中心法則遺傳機制

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簡介

DNA 是遺傳資訊的載體，它將性狀從一代傳遞到下一代。基因是由 DNA 形成的遺傳單位。這些基因將資訊傳遞給蛋白質，蛋白質在細胞中表達以執行特定功能或維持特定結構。整個過程可以稱為中心法則遺傳。DNA 透過轉錄將資訊傳遞給 RNA，RNA 經歷翻譯產生多肽。DNA 轉換為功能蛋白的過程可以稱為基因表達。

定義

中心法則理論表明，攜帶資訊的 DNA 經歷轉錄將其資訊複製到 mRNA，mRNA 將其翻譯成蛋白質。因此，資訊以單一方向移動。根據中心法則，遺傳資訊可以從核酸轉移到蛋白質以及核酸，但蛋白質不能將資訊轉移到其他蛋白質。核糖體有助於翻譯過程。

步驟：轉錄、翻譯和遺傳密碼

生物資訊以以下一般方向流動：DNA 複製，DNA 資訊被複制到稱為轉錄的 mRNA，以及使用 mRNA 作為模板稱為翻譯的蛋白質合成。

轉錄過程

一種稱為RNA 聚合酶的酶利用 DNA 的一條鏈，透過使用源自 DNA 非編碼鏈的模板來合成互補的 RNA 鏈。所得的初級轉錄物攜帶與編碼 DNA 鏈相同的資料。但是，由於 DNA 和 RNA 之間存在的生化差異，初級轉錄物與 DNA 的編碼鏈並不完全相同。

細胞核是 DNA 的位置，是真核生物轉錄的場所，原核生物轉錄發生在細胞質中。因此，真核細胞中的 mRNA 必須首先離開細胞核，然後才能進行翻譯以製造蛋白質。轉錄和翻譯由沒有細胞核的原核細胞在細胞質中進行。

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翻譯

核糖體在翻譯過程中從 mRNA 模板分子產生多肽鏈。真核生物在細胞的細胞質中進行翻譯，核糖體在那裡是遊離的或附著在內質網 (ER) 上。轉錄和翻譯過程在缺乏細胞核的原核生物的細胞質中進行。

由於起始 tRNA 和翻譯 AUG 起始密碼子之間的相互作用，tRNA 帶來了 fMet（甲醯甲硫氨酸）。細菌由於其在起始中的作用而開始在其 N 端合成多肽鏈。

大腸桿菌中 mRNA 的Shine-Dalgarno 序列（AGGAGG）和 rRNA 形成互補鹼基配對。30S 亞基在其上找到 mRNA 模板的位置。這導致 50S 亞基結合到起始複合物上，形成完整的核糖體。

tRNA 在一端攜帶特定氨基酸的三核苷酸密碼，在另一端攜帶單個氨基酸。延伸過程從帶電 tRNA 進入氨醯基位點開始，然後進入肽醯基位點，最後進入出口位點離開核糖體。所得多肽鏈與 mRNA 的核苷酸相同。當發現沒有互補核苷酸的終止密碼子時，翻譯過程會發生終止。兩個亞基彼此分離以及 mRNA。所得的多肽可能經歷翻譯後修飾以提高其效率。

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遺傳密碼

遺傳密碼是三個核苷酸組合在一起形成密碼子並編碼特定氨基酸。蛋白質由 20 種不同的氨基酸組成，這些氨基酸由核苷酸組成。從四個核苷酸 U、C、A 和 G 中有 64 個密碼子。它們具有終止密碼子（UGA、UAG 和 UAA），這些密碼子終止翻譯。終止密碼子不編碼氨基酸，但它們充當終止訊號，在多肽完成後觸發多肽從核糖體釋放。每個 mRNA 都包含 AUG 密碼子，它不僅負責編碼甲硫氨酸，而且還表示蛋白質鏈的開始。通常，多肽以甲硫氨酸開頭，但初始氨基酸可能會在稍後被移除。

這些是通用的、無逗號的和不含糊的。它們顯示簡併性，這意味著單個氨基酸可能具有不同的密碼子。它們總是從 5l 到 3l 方向移動。起始密碼子確定閱讀框架，即 mRNA 序列在核糖體中被分成三核苷酸組的方式。一些生物體和一些真核生物的線粒體已被發現其遺傳密碼略有不同，而曾經認為所有生命形式的遺傳密碼都是相同的。

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重要性

• 中心法則將資訊從 DNA 傳遞到 RNA，再從 RNA 傳遞到蛋白質。

• 轉錄有助於將資訊從 DNA 複製到 mRNA。

• 翻譯過程從氨基酸合成多肽鏈。

• 複製有助於產生兩個 DNA 複製，這些複製可以在細胞分裂後平均分配給兩個子細胞。

• 地球上生命的多樣性可歸因於所有生物體共享的遺傳密碼。

結論

中心法則理論表明，攜帶資訊的 DNA 經歷轉錄將其資訊複製到 mRNA，mRNA 將其翻譯成蛋白質。遺傳密碼是三個核苷酸組合在一起形成密碼子並編碼特定氨基酸。本教程有助於理解中心法則遺傳機制的基本概念。本教程描述了中心法則中涉及的步驟，例如轉錄和翻譯。總之，本教程有助於理解中心法則的重要性。

常見問題

Q1. 概述中心法則的例外情況。

答：逆轉錄病毒可以作為中心法則例外情況的最佳例子。它們具有一種稱為逆轉錄酶的酶，該酶將 RNA 轉錄為 DNA，這是逆轉錄過程。

Q2. 複製中使用的酶有哪些？寫下兩種酶的功能。

答：DNA 聚合酶、連線酶、解旋酶、引發酶、SSB 蛋白和拓撲異構酶是複製中使用的酶。連線酶用於透過形成磷酸二酯鍵來縫合 DNA 鏈。解旋酶斷裂氫鍵以分離兩條 DNA 鏈。

Q3. 原核轉錄與真核轉錄有何不同？

答：細胞質是原核生物轉錄的場所，細胞核是真核生物轉錄的場所。RNA 在真核生物中經歷轉錄後修飾，但它們在原核生物中直接用於翻譯。

Q4. 遺傳密碼的特性是什麼？

答：遺傳密碼是簡併的，由三個核苷酸密碼子組成。它們總是以單一方向移動，它們具有起始密碼子和終止密碼子。它們是通用的。

Q5. 轉錄後修飾是如何完成的？

答：在轉錄後修飾過程中，會在 5l 端新增 7-甲基鳥苷帽，在 3l 端新增聚腺苷酸化尾，以及剪接內含子和連線外顯子。