摘要：遺傳信息的流動過程在不同類型的生物中有所不同，本文介紹了真核生物、原核生物、DNA病毒、RNA病毒和朊病毒等生物遺傳信息流動的大致過程。
關(guān)鍵詞：高中生物學(xué) 遺傳信息 DNA病毒 RNA病毒 逆轉(zhuǎn)錄病毒 朊病毒
Abstract: Genetic information transfer process in different types of different organisms in the paper introduces prokaryotes and eukaryotes, DNA virus, RNA virus and other biological prions genetic information flow of general process．
Keywords: Senior high school biology Genetic information DNA viral RNA virus Retroviruses Prions
遺傳信息的流動過程，稱為信息流，可以用中心法則來表示。
1．真核生物中遺傳信息的流動
真核生物中，遺傳物質(zhì)DNA主要分布于細(xì)胞核內(nèi)的染色體上，另外在細(xì)胞質(zhì)中也有少量分布。遺傳信息的流動包括DNA的復(fù)制、基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯三部分。
1．1真核生物細(xì)胞核內(nèi)遺傳信息的流動
真核生物中，DNA的復(fù)制主要在細(xì)胞核內(nèi)完成。首先在解旋酶的作用下，雙鏈DNA分子堿基對之間的氫鍵斷裂，DNA分子局部解開螺旋，暴露出母鏈脫氧核苷酸上游離的堿基；然后，周圍環(huán)境中四種游離的脫氧核苷酸上的堿基與兩條單鏈上的游離的脫氧核苷酸上的堿基之間進(jìn)行互補配對，通過氫鍵形成堿基對；接著，在DNA聚合酶的作用下，通過形成磷酸二酯鍵將游離的脫氧核苷酸聚合為新的多核苷酸鏈；最后一條新鏈和對應(yīng)的母鏈螺旋形成新的子代DNA分子。通過DNA復(fù)制，經(jīng)過細(xì)胞增殖和受精作用，將親本的遺傳物質(zhì)準(zhǔn)確地傳遞給子代，實現(xiàn)了遺傳信息在親代與子代細(xì)胞和個體之間的流動。
真核生物的基因轉(zhuǎn)錄，也主要在細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行。首先在解旋酶的作用下，DNA分子局
部解開螺旋，然后以基因的無義鏈為模板，在RNA聚合酶的作用下，消耗周圍環(huán)境中四種游離的核糖核苷酸，合成一單鏈RNA，經(jīng)過加工，形成mRNA、rRNA和tRNA。這樣遺傳信息就由DNA流動到RNA上。
轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA，經(jīng)核孔由細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，與核糖體結(jié)合，利用tRNA攜帶的氨
基酸作原料，直接指導(dǎo)核糖體合成多肽，經(jīng)過加工修飾，形成蛋白質(zhì)。
1．2真核生物細(xì)胞質(zhì)內(nèi)遺傳信息的流動
1．2．1 細(xì)胞質(zhì)內(nèi)葉綠體和線粒體的遺傳信息流動
葉綠體和線粒體內(nèi)的DNA分子，均為雙鏈環(huán)狀DNA分子；兩種細(xì)胞器內(nèi)均含有核糖體。復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯所需要的DNA聚合酶和RNA聚合酶等酶來自細(xì)胞核內(nèi)基因的表達(dá)，在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的核糖體上合成后，進(jìn)入兩種細(xì)胞器內(nèi)發(fā)揮作用。復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯就在這兩種細(xì)胞器內(nèi)進(jìn)行，由于沒有類似于核膜這種結(jié)構(gòu)的限制，因此可以在轉(zhuǎn)錄的同時進(jìn)行翻譯。
1．2．2細(xì)胞質(zhì)內(nèi)質(zhì)粒上遺傳信息流動
細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的質(zhì)粒，也是一個雙鏈環(huán)狀DNA分子，其復(fù)制和轉(zhuǎn)錄是在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中進(jìn)行，翻譯是在細(xì)胞質(zhì)中的核糖體上進(jìn)行。
因此，真核生物細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)內(nèi)遺傳信息的流動過程，均可用下圖1來表示：
2．原核生物中遺傳信息的流動過程
原核生物中，遺傳信息的流動也包括DNA的復(fù)制、基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯三部分。不管是擬核里的DNA分子,還是質(zhì)粒中的DNA復(fù)制過程,遺傳信息流動的過程和真核生物基本相同，只是場所均在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA不需加工便可以直接用于翻譯的模板，另外由于沒有核膜的限制，可以在轉(zhuǎn)錄的同時進(jìn)行翻譯，具有邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯的特點。
