高中生物学中遗传信息的流动浅谈.doc

高中生物学中遗传信息的流动浅谈河南省漯河市第四高级中学曲军峰摘要：遗传信息的流动过程在不同类型的生物中有所不同，本文介绍了真核生物、原核生物、DNA病毒、RNA病毒和朊病毒等生物遗传信息流动的大致过程。关键词：高中生物学 遗传信息 DNA病毒 RNA病毒 逆转录病毒 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 processKeywords: Senior high school biology Genetic information DNA viral RNA virus Retroviruses Prions遗传信息的流动过程，称为信息流，可以用中心法则来表示。1真核生物中遗传信息的流动真核生物中，遗传物质DNA主要分布于细胞核内的染色体上，另外在细胞质中也有少量分布。遗传信息的流动包括DNA的复制、基因的转录和翻译三部分。11真核生物细胞核内遗传信息的流动真核生物中，DNA的复制主要在细胞核内完成。首先在解旋酶的作用下，双链DNA分子碱基对之间的氢键断裂，DNA分子局部解开螺旋，暴露出母链脱氧核苷酸上游离的碱基；然后，周围环境中四种游离的脱氧核苷酸上的碱基与两条单链上的游离的脱氧核苷酸上的碱基之间进行互补配对，通过氢键形成碱基对；接着，在DNA聚合酶的作用下，通过形成磷酸二酯键将游离的脱氧核苷酸聚合为新的多核苷酸链；最后一条新链和对应的母链螺旋形成新的子代DNA分子。通过DNA复制，经过细胞增殖和受精作用，将亲本的遗传物质准确地传递给子代，实现了遗传信息在亲代与子代细胞和个体之间的流动。真核生物的基因转录，也主要在细胞核内进行。首先在解旋酶的作用下，DNA分子局部解开螺旋，然后以基因的无义链为模板，在RNA聚合酶的作用下，消耗周围环境中四种游离的核糖核苷酸，合成一单链RNA，经过加工，形成mRNA、rRNA和tRNA。这样遗传信息就由DNA流动到RNA上。转录产生的mRNA，经核孔由细胞核进入细胞质，与核糖体结合，利用tRNA携带的氨基酸作原料，直接指导核糖体合成多肽，经过加工修饰，形成蛋白质。12真核生物细胞质内遗传信息的流动121 细胞质内叶绿体和线粒体的遗传信息流动叶绿体和线粒体内的DNA分子，均为双链环状DNA分子；两种细胞器内均含有核糖体。复制、转录和翻译所需要的DNA聚合酶和RNA聚合酶等酶来自细胞核内基因的表达，在细胞质内的核糖体上合成后，进入两种细胞器内发挥作用。复制、转录和翻译就在这两种细胞器内进行，由于没有类似于核膜这种结构的限制，因此可以在转录的同时进行翻译。122细胞质内质粒上遗传信息流动细胞质基质中的质粒，也是一个双链环状DNA分子，其复制和转录是在细胞质基质中进行，翻译是在细胞质中的核糖体上进行。因此，真核生物细胞核和细胞质内遗传信息的流动过程，均可用下图1来表示：2原核生物中遗传信息的流动过程原核生物中，遗传信息的流动也包括DNA的复制、基因的转录和翻译三部分。不管是拟核里的DNA分子,还是质粒中的DNA复制过程,遗传信息流动的过程和真核生物基本相同，只是场所均在细胞质内，转录产生的mRNA不需加工便可以直接用于翻译的模板，另外由于没有核膜的限制，可以在转录的同时进行翻译，具有边转录边翻译的特点。原核生物遗传信息的流动过程，也可以用上图1来表示。3DNA病毒的遗传信息流动过程DNA病毒按照遗传物质DNA的类型划分为双股DNA病毒、单股DNA病毒等不同类型。31 双股DNA病毒的遗传信息流动人和动物DNA病毒绝大多数为双股DNA病毒，如疱疹病毒、T4噬菌体、天花病毒等，其DNA复制和基因的转录发生在宿主细胞的细胞核内，翻译则在细胞质中的核糖体上进行。