余自龍

生物教材中的DNA復制、轉錄、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，對于其復雜的變化過程無法深入理解。通過對DNA復制、轉錄、翻譯幾個問題的探討，能夠進一步理解復制、轉錄、翻譯的區(qū)別和聯(lián)系。

探討一DNA復制、轉錄、翻譯的具體場所

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

2.轉錄發(fā)生在含有DNA的場所，與DNA復制不同的是，轉錄無論分裂不分裂的活細胞都會完成DNA轉錄過程，因為每個活細胞都需要活性的蛋白質(zhì)（包括結構蛋白、功能蛋白）。如細胞核中轉錄產(chǎn)生的mRNA、最終翻譯的蛋白質(zhì)會對細胞中線粒體、葉綠體等細胞質(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胞中。真核生物細胞的核糖體主要存在于細胞質(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，細胞質(zhì)基因表達過程中的翻譯就發(fā)生在細胞器中。原核生物細胞核糖體普遍存在于細胞質(zhì)中，故轉錄和翻譯在原核細胞中都存在于細胞質(zhì)。病毒沒有細胞結構，沒有核糖體，要合成病毒的蛋白質(zhì)也就只能發(fā)生在宿主細胞的核糖體上，宿主細胞為其翻譯提供原料、能量、酶等條件。

探討二DNA復制、轉錄、翻譯的模板和方向

1.DNA復制過程中，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。之所以參與反應的是三磷酸脫氧核苷酸（dNTP），是因為DNA的聚合反應需要能量，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復制只能從5到3端，也就在復制過程中形成了前導鏈（leadingstrand）和后隨鏈（laggingstrand），后隨鏈上還有一個個的岡崎片段。DNA復制總是在5→3方向添加新的核苷酸，滯后鏈的半不連續(xù)復制過程雖然復雜，但它節(jié)省能量，且有利于錯配核苷酸的校正。因此，DNA復制方向只能是由5到3端的方向。最終，DNA復制時一條子鏈沿解旋方向不斷合成，而另一條子鏈是由間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)復制。在體內(nèi)復制時，前導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結合，依次延伸。

2.轉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合位于轉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、結合并開始轉錄的一段DNA序列）。該過程不需要引物，當RNA聚合酶識別并結合位于基因下游非編碼區(qū)的一段DNA序列（終止子，提供轉錄終止信號的DNA序列），RNA聚合酶脫離DNA模板鏈，轉錄結束。DNA分子上有很多基因，有些基因利用DNA分子的1鏈為模板進行轉錄，有些基因利用其2鏈為模板進行轉錄。轉錄的方向是由RNA聚合酶移動的方向決定的，習慣上DNA序列按其轉錄的RNA鏈來書寫，沿著5→3方向進行RNA的合成。

3.翻譯時真核細胞轉錄的mRNA通過核孔進入到細胞質(zhì)中，原核細胞細胞質(zhì)DNA直接轉錄形成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合到相應位點與密碼子配對，將酯鍵轉變?yōu)殡逆I，新生的肽鏈由N端向C端延伸，只有當釋放因子識別并結合到終止密碼子時，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endprint