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细胞如何工作

作者:马歇尔·布莱恩

大问题

基因由启动子、酶的密码子和终止密码子组成。上面显示了两个基因。大肠杆菌中的长链DNA编码约4000个基因,这些基因在任何时候都会在大肠杆菌细胞的细胞质中指定约1000种酶。许多基因是重复的。
基因由启动子、酶的密码子和终止密码子组成。上面显示了两个基因。大肠杆菌中的长链DNA编码约4000个基因,这些基因在任何时候都会在大肠杆菌细胞的细胞质中指定约1000种酶。许多基因是重复的。

你可能还记得上一节提到,酶是由20种不同的氨基酸按特定顺序排列而成的。因此,问题是:你如何从仅由4个核苷酸组成的DNA中获得一种含有20种不同氨基酸的酶?这个问题有两个答案:

  1. 一种非常复杂和神奇的酶叫做核糖体读取由DNA产生的信使RNA,并将其转化为氨基酸链。
  2. 为了选择正确的氨基酸,核糖体以三个核苷酸为一组对20个氨基酸进行编码。

这意味着DNA链中每三个碱基对编码一种酶中的一种氨基酸。因此,DNA链上一排三个核苷酸被称为a密码子因为DNA由四个不同的碱基组成,一个密码子有三个碱基,而且因为4*4*4=64,一个密码子有64种可能的模式。因为只有20种可能的氨基酸,这意味着有一些冗余——几个不同的密码子可以为同一个氨基酸编码。此外,还有终止密码子这标志着基因的末端。因此,在DNA链中,有一组100到1000个密码子(300到3000个碱基)指定形成特定酶的氨基酸,然后是一个终止密码子来标记链的末端。链的开头是一段碱基,称为发起人因此,基因由一个启动子、一组特定酶中氨基酸的密码子和一个终止密码子组成。这就是基因的全部功能。

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要产生一种酶,细胞必须首先抄写DNA中的基因进入信使RNA.转录是由一种叫做RNA聚合酶。RNA聚合酶与启动子处的DNA链结合,将两条DNA链解链,然后将其中一条DNA链的互补副本复制成RNA链。RNA,或核糖核酸,与DNA非常相似,只是它乐于生活在单链状态(与DNA希望形成互补的双链螺旋相反)。因此RNA聚合酶的工作是将DNA中的基因复制成信使RNA(mRNA)的单链。

信使核糖核酸链然后漂浮到核糖体,可能是自然界中最神奇的酶。核糖体查看信使RNA链中的第一个密码子,找到该密码子的正确氨基酸,握住它,然后查看下一个密码子,找到正确的氨基酸,将其缝合到第一个氨基酸上,然后找到第三个密码子,依此类推。换句话说,核糖体读取密码子将其转化为氨基酸并将氨基酸缝合在一起形成一条长链。当它到达最后一个密码子——终止密码子时,核糖体释放该链。氨基酸长链当然是一种酶。它折叠成其特有的形状,自由漂浮,并开始执行酶执行的任何反应。