DNA 能夠自主復(fù)制、永久存在的性質(zhì)決定了其作為遺傳信息載體的使命，其分子上以核苷酸序列為存在形式的遺傳信息還要通過基因表達(dá)才能體現(xiàn)?；虮磉_(dá)是指遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄和翻譯生成具有特定生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)的過程。轉(zhuǎn)錄是在DNA 序列指導(dǎo)下合成對(duì)應(yīng)的RNA 的過程;翻譯指在RNA 的指導(dǎo)下進(jìn)一步合成對(duì)應(yīng)的蛋白質(zhì)的過程。轉(zhuǎn)錄過程是由堿基互補(bǔ)規(guī)律決定新合成RNA 的序列的;翻譯過程的準(zhǔn)確性卻是由遺傳密碼決定的。mRNA上連續(xù)的三個(gè)核苷酸能夠決定蛋白質(zhì)多肽鏈上的一個(gè)氨基酸，這三個(gè)核苷酸被稱為三聯(lián)密碼子，也就是遺傳密碼。
(一)轉(zhuǎn)錄
轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物是RNA，其中mRNA是合成蛋白質(zhì)時(shí)的直接模板，tRNA和rRNA雖然不是翻譯的模板，但直接參與蛋白質(zhì)的生物合成。tRNA的功能是轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸，rRNA的功能是作為蛋白質(zhì)生物合成的場所。轉(zhuǎn)錄是由DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶催化的，合成底物是ATP，GTP，CTP和UTP。在聚合反應(yīng)時(shí)，一條DNA 單鏈作為合成時(shí)的模板，根據(jù)堿基互補(bǔ)規(guī)律(G-C，A-T，C-G，U-A)進(jìn)行聚合反應(yīng)，一個(gè)核苷酸分子的3’OH 與另一個(gè)核苷酸分子的三磷酸的α磷酸基團(tuán)發(fā)生親核反應(yīng)，形成磷酸二酯鍵，合成方向也是5’-3’。DNA 模板只是雙鏈DNA中的一條鏈，模板DNA鏈稱為反意義鏈，也稱為負(fù)鏈;與其相互補(bǔ)的DNA鏈為有意義鏈、密碼鏈或正鏈。新合成的RNA序列與正鏈DNA相同，只是U替代了T。轉(zhuǎn)錄過程以RNA聚合酶辨認(rèn)、結(jié)合DNA模板開始，隨著酶向前移動(dòng)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA逐漸延長，直至RNA聚合酶到達(dá)終止信號(hào)處，RNA聚合酶與DNA模板分離，產(chǎn)物RNA鏈脫落，轉(zhuǎn)錄終止。
在原核生物中，mRNA分子基本上不經(jīng)過加工，在合成后就能作為模板參與蛋白質(zhì)的生物合成，而tRNA 和rRNA 則要在合成的前體分子基礎(chǔ)上經(jīng)過加工才能成為具有生物功能的成熟分子。tRNA的加工方式主要是通過核酸酶切除某些序列和某些堿基的化學(xué)修飾。rRNA 的前體分子被核酸酶切成3種rRNA分子。真核生物RNA的加工過程比原核生物復(fù)雜得多，首先因?yàn)檗D(zhuǎn)錄發(fā)生在細(xì)胞核內(nèi)而翻譯是在細(xì)胞漿內(nèi)進(jìn)行的，轉(zhuǎn)錄和翻譯在時(shí)間和空間上是分開的，然后真核基因有內(nèi)含子，其轉(zhuǎn)錄生成的mRNA必須經(jīng)過剪切加工才能成為成熟的mRNA。rRNA的加工在細(xì)胞核仁中進(jìn)行，終產(chǎn)物是核糖體40S和60S亞基;tRNA的加工包括去除5’端先導(dǎo)序列，剪接去除內(nèi)含子，3’端的UU被CCA替代，堿基修飾等。mRNA的加工主要指5’端加帽，3’端加多聚腺苷酸尾和剪接去除內(nèi)含子。
在RNA病毒中發(fā)現(xiàn)一種與常規(guī)轉(zhuǎn)錄相反的轉(zhuǎn)錄方式，即由RNA指導(dǎo)下合成DNA，被稱為逆轉(zhuǎn)錄，并發(fā)現(xiàn)了催化該過程的酶是RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶，也稱逆轉(zhuǎn)錄酶。
(二)翻譯
翻譯就是指蛋白質(zhì)的生物合成，是將存在于DNA 上以核苷酸序列形式存在的遺傳信息通過遺傳密碼轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)上氨基酸序列的過程。在原核生物中轉(zhuǎn)錄和翻譯可同時(shí)進(jìn)行，但在真核生物中轉(zhuǎn)錄在細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行，翻譯在細(xì)胞漿內(nèi)進(jìn)行。翻譯過程可分為起始、延長和終止三個(gè)階段。參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)主要有mRNA、tRNA和rRNA三種RNA，核糖體，20種氨基酸，蛋白質(zhì)因子，酶，游離核苷酸和無機(jī)離子等。