原核生物遺傳信息的流動過程，也可以用上圖1來表示。
3．DNA病毒的遺傳信息流動過程
DNA病毒按照遺傳物質(zhì)DNA的類型劃分為雙股DNA病毒、單股DNA病毒等不同類型。
3．1 雙股DNA病毒的遺傳信息流動
人和動物DNA病毒絕大多數(shù)為雙股DNA病毒，如皰疹病毒、T4噬菌體、天花病毒等，其DNA復(fù)制和基因的轉(zhuǎn)錄發(fā)生在宿主細(xì)胞的細(xì)胞核內(nèi)，翻譯則在細(xì)胞質(zhì)中的核糖體上進(jìn)行。復(fù)制按半保留方式進(jìn)行，以病毒雙股DNA分子中的－DNA為模板，依靠宿主細(xì)胞內(nèi)的RNA聚合酶，合成mRNA，在宿主細(xì)胞的核糖體上合成早期蛋白質(zhì)（DNA聚合酶）；再以病毒的雙股DNA分子為模板，復(fù)制出大量的子代病毒雙股DNA分子；以病毒雙股DNA分子中的－DNA為模板，依靠宿主細(xì)胞內(nèi)的RNA聚合酶，合成mRNA，在宿主細(xì)胞的核糖體上合成病毒的各種蛋白質(zhì)。其遺傳信息的流動過程也可用上圖1來表示。
3．2 單股DNA病毒的遺傳信息流動
單股DNA病毒種類較少，如豬圓環(huán)病毒、雞貧血病毒等，其DNA復(fù)制和基因的轉(zhuǎn)錄發(fā)生在宿主細(xì)胞的細(xì)胞核內(nèi)，翻譯則在細(xì)胞質(zhì)中的核糖體上進(jìn)行。復(fù)制按半保留方式進(jìn)行，以病毒單股DNA分子為模板，合成－DNA，和病毒單股DNA螺旋形成±DNA；再以－DNA為模板，復(fù)制出大量的子代病毒單股DNA；以±DNA中的－DNA為模板，依靠宿主細(xì)胞內(nèi)的RNA聚合酶，合成mRNA，在宿主細(xì)胞的核糖體上合成病毒的各種蛋白質(zhì)。以其遺傳信息的流動過程可用下圖2來表示：
4． RNA病毒中遺傳信息的流動過程
RNA病毒主要按照遺傳物質(zhì)RNA的類型劃分為雙股RNA病毒、正鏈RNA病毒、負(fù)鏈RNA病毒和逆轉(zhuǎn)錄病毒等不同類型。
4．1 雙股RNA病毒的遺傳信息流動
常見的雙股RNA病毒,如呼腸弧病毒科的藍(lán)舌病毒、輪狀病毒等，其遺傳物質(zhì)的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄、翻譯均發(fā)生在宿主細(xì)胞內(nèi)。侵入宿主細(xì)胞后，以病毒RNA為模板合成子代RNA，以病毒－RNA為模板合成mRNA并翻譯形成病毒蛋白質(zhì)，進(jìn)而組裝成子代病毒。雙股RNA病毒遺傳信息的流動過程可以用下圖3來表示。
4．2 正鏈RNA病毒的遺傳信息流動
脊髓灰質(zhì)炎病毒就是最為常見的正鏈RNA病毒，在侵入宿主細(xì)胞后，病毒的＋RNA直接附著于宿主細(xì)胞核糖體上，翻譯出大分子蛋白，并迅速被蛋白水解酶降解為結(jié)構(gòu)蛋白和非結(jié)構(gòu)蛋白，如RNA聚合酶。在這種酶的作用下，以親代+RNA為模板形成一雙鏈結(jié)構(gòu)±RNA，稱“復(fù)制型（Replicative form）”。再從互補的－RNA復(fù)制出多股子代+RNA，這種由一條完整的負(fù)鏈和正在生長中的多股正鏈組成的結(jié)構(gòu)，秒“復(fù)制中間體(Replicative intermediate) ”。新的子代RNA分子在復(fù)制環(huán)中有三種功能：（1）為進(jìn)一步合成復(fù)制型起模板作用；（2）繼續(xù)起mRNA作用；（3）構(gòu)成感染性病毒RNA。正鏈RNA病毒的遺傳信息流動過程可以用下圖4來表示。
4．3 負(fù)鏈RNA病毒的遺傳信息流動
流感病毒、副流感病毒、狂犬病毒和腮腺炎病毒等有囊膜病毒屬于這一范疇。病毒體中含有RNA聚合酶，從侵入的－RNA轉(zhuǎn)錄出mRNA，翻譯出病毒結(jié)構(gòu)蛋白和酶，同時該mRNA又可做為模板，在RNA聚合酶作用下合成子代負(fù)鏈RNA。 負(fù)鏈RNA病毒的遺傳信息流動過程可以用下圖5來表示。
4．4 逆轉(zhuǎn)錄病毒的遺傳信息流動
逆轉(zhuǎn)錄病毒含有單股正鏈RNA、逆轉(zhuǎn)錄酶和tRNA。首先，病毒+RNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后，以+RNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶等的作用下，合成－DNA，形成+RNA-－DNA復(fù)合體，+RNA被降解，進(jìn)而以－DNA為模板形成±DNA，轉(zhuǎn)入細(xì)胞核內(nèi)，整合到宿主DNA中，成為前病毒。然后，以前病毒DNA轉(zhuǎn)錄出病毒mRNA，翻譯出病毒蛋白質(zhì)。同樣從前病毒DNA轉(zhuǎn)錄出病毒RNA，在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)裝配，最后釋放出宿主細(xì)胞。逆轉(zhuǎn)錄病毒的遺傳信息流動過程可用下圖6來表示。
5．朊病毒的遺傳信息流動
由于朊病毒是一種只含有蛋白質(zhì)而不含核酸的生物并且只能在宿主細(xì)胞內(nèi)生存,因此，朊病毒的增殖不同于病毒普遍的增殖方式；
朊病毒本身并不含有核酸，它是由宿主染色體基因編碼的。人的朊病毒蛋白基因定位于20 號染色體短臂上，小鼠的朊病毒蛋白基因位于第2號染色體短臂上。
朊病毒的作用，僅在于激活在宿主細(xì)胞中為朊病毒的編碼的基因，使得朊病毒得以復(fù)制繁殖。
因此，朊病毒遺傳信息的流動過程可用下圖7來表示。
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