基因含有控制蛋白质合成的信息

一、基因含有控制蛋白质合成的信息

你知道，眼球的颜色、个体的大小、肤色等生物特征是怎样形成的吗？它们是通过基因指导细胞合成相应的蛋白质来实现的，如决定眼球颜色、肤色的色素蛋白等。也就是说，生物的性状是由基因控制的。

前一节告诉我们，生命的遗传物质是DNA。基因与DNA有什么关系呢？基因就在DNA上。每个DNA分子中含有许多基因，每个基因是由成百上千个脱氧核苷酸构成。基因（gene）是贮存着遗传信息的特殊DNA片段。由于不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序（碱基顺序）不同，因此，不同的基因就含有不同的遗传信息。一个基因就是一个信息单位，基因发出指令，命令细胞进行特定的工作。大多数基因包含着构建蛋白质的指令，指令通过mRNA传递到细胞质，控制蛋白质的合成过程，这类基因和蛋白质之间的关系是直接的。某些基因只含有构建RNA分子的指令，指导生产的最终产品就是RNA。RNA分子帮助细胞制造蛋白质，这些基因和蛋白质的关系是间接的。

蛋白质是生命的重要组成物质之一。它们在机体各种生命活动中发挥重要的作用。有些蛋白质决定生物体结构，有些蛋白质能运输原料，还有些蛋白质对抗疾病的发生，保护机体。另外一类非常重要的蛋白质是酶，生命过程需要的许多化学反应受到酶的调节，使人体能适应环境。总之，一切生命活动都离不开蛋白质。

基因通过控制蛋白质合成进行工作的最早研究始于20世纪初。英国医师Garrod通过对人类几种遗传性代谢疾病的研究发现，这些疾病是因为机体不能制造特殊的酶而发生的。例如尿黑酸症（尿黑酸症婴儿的尿一接触空气就变成黑色）婴儿体内，促进苯丙氨酸分解代谢的一种酶，因为翻译过程的缺陷而不能产生。他与合作者Bateson进一步指出，基因是通过控制酶的产生而发挥作用的。

（一）基因含有RNA序列的信息

在Garrod和Bateson研究的基础上，更多的研究证明，基因不仅控制着酶的产生，而且控制着所有蛋白质的产生。少数基因不直接决定蛋白质的产生，它们指导的最终产物是几种RNA分子中的一种，这些RNA在合成蛋白质过程中发挥作用。因此，基因直接或间接地控制着蛋白质的产生。

即使指导蛋白质合成的基因，最初也生产一种RNA分子。因此，我们可以进一步认识基因，基因是一段DNA序列，包含着用于蛋白质合成的几种RNA分子中的某一种RNA的信息。

（二）3种RNA与蛋白质的合成有关

核酸DNA和RNA（参阅第一章）在蛋白质合成中起着重要的作用。细胞制造蛋白质，需要几种RNA、许多酶和其他蛋白质的参加。如前所述，DNA控制着所有这些基本分子的合成，即DNA控制着蛋白质合成的方方面面。

细胞利用3种RNA分子制造蛋白质，即核糖体RNA（rRNA）、信使RNA（mRNA）、转运RNA（tRNA）。各种RNA的功能将在随后的章节中更详细地讨论（表4－2－1）。但是，我们首先描述RNA结构与DNA结构之间的一些基本的区别。尽管DNA分子是双链，RNA分子是单链，总的说来，RNA单链的结构类似于DNA单链的结构。RNA是由核苷酸通过共价键连接起来的长链构成。每一个核苷酸依次由一个糖—磷酸的骨架和4个含氮的碱基中的一个组成（图4－2－1）。在核苷酸组成上，RNA和DNA的区别在主要有两方面：①RNA使用的是核糖，然而DNA使用的是脱氧核糖；②在RNA，尿嘧啶碱基（U）取代了DNA的胸腺嘧啶碱基（T）。RNA与DNA中其他3个碱基（A、C和G）是相同的（图4－2－2）。

图4－2－1　RNA的结构

注：RNA分子由核苷酸单链构成，每一个核苷酸由一个磷酸基、一个核糖和一个碱基组成，碱基包括腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G）及尿嘧啶（U）。

图4－2－2　DNA和RNA的组成

表4－2－1　RNA分子类型及其功能