蛋白質合成過程中基因的控制指導作用研究

陳子墨

摘 要：基因是具有遺傳效應的DNA片段，基因通過指導蛋白質的合成直接或間接的體現其遺傳效應，其性狀是通過蛋白質體現的，因此基因的控制和指導作用對蛋白質的合成起關鍵作用。本文通過對基因的涵義闡述，分析了遺傳信息轉錄和翻譯的過程，明確了基因在這些過程中的重要作用和意義。

關鍵詞：蛋白質 蛋白質合成 基因

生物的性狀時通過基因來表達的，基因表達模型主要有兩個部分構成，分別是DNA轉錄mRNA和遺傳信息的翻譯。在基因的表達過程模型中，會將遺傳信息轉錄到mRNA，然后tRNA與特定的氨基酸配對，結合生成蛋白質。在這個過程中，基因的作用是不可忽視的，沒有基因的控制，蛋白質的合成就無從談起，也不會進行。

一、基因的概述

1.基因的解釋

在高中生物中，關于基因的定義如下：基因是具有遺傳效應的DNA片段。所以說，基因是高中生物的核心知識，在遺傳學中知識體系中處于關鍵地位。基因的本質是體現遺傳物質的結構。基因在生物染色體上呈現出線性的獨特排列方式，隱含著獨有的遺傳信息。我們通常所說的DNA分子，其實也就是若干個基因組合在一起而形成的。基因的基本單位是脫氧核苷酸，其排列順序的特殊性決定了生物性狀的特定性。

2.基因的特點

基因最顯著的特點就是精準復制，這也是遺傳物質的共性。基因具有存儲遺傳信息的巨大潛力，其穩定的結構能保證在遺傳過程中保留生物的基本性狀。

基因也具有異變的可能。在特定的環境條件干預下，基因可能發生半保留式的機理復制，也就無能精準指導蛋白質的合成，進而生成正確的蛋白質。

3.基因的功能

基因可以控制生物形狀、結構和功能。在生物繁衍和培育的過程中，DNA的復制可以將遺傳特征傳遞下去，保持個體發育過程中可以將遺傳信息表達出來。每一個遺傳性狀是獨一無二的，而DNA的數量是有限的。所以每個DNA分子上都有多種遺傳性狀。每個遺傳性狀都占據了DNA分子的一部分片段，在這個功能區內，可以分別完成對生物不同性狀的控制和遺傳信息的復制。每一個功能片段，都是一個獨立基因的控制作用體現。

二、蛋白質合成

1.蛋白質合成

蛋白質合成是基因表達模型的第二步，就是將遺傳信息合成具有特殊功能的蛋白質的過程，也是改變信使核苷酸的堿基排列順序，使其轉變為氨基酸排列順序的過程。

2.蛋白質的合成

在合成多肽鏈之前，氨基酸要被活化，活化后的氨基酸參與肽鏈合成的起始，并逐漸進行進位、轉肽、移位，多肽鏈逐步延長。之后經過肽鏈終止和釋放、以及在生物調控在加工修飾，將蛋白質靶向輸送到各功能場所。

3.蛋白質合成模板

依靠于遺傳密碼，蛋白質完成了翻譯遺傳信息的合成模板構建。遺傳密碼具有方向性、連續性、簡并性、通用性、擺動性的特點。密碼子及其堿基都是連續排列且具有方向性的，每種密碼子對應一個終止信息，不能重復翻譯。

三、基因在蛋白質合成中的控制指導作用

1.基因在蛋白質合成中的信息指導傳遞

從存在場所看，基因存在于細胞核中，蛋白質存在于核糖體上，也就是細胞質上。基因不可能直接出來作用于核糖體上傳遞信息。中間就需要一個媒介去承載和傳遞遺傳信息，這個媒介就是mRNA。在細胞核內，DNA鏈作為模板，RNA聚合酶與轉錄因子配對合成新的mRNA，這就是堿基配對將遺傳信息轉錄的過程。

在指導蛋白質合成的過程之中，基因的轉錄氛圍起始、延伸、終止三個過程。在轉錄因子的作用下，模板DNA的雙鏈解旋開來形成單鏈，堿基互補配對啟動轉錄過程，并不斷從3端到5端向后延伸移動，當轉錄終止后，RNA聚合酶從DNA模板上脫離開來，DNA重新恢復雙螺旋結構，新的mRNA形成并錄入需要表達的遺傳信息。

2.基因在蛋白質合成中的翻譯控制

蛋白質的合成就是氨基酸的序列排序，也就是把mRNA中的堿基序列按照基因的信息表達翻譯過來。整個翻譯過程中，是受基因的間接控制的。在核糖體上進行翻譯過程即蛋白質的合成過程。在過程中，mRNA上的遺傳信息被翻譯成密碼子，然后和tRNA上的反密碼子互補配對，結合生成不同序列、特定功能的多肽鏈。

（1）核糖體的功能區位作用

在核糖體內，tRNA有三個唯一識別的結合位點，兩個專一識別的活性部位。氨酰基位點，又稱A位。主要負責接受氨酰——tRNA。與之相鄰的是P位，是肽酰基位點。tRNA空載時負責釋放和接受的位點是E位。催化氨基和肽鏈之間形成肽鍵并延伸的是轉肽酶T位。把肽鏈從P位轉向A位的是G位，又稱移位酶位。

（2）對tRNA的指導翻譯作用

tRNA為倒L形的三維結構。在鏈的一段存在三個堿基，也就是統稱的反密碼子，另外一端是復合物氨基酸。在蛋白質合成過程中，反密碼子可以高度識別密碼子，配對后將其攜帶的高度專一的氨基酸運轉到核糖體上，最終合成肽鏈，生成蛋白質。雖然tRNA有很多，但是每一種tRNA運轉的氨基酸都是唯一的。具體作用和過程如下：

mRNA進入細胞質同核糖體結合后，tRNA的反密碼子識別mRNA的ACG后，自動互補并進入功能P位。一次可以有兩個密碼子進入核糖體內。

第二個進入核糖體的mRNA進入A位，進行堿基互補結合。在G位移位酶的作用下，P位的氨基酸被移到前面。同時在T位轉肽酶的作用下，新的二肽tRNA形成。核糖體不斷的沿著mRNA向前延伸，在P位，空載狀態下的tRNA被E位點所接受，然后將其轉移出核糖體。與此同時，新的tRNA進入核糖體P位，新生成的二肽tRNA再次向前移動至A位，又有新的三肽生產。如此不斷的往復向前，最終使mRNA對應的遺傳信息，逐步轉變為相應的氨基酸排列。

UGA、UAG、UAA是mRNA的終止密碼，當它們出現時，預示著肽鏈合成的終止，也就不會有tRNA轉運氨基酸進入核糖體內。在終止密碼的抑制作用下，新生成的多肽鏈被水解后釋放出核糖體。經過這樣不斷的循環，基因中的遺傳信息不斷被翻譯成具有特定生物活性的蛋白質。

總而言之，基因對蛋白質的合成起指導調控的作用。正是因為有了蛋白質才能體現出生物的性狀，正是因為有了基因的指導調控作用，才能實現生物基因的表達。對于蛋白質合成過程中基因的角色地位的分析研究，不僅僅能系統的加深對高中生物核心知識的掌握，幫助樹立正確的解題思想，而且可以有效銜接各章節知識、做到點面結合，構建完善的知識體系，有效提升學習效率和質量。