基因是生物儲存遺傳資料的地方,它可以控制身體各個部份的活動、發展和特徵。
儲存在細胞核中的基因,是如何能控制到身體的眾多活動、發展和特徵呢?原來生命體眾多的生化活動,皆是由蛋白質所控制和調節,蛋白質能形成酶 (enzyme),是生化活動的重要催化物質,也可作為激素、膜蛋白、結構性蛋白等,而基因正正儲存了所有蛋白質產生的資料,進而決定了生物的身體特徵。
例如人類皮膚的膚色,是由一種叫黑素的物質所決定,而黑素的產生則需要相關的酶去催化。若基因中缺陷了該種酶的資料,那個人的皮膚就會因缺乏黑素而顯得非常白,即白化症。
由 DNA 上的基因到蛋白質
酶分子把有機分子分解
正常膚色與白化症患者 (右) 膚色
讓我們重溫蛋白質的結構吧!
生物製造的蛋白質種類極為繁多,例如酶、激素和結構性蛋白等。構成蛋白質的基本單位是氨基酸,細胞內有20種用於合成蛋白質的氨基酸,它們之間以肽鍵連接。每種蛋白質的氨基酸排列次序都是獨特的。
蛋白質由氨基酸構成: 多個氨基酸連接在一起時,便形成多肽。蛋白質由一條或多條多肽組成
在上一課我們認識了 DNA 分子含有鹼基,而這些鹼基次序就是 DNA 儲存的密碼。
每條染色體的 DNA 分子都擁有雙螺旋結構,其中包括兩條 DNA 鏈。其中一條 DNA 鏈的鹼基次序儲存著產生特定蛋白質的指令:它能解碼出某種蛋白質所含的氨基酸成份和排序。
DNA 鏈的鹼基次序能解碼出特定蛋白質的氨基酸排序
DNA 分子中,每連續三個鹼基會組成一個密碼子,代表著一個氨基酸。由於有四種不同的鹼基 (A、T、C 和 G),DNA 上的鹼基排列就像一種由四個字母組成的語言,這套遺傳密碼系統稱為三聯體密碼。
三聯體密碼是全適的,即三個指定的鹼基排列,幾乎所有生物中都能被解讀為相同的氨基酸 (例如 CCA 在任何生物中都被解讀為脯氨酸)。三聯體密碼也被形容為「簡併」,因為一個氨基酸可以有多過一個密碼子作代表。
三聯體密碼除了代表指定的氨基酸,也有部份的組合代表「起始信號」,代表一個基因的開始;而有部份的組合則代表「終止信號」,代表一個基因的結尾。
例如 TAC 是「起始信號」,而 ATT、ATC、ACT 則是「終止信號」。
解讀鹼基所代表的氨基酸
DNA 中的三聯體密碼如何指示細胞產生蛋白質呢?
蛋白質的生產地方在細胞質內的核糖體。由於 DNA 分子太大,不能離開細胞核的範圍,因此 DNA 把部份資料拷貝為較小的核酸分子,稱為信使 RNA (mRNA),其中包含了所產生蛋白質的相關資訊。這個過程稱為「轉錄作用」。
接著 mRNA 會穿過核孔離開細胞核,進入細胞質中的核糖體。核糖體會根據 mRNA 上的資料,產生多肽,這就是蛋白質的雛型,這個過程稱為「轉譯作用」。
蛋白質的產生