遗传信息是如何传递的

蛋白质是生命体的重要物质。在它的合成过程中,要接收来自DNA的遗传信息。但DNA是细胞核内的物质,而蛋白质却在细胞质中,DNA这样的生物大分子是不可随意穿越核膜进入细胞质的。细胞核内的遗传密码又是如何被带入到细胞质去的呢?1957年,克里克首次提出了蛋白质合成的"中心法则",即遗传信息的走向是由DNA传递给RNA(核糖核酸),再由RNA传递给蛋白质。第二年,他又提出:RNA在把氨基酸携带到肽链进行生物合成的过程中,可能存在一种"受体"。根据这一设想,科学家们很快就在实验中发现这种"受体"是一种转运RNA(tRNA)。

1961年,法国分子生物学家莫诺(1910-1976)与法国生物化学家雅各布(1920- )合作提出了"信使核糖核酸"(mRNA)的概念,mRNA的作用是从DNA长链上转录所需要的遗传密码片段,成为合成蛋白质的模版。他们的设想也很快得到了证实。由于这一成果,莫诺与雅各布于1965年获得诺贝尔生理学或医学奖。

法国分子生物学家莫诺(中)与法国生物化学家雅各布(左)。他们二人在第二次大战期间都是反法西斯战士。


   参加法兰西军团时的雅各布
塞翁失马,焉知非福

雅各布从小就立志当一名外科医生,后来上了医学院。第二次世界大战期间, 他参加了反对德国法西斯的法兰西军团。在解放法国的诺曼底战役中,他为了救治受伤的战友,右手负伤并落下残疾。不能再实现当外科医生的理想,曾使他一度消沉。但他很快就振作起来,转而学习和研究生物学,取得了重要成就,获得了诺贝尔奖。

后来有人说:雅各布右手伤残使法国少了一名外科医生,却因此多了一名杰出的生物化学家。



遗传信息为什么不直接把氨基酸运送到细胞核中的DNA那里去合成蛋白质呢?科学家们认为,细胞中的DNA是生物传宗接代的根本,是遗传信息的"原件",是一张宝贵的"绝密图纸",千万不能遗失。所以,它只能锁在细胞核中,只允许复印和抄录,不允许带出。此外,细胞核内空间狭小,合成工程不宜在此进行。

DNA在指挥合成生产蛋白质时,它的双链首先拆开,以其中一条链为模板合成mRNA,这个合成的过程是按照碱基互补配对原则进行的。转录后的mRNA带有合成蛋白质的全部信息,然后离开细胞核,与细胞质中的小颗粒结合在一起,这个小颗粒叫"核糖体(rRNA)"。细胞里的蛋白质都是在这个小颗粒里合成的,因此可以说,核糖体是细胞中合成蛋白质的"车间"。

要把mRNA翻译成蛋白质,还需要一个"译员"和"搬运工",它也必须认识mRNA上的文字——遗传密码,以及蛋白质的文字——氨基酸。这个"译员"和"搬运工"就是转运RNA(tRNA),它的工作就是领着特定的氨基酸,来到核糖体那里与mRNA"对号入座",一个一个的氨基酸被不断地加长,直到完成整条肽链的合成。RNA合成蛋白质的效率是惊人的,有的每分钟可以连接1500个氨基酸。




蛋白质的合成过程

细胞核膜的表面有许多核孔,核糖核酸(RNA)
正是通过核孔进入细胞质,完成传递遗传信
息的任务。


 中心法则示意图  






DNA上的遗传信息先转录成mRNA,在rRNA和tRNA的参与下,将信息再翻译成蛋白质。这就是遗传学中的"中心法则"。

一份原件(DNA),一张蓝图(从DNA长链上转录的遗传密码片段),一个信使(mRNA),一个车间(rRNA),一个译员和搬运工(tRNA),一条多肽链,当然还有做辅助工作的酶,这就是一个蛋白质合成的全部工序,也是遗传信息的流向图。