轉錄與轉譯 Transcription and Translation 摘要

探索生命《生物學》87

1.        根據「1基因－1酵素假說 one gene-one enzyme hypothesis」，每一個基因指揮一種酵素的合成，酵素的功能是控制細胞的化學反應；細胞的化學反應決定細胞的顯性特徵。

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2.        因為有些蛋白質是由2種或更多種不同的多胜肽鏈組成，每一種多胜肽鏈有自己的基因，因此這個假說被修正為「1個基因－1個多胜肽鏈假說one gene-one polypetide hypothesis 」。

3.        DNA上的鹼基序列決定要合成的蛋白質的胺基酸序列。轉錄期間，RNA多聚體與DNA上的啟動子結合，將DNA的雙股核甘酸的部分段落拉直分開，其中一股核甘酸作為模版，用來合成單股的訊息RNA（mRNA）；然後，mRNA離開染色體，移到細胞質，在那裡mRNA與核醣體結合。

4.        真核細胞的mRNA在離開細胞核前必須先進行加工；非編碼的核甘酸序列「內插子introns」必須剪輯去掉，然後頭端戴上修飾過的鳥糞嘌呤的頭套，尾部套上腺嘌呤的尾巴。剪輯之後只保留編碼的核甘酸序列「外顯子exons」。

5.        訊息mRNA載運蛋白質合成的資訊，但是這些資訊必須經由轉譯translation程序，才能轉換成胺基酸序列。RNA上的編碼單位是以3個核甘酸為一組的密碼子codon，每個密碼子代表某一種胺基酸。各種生物都使用一樣的基因密碼語言。

6.        在轉譯階段，細胞質的傳遞RNAs（tRNA）攜帶胺基酸到核醣體，這時核醣體正沿著mRNA鏈移動解讀。每一種tRNA都有特定攜帶的一個胺基酸。

7.        每個tRNA與mRNA的連接點是，mRNA的三聯碼triplet對上tRNA的反密碼anticodon；這樣就可以沿著mRNA的順序一一排上tRNA，自然地，tRNA攜帶的胺基酸，也會順著mRNA的順序排列起來，連接成多胜肽鏈。當核醣體抵達mRNA的終止密碼，它就會釋出完整的多胜肽鏈。

8.        突變是因為DNA序列的鹼基改變，導致DNA內容改變。突變包括許多種類：增加型突變、刪除型突變、鹼基置換突變（點突變）。大部分的突變都可以被細胞偵測到，並且修正。增加型突變和刪除型突變會造成一長串的基因都被錯誤解讀（移碼突變frameshift mutation），因此是最嚴重的突變。

9.        高能量的電磁輻射和許多種化學物質都會導致基因突變。造成基因突變的化學物質經常也有致癌性。

10.     細胞質的胞器「葉綠體」和「粒腺體」，用自己的DNA複製自己，不需要靠細胞核內的DNA。「葉綠體」和「粒腺體」這些胞器的DNA通常是環狀的，沒有像細胞核內的DNA那樣綁在核小體上；它們轉錄與轉譯DNA的方式類似原核細胞的方式。

n   翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton 《Biology》

突變因子是常見的致癌因素 Mutagenic Agents Are Common Causes of Cancer

探索生命《生物學》86

1.        高能量的電磁輻射，包括紫外線、X光這類游離輻射、宇宙線、放射性物質釋放的射線，都會造成基因突變。此外，有許多種化學物質也會引起基因突變。

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2.        正常的情況下，基因的自發性突變機率是每複製10⁶到10⁸次會發生1次突變，如果細胞暴露在突變因子之下，突變的機率就會大大增加。

3.        游離輻射，有時候會引起DNA的鹼基被取代，而發生簡單的突變，大部分的時候，游離輻射會造成基因被大量刪除，這可能是因為高能量的粒子碰撞DNA，造成DNA分子斷裂。

4.        輻射的破壞性，也可能用來摧毀癌細胞，但是很不幸地，也同時摧毀了正常組織。 

5.        有些化學物質造成突變的原因是，這些化學物質直接將DNA上正常的鹼基，轉換成其他鹼基。舉例來說，亞硝酸(HNO2)，是香菸的主要成分，亞硝酸是很有力的突變因子，它會將DNA的胞嘧啶轉換成尿嘧啶。

6.        其他的化學突變因子尚有鹼基類似物base analogs，因為結構類似正常的核甘酸鹼基，所以他們跑進DNA裡面取代正常的鹼基。

7.        例如，5-溴尿嘧啶5-bromouracil就是胸腺嘧啶thymine的類似物。如果有一股DNA上有1個5-溴尿嘧啶，取代了胸腺嘧啶，它在複製的時候就會出錯。

8.        突變的DNA，身體機制大部分都能偵測出來，並且在這些突變基因發作之前修正成正確的基因，但是如果細胞裡面到處都是5-溴尿嘧啶5-bromouracil，超過修復酵素所能負擔，很可能就沒辦法修復了。

9.        治療癌症時，用化療迅速殺掉腫瘤細胞的策略正是如此。不過化療會有些副作用，有些身體正常的細胞，例如頭髮與消化道的細胞，也會被殺掉；這就是病患在化療過程中發生掉髮與消化系統疾病的原因。

10.     豐富的證據指出會誘發突變的化學物質具有致癌性，造成基因突變化學物質是潛在的致癌因子。超過95%的致癌物是突變因子。香菸的焦油具有高度的突變性與致癌性。

11.     突變性與致癌性之間有高度的關連，由此可見，許多體細胞的癌細胞導因於突變。

12.     DNA的改變不僅會對精卵細胞十分重要，影響後代的特徵，也對身體的細胞至關重大，基因突變會破壞細胞的新陳代謝或成長，造成癌症和細胞變性。

13.     鑑定物質的突變性與致癌性之間關連，常用的方法是艾姆氏測試法Ames test；各種化學物質，例如環境污染物、工業生產過程使用的試劑、新藥、食品添加物，都可使用艾姆氏測試法篩選是否具有潛在的致癌性。

14.     艾姆氏測試法：將想要測試的化合物加入特殊的細菌群，使細菌與化學物質在缺乏必須胺基酸的介質中生長，有些細菌細胞會發生突變，突變後的細菌細胞，能夠在缺乏必須胺基酸的環境中生長；由於這些細菌的突變率增加率高於正常標準，因此可用來預測該化學物質的致癌率。

什麼是基因呢？What, Then, Is a Gene？

15.     到了1902年，科學界已經普遍接受細胞內有遺傳因子的存在，1911年丹麥植物學家Wilhelm Johannsen首先將染色體的遺傳因子稱為基因genes。依據Beadle-Tatum的定義，基因是沿著一條多胜肽鍊編碼的一長串DNA。

16.     細菌（原核細胞）的平均基因長度大約是1000個核甘酸鹼基。真核細胞的基因長度比較長，大約1500到2,000,000鹼基對，這麼長的原因是大部分真核細胞有用的基因是散佈在DNA分子鍊的不同區域，這些有用的基因之間有許多必須裁減掉的無用基因「內插子」。

17.     基因更精確的定義是，基因是在DNA上為RNA分子所寫的核甘酸序列，這些核甘酸序列中包含「不需要轉譯、但會影響轉譯」的調控區域。

18.     DNA分子鍊除了基因區域與調控區域，還有許多功能未知的區域。舉例來說，哺乳動物細胞的DNA實際上只轉譯了1％去做RNA。這就是為什麼真核有機體的基因很難定義。

n   翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton 《Biology》