有關(guān)“DNAA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯”問題的探討

余自龍

生物教材中的DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯只有簡單的模式圖，這種微觀的遺傳信息傳遞過程我們無法辨析，對于其復(fù)雜的變化過程無法深入理解。通過對DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯幾個問題的探討，能夠進一步理解復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯的區(qū)別和聯(lián)系。

探討一DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯的具體場所

1.教材中解釋DNA復(fù)制主要發(fā)生在細(xì)胞核中，其次是在線粒體、葉綠體中。其實有關(guān)DNA的復(fù)制場所要思考注意兩個方面：第一是真核、原核細(xì)胞、病毒等生物種類不同，復(fù)制發(fā)生的場所不同，真核細(xì)胞DNA復(fù)制主要發(fā)生在細(xì)胞分類間期的細(xì)胞核中，其次線粒體、葉綠體的DNA也能完成復(fù)制；原核細(xì)胞DNA復(fù)制主要發(fā)生在擬核、質(zhì)粒周圍的細(xì)胞質(zhì)中，病毒主要靠寄生生活，其核酸的復(fù)制就在宿主細(xì)胞中完成。第二是DNA復(fù)制與細(xì)胞分裂有關(guān)，只有分裂的細(xì)胞，在每一次分裂之前就完成DNA復(fù)制，高度分化不分裂的細(xì)胞就不會發(fā)生DNA復(fù)制。

2.轉(zhuǎn)錄發(fā)生在含有DNA的場所，與DNA復(fù)制不同的是，轉(zhuǎn)錄無論分裂不分裂的活細(xì)胞都會完成DNA轉(zhuǎn)錄過程，因為每個活細(xì)胞都需要活性的蛋白質(zhì)（包括結(jié)構(gòu)蛋白、功能蛋白）。如細(xì)胞核中轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA、最終翻譯的蛋白質(zhì)會對細(xì)胞中線粒體、葉綠體等細(xì)胞質(zhì)中基因的表達起到調(diào)控作用。

3.翻譯的場所只發(fā)生在核糖體上，核糖體幾乎存在于所有的細(xì)胞中。真核生物細(xì)胞的核糖體主要存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，線粒體和葉綠體中也有核糖體，在基因表達時，細(xì)胞質(zhì)基因表達過程中的翻譯就發(fā)生在細(xì)胞器中。原核生物細(xì)胞核糖體普遍存在于細(xì)胞質(zhì)中，故轉(zhuǎn)錄和翻譯在原核細(xì)胞中都存在于細(xì)胞質(zhì)。病毒沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，沒有核糖體，要合成病毒的蛋白質(zhì)也就只能發(fā)生在宿主細(xì)胞的核糖體上，宿主細(xì)胞為其翻譯提供原料、能量、酶等條件。

探討二DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯的模板和方向

1.DNA復(fù)制過程中，DNA雙鏈解螺旋后，每一條鏈上所暴露出來的堿基各自與一個游離的三磷酸脫氧核糖核苷酸（dTTP、dGTP、dATP、dGTP）按堿基配對原則配對。之所以參與反應(yīng)的是三磷酸脫氧核苷酸（dNTP），是因為DNA的聚合反應(yīng)需要能量，在DNA聚合酶的催化下，dNTP分解2個磷酸基團，放出能量用于核苷酸順序連接而成為新鏈。DNA復(fù)制只能從5到3端，也就在復(fù)制過程中形成了前導(dǎo)鏈（leadingstrand）和后隨鏈（laggingstrand），后隨鏈上還有一個個的岡崎片段。DNA復(fù)制總是在5→3方向添加新的核苷酸，滯后鏈的半不連續(xù)復(fù)制過程雖然復(fù)雜，但它節(jié)省能量，且有利于錯配核苷酸的校正。因此，DNA復(fù)制方向只能是由5到3端的方向。最終，DNA復(fù)制時一條子鏈沿解旋方向不斷合成，而另一條子鏈?zhǔn)怯砷g斷合成的短脫氧核苷酸單鏈片段連接而成，這樣就是半不連續(xù)復(fù)制。在體內(nèi)復(fù)制時，前導(dǎo)鏈的合成只需要一個RNA引物，而后隨鏈每個岡崎片段的合成均需要一個RNA引物，且引物從DNA分子模板鏈的3結(jié)合，依次延伸。

2.轉(zhuǎn)錄時一個基因中互補的DNA雙鏈只有一條單鏈為模板合成RNA，因為RNA聚合酶會特異性識別并結(jié)合位于轉(zhuǎn)錄起始位點基因上游非編碼區(qū)中的一段特殊的DNA序列（啟動子，是RNA聚合酶識別、結(jié)合并開始轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列）。該過程不需要引物，當(dāng)RNA聚合酶識別并結(jié)合位于基因下游非編碼區(qū)的一段DNA序列（終止子，提供轉(zhuǎn)錄終止信號的DNA序列），RNA聚合酶脫離DNA模板鏈，轉(zhuǎn)錄結(jié)束。DNA分子上有很多基因，有些基因利用DNA分子的1鏈為模板進行轉(zhuǎn)錄，有些基因利用其2鏈為模板進行轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄的方向是由RNA聚合酶移動的方向決定的，習(xí)慣上DNA序列按其轉(zhuǎn)錄的RNA鏈來書寫，沿著5→3方向進行RNA的合成。

3.翻譯時真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄的mRNA通過核孔進入到細(xì)胞質(zhì)中，原核細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)DNA直接轉(zhuǎn)錄形成mRNA，mRNA成為翻譯的模板。多肽鏈的合成也是由N端向C端進行，核糖體與mRNA結(jié)合并且沿著mRNA向前移動，編碼多肽鏈通常以AUG為起始密碼子（原核細(xì)胞中有GUG為起始密碼），所以多肽鏈的合成大多都是以甲硫氨酸作為N端的起始氨基酸（只是在翻譯后的加工過程中有些被保留，有些則是被剪切去除）。核糖體與起始氨酰-tRNA和mRNA組成起始復(fù)合物，多肽鏈進入到延伸階段，所有的氨酰-tRNA都依次進入到核糖體結(jié)合到相應(yīng)位點與密碼子配對，將酯鍵轉(zhuǎn)變?yōu)殡逆I，新生的肽鏈由N端向C端延伸，只有當(dāng)釋放因子識別并結(jié)合到終止密碼子時，多肽鏈的合成停止，即從核糖體上被水解脫離。

作者單位陜西省旬陽縣旬陽中學(xué)endprint