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21.12: 从脱氧核糖核酸(DNA)到蛋白质
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From DNA to Protein
 
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21.12: 从脱氧核糖核酸(DNA)到蛋白质

细胞中的基因信息从 DNA 流向 mRNA 到蛋白质的流动由中心犬进行描述,该犬表示基因指定 mRNA 的序列,而 mRNA 又指定组成所有蛋白质的氨基酸的序列。 一个分子到另一个分子的解码由特定蛋白质和 RNA 执行。 由于 DNA 中存储的信息对细胞功能如此重要,因此很直观的理解是,细胞会制作用于蛋白质合成的 mRNA 副本,同时保持 DNA 本身的完整性和受保护。 DNA 与 RNA 的复制相对简单,在 DNA 链中读取的每一个核苷酸都会在 mRNA 链中添加一个核苷酸。 蛋白质转化为更多化合物,因为三个 mRNA 核苷酸对应多肽序列中的一个氨基酸。 但是,蛋白质转化仍是系统的,共线性的,因此核苷酸 1 至 3 对应于氨基酸 1 ,核苷酸 4 至 6 对应于氨基酸 2 等。

遗传密码是简并和通用的

每种氨基酸均由一种称为三普莱特酸的三核苷酸序列定义。 考虑到 mRNA 和蛋白质“字母”中的“字母”数量不同,科学家们理论家们认为单个氨基酸必须由核苷酸组合来表示。 核苷酸双核不足以指定每个氨基酸,因为只有 16 种可能的双核苷酸组合 (42)。 相比之下,有 64 个可能的核苷酸三重编码 (43) ,这远远超过氨基酸的数量。 科学家们认为,氨基酸是由核苷酸三重编码的,遗传代码是“去生成”。 换言之,一种特定的氨基酸可由多种核苷酸三普莱特编码。 后来经实验确认:弗朗西斯 · 克里克(Francis Crick)和悉尼 · 布伦纳(Sydney Brenner)使用化学多变性素将一、两或三种核苷酸插入病毒基因中。 当插入一到两个核苷酸时,不会产生正常蛋白质。 当插入三个核苷酸时,该蛋白质被合成并起作用。 这表明氨基酸必须由三组核苷酸来指定。 这些核苷酸三重编码称为编码组(codons)。 插入一个或两个核苷酸完全改变了三重编码的读数帧,从而改变了每一种随后的氨基酸的信息。 尽管插入三种核苷酸会导致在翻译过程中插入额外的氨基酸,但蛋白质其余部分的完整性得到了保持。

除了指示向多肽链添加特定氨基酸的编码外, 64 种编码中的三种可终止蛋白质合成并从翻译机器中释放多肽。 这些三重编码被称为无效的编码或终止密码子。 另一个编码, AUG,也有一个特殊的功能。 除了指定氨基酸甲氨离子酸外,它还可用作启动转化的起始编码。 用于翻译的读数框架由 AUG开始编码在 mRNA 5 英尺端附近设置。 在开始时, mRNA 以三个一组的形式读取,直到遇到停止时代码为止。

一种氨基酸通过多种类似的编码的规格被称为“去变性”。 据认为,变性是一种细胞机理,可减少随机突变的负面影响。 指定相同氨基酸的编码通常仅因一种核苷酸而异。 此外,具有化学相似侧链的氨基酸使用类似的编码进行编码。 例如,占据 Ga* 块的 天冬氨酸 (ASP) 和谷氨酸 (Glu) 都受到了负面指控。 基因代码的这种细微差别确保单核苷酸替代突变可能会指定相同的氨基酸,但不会产生影响或指定相似的氨基酸,从而防止蛋白质完全无法发挥作用。

遗传密码几乎是通用的。 除了少数微小的例外,几乎所有物种都使用相同的遗传代码进行蛋白质合成。 维护编码意味着对马中的球蛋白编码的纯化 mRNA 可转移到郁金香细胞中,而郁金香将合成马球蛋白。 只有一种基因代码有力地证明了地球上的所有生命都有一个共同的起源,特别是考虑到大约有 1084 种可能的组合,包括 20 种氨基酸和 64 种三重密码子。

本文改编自 Openstax, 生物学 2e, 第15.1节:遗传密码

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