从基因到蛋白质
上一章已经找到遗传信息的“存档柜”——DNA。可是一段DNA安静地待在细胞核里，怎么会让花瓣呈现紫色、让红细胞能够运输氧，或者让某种酶在恰当的时候出现呢？DNA本身并不直接去催化反应，也不会亲手搭建细胞结构。它更像一份不能随便带走的总图纸：图纸要先被抄成可携带的副本，再在生产线上被读成真正能工作的蛋白质。
于是，问题变成了一条清晰的链：基因中的碱基排列，怎样变成蛋白质中氨基酸的排列；蛋白质又怎样影响性状？ 接下来我们不把“转录、翻译、密码子”当成几个孤立名词，而是跟着一条具体的信息，一步步走完这段路。
先把图纸抄出来：从 DNA 到 RNA
DNA 为什么不能直接到核糖体旁边工作
对真核细胞来说，DNA主要在细胞核中，而蛋白质合成的场所是细胞质中的核糖体。假如每次合成一种蛋白质，都把整本“DNA图纸”搬出细胞核，既不方便，也不利于保护信息。细胞的做法很巧：只把此刻需要的一段基因抄录下来，形成RNA，再把其中的信使RNA送到核糖体。
DNA和RNA都由核苷酸连接而成，都能携带碱基序列的信息；但它们分工不同。DNA通常是双链，含脱氧核糖和碱基A、T、G、C，适合长期保存信息。RNA通常是单链，含核糖和碱基A、U、G、C；其中mRNA把DNA中的遗传信息带到蛋白质合成的现场。这里最容易看错的一点是：RNA中没有T，用U代替T。
把“DNA像图纸、mRNA像副本”当作理解工具即可。真正决定信息内容的是碱基的排列顺序；DNA和RNA并不是把整个细胞的所有信息都原样搬运，而是围绕某一基因进行有选择的信息传递。
转录：以 DNA 的一条链为模板合成 RNA
当某个基因需要表达时，RNA聚合酶结合到DNA的相应区域，使局部DNA双链解开。注意，转录不是把整条DNA复制一遍，也不是两条DNA链一起当模板；它以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则合成RNA。模板链上的A配到RNA中的U，T配到A，G配到C，C配到G。RNA链形成后脱离模板，DNA两条链又重新配对。
如果把DNA的两条链比作拉链，RNA聚合酶只是在需要抄录的这一小段拉开拉链，依着其中一侧“念”出RNA副本。由此也能解释：同一条DNA分子上有许多基因，细胞可以在不同时间转录不同基因，而不是把全部信息一次性读完。
用一个短序列检查自己是否真的会“抄写”
设DNA模板链的一段序列是 TAC GGA ATT。不要急着凭感觉写RNA，按三个小步骤走，最稳妥。
先确认题目给的是模板链，而不是编码链。这里的TAC、GGA、ATT要作为配对的依据，不能把T直接机械地换成U。
逐个碱基配对：T对应A，A对应U，C对应G；G对应C，G对应C，A对应U；A对应U，T对应A，T对应A。
得到mRNA序列 AUG CCU UAA。这时它才成为后续翻译时被核糖体读取的密码子序列。
转录题的第一问永远是“给的是哪一条链”。若题干给DNA模板链，就按DNA—RNA的配对规则写RNA；不要把DNA复制时的A—T、G—C规则直接套进来。
三个碱基怎样写出一个氨基酸：遗传密码
四种碱基为什么能表达二十种氨基酸
蛋白质由多种氨基酸按一定顺序连接而成。RNA只有A、U、G、C四种碱基；若一个碱基表示一种氨基酸，只能表示4种；若两个碱基为一组，也只有 (4^2=16) 种组合，都不够。三个相邻碱基组成一组时，才有 (4^3=64) 种组合，足以为20种氨基酸提供“编码位置”。
因此，mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻碱基，叫作一个密码子。密码子必须在mRNA上找，不要把DNA上的三个碱基直接叫作密码子。64种密码子中，61种编码氨基酸；UAA、UAG、UGA是终止密码子，不编码氨基酸。AUG既编码甲硫氨酸，又通常是翻译开始时的重要信号。
这套“读码规则”有两个考试中常用的性质。第一，一个密码子只对应一种氨基酸或终止信号；第二，多个不同密码子可以共同编码同一种氨基酸，这叫作密码的简并性。简并性不等于“一个密码子可随意翻译成多种氨基酸”，方向恰好不能颠倒。
核糖体如何连续读取密码子
可以把mRNA想成一条没有逗号的三字一组指令带。核糖体从起始位置开始，连续地按三个碱基一组读取；每读到一个编码氨基酸的密码子，就把相应氨基酸接入多肽链；读到终止密码子，合成停止。起始位置一变，后三个一组的切分方式就全变了，这正是碱基增添或缺失可能严重影响蛋白质的原因。
例题：把转录和读码连成一条链
仍看刚才得到的mRNA：AUG CCU UAA。如果题目告诉你AUG编码甲硫氨酸、CCU编码脯氨酸，那么这段信息最后形成什么？
