【基因表达与性状的关系】
基因是生物体内控制性状的基本单位,它们通过特定的机制影响生物体的各种特征。基因表达是指基因的信息被转化为具有功能的蛋白质或RNA分子的过程,这个过程是生物体内性状形成的关键步骤。
1. **基因通过酶的调控影响性状**:
基因可以编码酶,这些酶参与生物体内的代谢反应。例如,豌豆的圆粒和皱粒性状差异就是由于控制淀粉合成酶的基因表达差异导致的。圆粒豌豆的淀粉合成酶活性高,使得种子在成熟时积累更多的淀粉,形成饱满的外观;而皱粒豌豆的相关酶活性较低,淀粉积累不足,种子显得干瘪。
2. **基因直接控制蛋白质结构决定性状**:
有些基因直接编码构成生物体结构的蛋白质,如囊性纤维化病是由编码跨膜蛋白CFTR的基因突变导致的,而镰刀型细胞贫血症则是由于编码血红蛋白的基因突变引起。蛋白质的结构变化直接影响了其功能,从而导致相应的疾病性状。
3. **基因选择性表达与细胞分化**:
细胞分化是基因选择性表达的结果。在特定的细胞类型中,只有某些基因会被激活并表达,产生特异性的蛋白质,这使得不同类型的细胞具有不同的功能和形态。
4. **表观遗传**:
表观遗传是指生物体基因的碱基序列不变,但基因表达和表型可遗传变化的现象。例如,水毛茛的叶型会根据是否浸在水中而改变,这反映了环境对基因表达的影响,而不涉及DNA序列本身的改变。
5. **基因、蛋白质与性状的关系**:
性状是由基因通过DNA指导RNA合成,再由RNA指导蛋白质合成的过程(即中心法则)来控制的。RNA包括mRNA、tRNA和rRNA,其中mRNA携带遗传信息并指导蛋白质合成,tRNA负责搬运氨基酸到核糖体,rRNA则构成核糖体的基础结构。基因可以通过控制mRNA的合成间接影响蛋白质的结构和功能,从而影响性状。
6. **基因表达过程**:
DNA复制时,模板链的碱基顺序是反向互补的,所以若DNA的一条链为—T—C—A—G—A—C—C—T—G—,则对应链的顺序为—A—G—T—C—T—G—G—A—C—。转录形成的mRNA顺序应为—U—G—C—A—U—G—G—U—A—C—,含有3个密码子,每个密码子对应一个氨基酸,因此需要3个tRNA。tRNA上的反密码子分别与mRNA的密码子配对,如UAG对应AUC,UGG对应ACU,UAC对应GAU。根据遗传密码,这段mRNA对应的氨基酸序列可能是酪氨酸-谷氨酰胺-天冬氨酸。
7. **基因、蛋白质与性状的比喻**:
将基因比作导演,蛋白质比作演员,性状比作演员的表演作品,这个比喻是有道理的。基因决定了哪些蛋白质需要被制造,何时和在哪里制造,就像导演决定剧本和演出计划。蛋白质作为基因的产物,执行基因指定的功能,如同演员在舞台上表演。而性状是这些功能的外在表现,就像演员的表演作品,是观众看到的结果。因此,基因通过调控蛋白质的表达和功能,进而塑造生物体的各种性状。