从基因到蛋白质

基因中储存的信息通过两个步骤表达：转录将DNA复制成RNA，而翻译则以三碱基密码子的形式读取RNA以组装蛋白质。

Definition

基因表达是将基因的核苷酸序列转录成RNA，对于蛋白质编码基因，再翻译成由信使RNA中密码子指定的氨基酸序列的多肽的过程。

Scope

本主题涵盖转录和信使RNA的合成，真核生物中RNA的加工，包括剪接、加帽和聚腺苷酸化，遗传密码的三联体密码子结构及其近乎普遍性，转运RNA和核糖体在翻译中的作用，以及多肽合成的各个阶段。它追溯了典型的基因表达途径；基因何时以及表达多少的调控将在基因调控中阐述。

Core questions

• RNA聚合酶如何转录基因，以及转录本在真核生物中如何加工？
• 遗传密码的哪些特性使得六十四个密码子能够指定二十种氨基酸和终止信号？
• 转运RNA和核糖体如何将密码子序列翻译成蛋白质？
• 为什么遗传密码被描述为简并且近乎普遍？

Key concepts

• 转录和信使RNA
• RNA加工：剪接、加帽、聚腺苷酸化
• 三联体遗传密码和密码子-反密码子配对
• 转运RNA、核糖体和翻译
• 密码子的简并性和近乎普遍性

Mechanisms

RNA聚合酶合成模板链的互补RNA拷贝；在真核生物中，初级转录本会进行加帽、剪接以去除内含子，并进行聚腺苷酸化；成熟的信使RNA随后在核糖体上逐个密码子被读取，转运RNA通过反密码子配对将与每个密码子匹配的氨基酸递送，从而从起始密码子到终止密码子构建多肽。

Clinical relevance

理解表达有助于解释编码区和剪接位点突变如何导致疾病，是信使RNA疫苗和反义疗法的基础，并为解释给定序列变化如何改变蛋白质产物提供了依据。

History

克里克在1950年代后期阐明了衔接子假说和中心法则，尼伦伯格和科拉纳在1960年代早期通过将密码子分配给氨基酸来破解遗传密码，1977年发现的断裂基因和RNA剪接为真核生物增加了一个独特的加工步骤。

Key figures

• Francis Crick
• Marshall Nirenberg
• Har Gobind Khorana
• Sydney Brenner

Seminal works

• crick1958

Frequently asked questions

遗传密码的简并性意味着什么？

这意味着大多数氨基酸由不止一个密码子指定，因此几个不同的三联体可以编码相同的氨基酸；这种冗余缓冲了许多单碱基变化，使其不会改变蛋白质。

转录和翻译之间有什么区别？

转录将基因的DNA复制成互补的RNA分子，而翻译则以该RNA为模板，在核糖体上以三核苷酸密码子的形式读取序列，从而组装蛋白质。