1.mRNA是翻譯的直接模板
mRNA分子中的遺傳信息是從DNA分子中轉(zhuǎn)錄而來的，mRNA分子中的核苷酸序列通過翻譯轉(zhuǎn)變成蛋白質(zhì)分子中的氨基酸序列，這種信息的轉(zhuǎn)變是通過遺傳密碼來實(shí)現(xiàn)的。mRNA分子上每三個(gè)核苷酸決定蛋白質(zhì)多肽鏈上的一個(gè)氨基酸，這三個(gè)核苷酸稱為遺傳密碼，即三聯(lián)密碼子。翻譯時(shí)從起始密碼子AUG開始，沿著mRNA 5’-3’的方向連續(xù)閱讀密碼，直至讀到終止密碼子為止，生成一條具有特定序列的蛋白質(zhì)。在密碼閱讀時(shí)既無重疊也無間隔，遵循遺傳密碼的非重疊性和無間隔特性，因而DNA 分子上的核苷酸插入和缺失可導(dǎo)致遺傳密碼的框移突變，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)和功能異常的肽鏈。遺傳密碼的另一個(gè)性質(zhì)是簡并性，許多氨基酸有多個(gè)密碼子，而且這些密碼子之間的第一個(gè)，第二個(gè)核苷酸往往是一樣的，不同主要在于第三個(gè)核苷酸，可以理解DNA 分子上堿基置換可能產(chǎn)生兩種結(jié)果：如果突變是在密碼子的第一個(gè)核苷酸上，必定導(dǎo)致密碼子的改變，因此產(chǎn)生帶有不同氨基酸的多肽鏈;如果突變是在密碼子的第三個(gè)核苷酸上，就有很大的可能成為一種隱性突變，即改變密碼子而不改變氨基酸種類。
2.核糖體是肽鏈合成的場所
核糖體由大、小亞基構(gòu)成，亞基中含有幾十種不相同的蛋白質(zhì)和幾種rRNA，按一定的空間位置鑲嵌成為顯微鏡下可見的細(xì)胞內(nèi)大顆粒。核糖體就像一個(gè)能沿著mRNA模板移動(dòng)的工廠，執(zhí)行著蛋白質(zhì)生物合成的功能。核糖體中蛋白質(zhì)種類繁多，每種蛋白質(zhì)都各有功能，為蛋白質(zhì)合成提供了一切必要的條件。
3.tRNA和氨基酰tRNA
tRNA 在蛋白質(zhì)合成中處于關(guān)鍵地位，它不但為每個(gè)密碼子翻譯成氨基酸提供給合體，還為準(zhǔn)確無誤地將所需氨基酸運(yùn)送到核糖體上提供了運(yùn)送載體。tRNA分子中有兩個(gè)重要部分，即反密碼環(huán)和3’CCA-OH 末端。反密碼環(huán)有可以與mRNA 上密碼子相配對(duì)的反密碼子，而3’CCA-OH末端能夠與特定的氨基酸結(jié)合。氨基酰tRNA是氨基酸的活化形式，由氨基酰一tRNA合成酶催化生成，該酶有絕對(duì)的專一性，只允許特定的氨基酸與特定的tRNA結(jié)合，從而保證了翻譯的正確性。
4.核糖體循環(huán)
蛋白質(zhì)生物合成可以分為三個(gè)步驟：①起始：核糖體亞基和起始tRNA在起始因子和其他因子參與下與mRNA 上編碼區(qū) 5’端起始密碼子結(jié)合，生成起始復(fù)合物。②延伸：核糖體與mRNA 相對(duì)移動(dòng)，在延伸因子參與下由tRNA 攜帶氨基酸進(jìn)入核糖體，合成由mRNA序列編碼的多肽鏈。③終止：延伸至mRNA上出現(xiàn)終止密碼，釋放因子進(jìn)入核糖體，使新生肽鏈及核糖體從mRNA上釋放出來，從而完成一條多肽鏈的合成。釋放出來的核糖體又可以與起始tRNA、起始因子、mRNA結(jié)合，再進(jìn)行另一個(gè)蛋白質(zhì)的合成，因此稱核糖體循環(huán)。肽鏈合成時(shí)的方向是從氨基端到羧基端，mRNA模板上的翻譯方向是5’-3’。在翻譯過程中，每一條mRNA鏈上可以同時(shí)有數(shù)個(gè)核糖體結(jié)合進(jìn)行肽鏈合成，這種現(xiàn)象被稱為多核糖體。
5.蛋白質(zhì)合成后加工
新合成的肽鏈必須經(jīng)過翻譯后加工，才能成為有生物活性的成熟蛋白質(zhì)。有限水解是最常見的加工形式：新生肽鏈的先導(dǎo)N端的蛋氨酸殘基，在肽鏈離開核糖體后，即由特異的蛋白水解酶切除;分泌性蛋白和跨膜蛋白的翻譯初始產(chǎn)物的N 端都具有13～36個(gè)氨基酸殘基，被稱為信號(hào)肽，跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)后被切除;有些蛋白質(zhì)前體中的某些肽段被切除后，才能折疊形成空間結(jié)構(gòu);多蛋白在翻譯后經(jīng)水解作用產(chǎn)生數(shù)個(gè)不同的蛋白質(zhì)。共價(jià)化學(xué)修飾是另一種常見的加工形式。氨基酸殘基中某些側(cè)鏈可被乙?；?、糖基化、羥化、甲基化、核苷酸化、磷酸化等。
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