被RNA中的尿嘧啶所取代。在真核生物中,这一原始转录本被进一步处理,去除蛋白质的非编码区,盖上5端并添加一个3多聚-a尾,以产生mRNA,然后输出到细胞质中。

解释mRNA序列的规则构成了遗传密码

翻译发生在细胞质中的核糖体上,在那里,mRNA中编码的信息被翻译成氨基酸链。一组由三个核苷酸组成的氨基酸编码,这三个核苷酸被称为密码子。密码子一套规则,概括了哪些密码子指定了构成遗传密码的特定氨基酸。

遗传密码是多余的

蛋白质是由真核生物中的20种氨基酸产生的。将四个核苷酸以三个为一组组合起来提供64个 ( 43 ) 可能的密码子。这意味着单个氨基酸可能由多个密码子编码。遗传密码被认为是多余的或退化的。通常,但并不总是,指定相同氨基酸的密码子只在三联体的第三个核苷酸中不同。例如,密码子 GUU, GUC, GUA 和 GUG都代表氨基酸缬氨酸。然而, AUG是唯一代表氨基酸蛋氨酸的密码子。密码子AUG也是蛋白质合成的起始密码子,因此被称为起始密码子。系统中的冗余将突变的有害影响最小化。密码子第三位的突变(即改变)不一定导致氨基酸的改变。

遗传密码是通用的

除了少数例外,大多数原核生物和真核生物使用相同的基因编码合成蛋白质。这种遗传密码的普遍性使得科学研究、农业和医学的发展成为可能。例如,人类胰岛素现在可以在细菌中大规模生产。这是用重组DNA技术完成的。重组DNA由不同物种的遗传物质组成。编码人胰岛素的基因与细菌DNA结合并插入细菌细胞中。细菌细胞进行转录和翻译,产生编码在重组DNA中的人胰岛素。由此产生的人胰岛素用于治疗糖尿病。


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