复制按半保留方式进行，以病毒双股DNA分子中的DNA为模板，依靠宿主细胞内的RNA聚合酶，合成mRNA，在宿主细胞的核糖体上合成早期蛋白质（DNA聚合酶）；再以病毒的双股DNA分子为模板，复制出大量的子代病毒双股DNA分子；以病毒双股DNA分子中的DNA为模板，依靠宿主细胞内的RNA聚合酶，合成mRNA，在宿主细胞的核糖体上合成病毒的各种蛋白质。其遗传信息的流动过程也可用上图1来表示。32 单股DNA病毒的遗传信息流动单股DNA病毒种类较少，如猪圆环病毒、鸡贫血病毒等，其DNA复制和基因的转录发生在宿主细胞的细胞核内，翻译则在细胞质中的核糖体上进行。复制按半保留方式进行，以病毒单股DNA分子为模板，合成DNA，和病毒单股DNA螺旋形成DNA；再以DNA为模板，复制出大量的子代病毒单股DNA；以DNA中的DNA为模板，依靠宿主细胞内的RNA聚合酶，合成mRNA，在宿主细胞的核糖体上合成病毒的各种蛋白质。以其遗传信息的流动过程可用下图2来表示：4 RNA病毒中遗传信息的流动过程RNA病毒主要按照遗传物质RNA的类型划分为双股RNA病毒、正链RNA病毒、负链RNA病毒和逆转录病毒等不同类型。41 双股RNA病毒的遗传信息流动常见的双股RNA病毒,如呼肠弧病毒科的蓝舌病毒、轮状病毒等，其遗传物质的复制和转录、翻译均发生在宿主细胞内。侵入宿主细胞后，以病毒RNA为模板合成子代RNA，以病毒RNA为模板合成mRNA并翻译形成病毒蛋白质，进而组装成子代病毒。双股RNA病毒遗传信息的流动过程可以用下图3来表示。42 正链RNA病毒的遗传信息流动脊髓灰质炎病毒就是最为常见的正链RNA病毒，在侵入宿主细胞后，病毒的RNA直接附着于宿主细胞核糖体上，翻译出大分子蛋白，并迅速被蛋白水解酶降解为结构蛋白和非结构蛋白，如RNA聚合酶。在这种酶的作用下，以亲代+RNA为模板形成一双链结构RNA，称“复制型（Replicative form）”。再从互补的RNA复制出多股子代+RNA，这种由一条完整的负链和正在生长中的多股正链组成的结构，秒“复制中间体(Replicative intermediate) ”。新的子代RNA分子在复制环中有三种功能：（1）为进一步合成复制型起模板作用；（2）继续起mRNA作用；（3）构成感染性病毒RNA。正链RNA病毒的遗传信息流动过程可以用下图4来表示。43 负链RNA病毒的遗传信息流动流感病毒、副流感病毒、狂犬病毒和腮腺炎病毒等有囊膜病毒属于这一范畴。病毒体中含有RNA聚合酶，从侵入的RNA转录出mRNA，翻译出病毒结构蛋白和酶，同时该mRNA又可做为模板，在RNA聚合酶作用下合成子代负链RNA。 负链RNA病毒的遗传信息流动过程可以用下图5来表示。44 逆转录病毒的遗传信息流动逆转录病毒含有单股正链RNA、逆转录酶和tRNA。首先，病毒+RNA进入细胞质后，以+RNA为模板，在逆转录酶等的作用下，合成DNA，形成+RNA-DNA复合体，+RNA被降解，进而以DNA为模板形成DNA，转入细胞核内，整合到宿主DNA中，成为前病毒。然后，以前病毒DNA转录出病毒mRNA，翻译出病毒蛋白质。同样从前病毒DNA转录出病毒RNA，在细胞质内装配，最后释放出宿主细胞。逆转录病毒的遗传信息流动过程可用下图6来表示。5朊病毒的遗传信息流动由于朊病毒是一种只含有蛋白质而不含核酸的生物并且只能在宿主细胞内生存,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，它是由宿主染色体基因编码的。人的朊病毒蛋白基因定位于20 号染色体短臂上，小鼠的朊病毒蛋白基因位于第2号染色体短臂上。朊病毒的作用，仅在于激活在宿主细胞中为朊病毒的编码的基因，使得朊病毒得以复制繁殖。 因此，朊病毒遗传信息的流动过程可用下图7来表示。