把密码翻成产物：从 RNA 到多肽链
三类 RNA 各站什么岗位
转录得到的mRNA只带着指令，还不能自己把氨基酸串起来。翻译时至少有三类RNA分工合作：mRNA把DNA转录来的信息带到核糖体；tRNA一端可携带氨基酸，另一端有能与mRNA密码子配对的反密码子；rRNA与蛋白质共同构成核糖体。它们像传令员、运货员和装配台，但这个比喻背后有严格的配对规则：是mRNA的密码子与tRNA的反密码子配对，tRNA因此把正确的氨基酸送到正确位置。
翻译：核糖体读 mRNA，tRNA 递送氨基酸
翻译发生在细胞质的核糖体上。核糖体沿着mRNA移动，依次读取密码子。携带氨基酸的tRNA来到核糖体内，只有反密码子能和当前密码子互补配对时，它携带的氨基酸才会被保留；相邻氨基酸脱水缩合形成肽键，多肽链逐渐延长。读到终止密码子时，多肽链从核糖体上释放。
mRNA与核糖体结合，核糖体从起始位置开始读取密码子。这一步决定了三联体的分组起点。
带有相应氨基酸的tRNA进入核糖体。它的反密码子与mRNA上的当前密码子互补配对，保证“指令”和“原料”对应。
核糖体促使相邻氨基酸形成肽键，随后继续读取下一个密码子。重复这一过程，多肽链不断延长。
当核糖体读到终止密码子时，不再有相应氨基酸被接入，多肽链合成终止；多肽链经过盘曲、折叠等过程，形成具有一定空间结构的蛋白质。
“tRNA翻译mRNA”并不准确。翻译的场所和主要装配平台是核糖体；tRNA的关键作用是识别密码子并转运相应氨基酸。也不要把反密码子写到mRNA上，反密码子属于tRNA。
为什么氨基酸顺序值得如此认真
一条多肽链中氨基酸的种类、数目和排列顺序，会影响它形成的空间结构，进而影响蛋白质的功能。换一个角度看，基因中碱基排列的改变，可能经由mRNA密码子的改变，使氨基酸序列改变，最终影响蛋白质的结构和功能。这里的推理不能跳步：碱基变化不必然立刻表现为性状变化，关键还要看它是否改变了蛋白质的结构或功能。
蛋白质怎样把“基因信息”变成可见性状
基因不是直接控制性状，而是经由蛋白质发挥作用
说“控制花色的基因”时，很容易误以为基因直接把颜色涂到花瓣上。实际的中间环节是蛋白质。高中教材中常把基因控制性状归纳为两条常见路径。
第一条路径是：基因控制酶的合成，酶控制代谢过程，代谢过程影响性状。 例如，花瓣中色素的形成往往需要酶催化；若合成某种酶的基因不能正常表达，相关代谢过程受阻，色素不能正常形成，花色就可能改变。
第二条路径是：基因控制蛋白质的结构，蛋白质的结构直接影响性状。 例如，血红蛋白是红细胞中运输氧的蛋白质；若有关基因发生改变而使血红蛋白的结构异常，就可能影响红细胞的形态和运输氧的功能。
同一套DNA，为什么细胞各有职责
人体绝大多数体细胞一般含有相同的遗传信息：肌细胞能收缩，神经细胞能传递兴奋；红细胞在成熟前合成并积累大量血红蛋白，成熟后便借助这些血红蛋白运输氧。原因不在于这些细胞拥有完全不同的DNA，而在于细胞分化过程中，不同细胞选择性表达的基因不同，合成的蛋白质不同。基因的选择性表达，使细胞在结构和功能上出现稳定差异，这是理解细胞分化的一把钥匙。
不过，性状的形成也不能只盯着一个基因。多数性状是遗传因素和环境共同作用的结果。用遗传信息解释性状时，先把“基因—蛋白质—性状”的主要因果链理清，再结合题干判断环境条件是否影响相关蛋白质的形成或功能，才不会把复杂问题说成简单的一对一关系。
本章最重要的不是背出一串术语，而是能把推理链完整说出来：DNA上基因的碱基排列，经转录形成mRNA；mRNA的密码子在核糖体上被读取，经翻译决定多肽链的氨基酸序列；蛋白质的结构和功能，最终影响性状。
回到起点：一条信息链怎样保持准确
从DNA到蛋白质，至少有三次“对照”：转录时DNA模板链与RNA的碱基互补配对；翻译时mRNA密码子与tRNA反密码子互补配对；多肽链形成后，氨基酸的顺序又影响蛋白质的空间结构。每一环都不是孤立的：前一环给后一环提供依据，后一环把前一环的信息落实为功能。
可以把全章压缩成一句可用于答题的话：基因通过控制蛋白质的合成来控制性状；遗传信息通常沿着DNA→RNA→蛋白质的方向传递。 遇到序列题，按“模板链→mRNA→密码子→氨基酸”的顺序推；遇到性状题，按“基因→蛋白质→功能或代谢过程→性状”的顺序推。链条不跳步，答案就更可靠。
本节练习
1
遗传信息由 DNA 传递到 RNA 的过程称为？
2
翻译过程中，mRNA 上的遗传信息在核糖体上被读取，并合成具有一定氨基酸序列的多肽链。
3
一种 tRNA 一端可携带氨基酸，另一端具有能与 mRNA 上密码子配对的 ________。