·6 2 · 基 因表达 过程所 需能量都 来 自 ATP 吗 马小 明 (甘肃省临夏市临夏中学 731100) 摘要本文就基因表达过程中 DNA 复制、转录和翻译各个阶段是否需要能量以及能量的来源问题进行探讨。 关键词基 因表达能量来源ATP 在高中生物学课堂教学 中,一些教师认为细胞 内 DNA 复制由 ATP水解供能,而细胞外复制( 即 PCR 扩 增) 能量主要由外界温度供给。真的是这样吗? 1 DNA 复 制过程 DNA 复制原料包括 4 种脱 氧核糖核 苷三磷 酸 ( dATP、dCTP、dGTP 和 dTI'P 统称 dNTPs) ⋯ 。复制过 程主要有解旋、RNA 引物的结合、链的延长和复制 的 终止等几个阶段 ,其中解旋酶的解旋过程需要 ATP 水 解供能;RNA 引物的结合也是 ATP 供能【 ;DNA 连接 酶催化下进行的冈崎片段的连接需要 ArIP 供能L引,但 是链的延长过程并非由 ATP 供能,这可以通过 DNA 聚 合酶催化的链延 长反应 ( 图 1) l2 J加 以说 明。该反应 中,链的游离 3 一羟基对进入的脱氧核苷三磷酸 磷 原子进行亲核攻击 ,从 而形成 3,5 一磷酸二酯键并脱 下焦磷酸。形成磷酸二酯键的能量来 自仅一与 B 一磷 酸基之间的高能磷酸键的裂解,该聚合反应是可逆的, 但随后的焦磷酸 的水解可 以推动反应趋 向聚合。可 见 ,该 过程 中供能 的并非 是 ATP,而 是由脱氧核苷 三磷 酸 0【一与 13一磷酸基之间的高能磷酸键的裂解以及焦 磷酸的水解供能。 图 1 DNA 聚合酶催化的链延长反应 2转 录过程 细菌的转录过程可以分为4 个阶段:模板的识别、 转录的起始 、转 录的延 长和转 录的终 止。模 板 的识别 即 RNA 聚合酶在 盯亚基引导下识别并结合到启动子 的过程 ,该过程 中酶通过扩散与 DNA 任意部位可逆性 的结合,当结合部位不是启动子,酶结合 的 DNA 迅速 被置换,这个过程一直继续下去,直到遇到启动子,随 即酶由疏松结构转变为牢固结构,并且双链被局部打 开【2 J 。可见模板的识别主要动力来源为扩散。而链 的延长,是 4 种核糖核苷三磷酸 ( ATP、CTP、GTP 和 UTP) 形成磷酸二酯键和焦磷酸的过程 ,能量主要来 自 核糖核苷三磷酸 仅一与 B 一磷酸基之间的高能磷酸键 的裂解以及焦磷酸的水解,与 DNA 合成过程 中链的延 伸类似【 。 3翻译过程 蛋白质合成中翻译的开始需要在 mRNA 分子上选 择合适位置 的起始 密码 AUG,这一过程 可 以通 过核 糖 体小亚基与 mRNA 结合实现。核糖体小亚基首先结合 在 mRNA 的5 端 ,而后向 3 端移动,直到 AUG 序列被 携带甲硫氨酸的 tRNA 上的反密码子识别,这一移动 需要由 ATP 水解为 ADP 和磷酸来供能。随后核糖体 大亚基与小亚基、起始 tRNA 、mRNA 结合,该过程需要 GTP 水解供能。mRNA 上密码子的翻译则是靠核糖体 催化肽键的形成 ,其中新的 tRNA 的加入需要 GTP 水 解供能 ;而肽键 的形成则是依靠新加入 tRNA 上携带 氨基酸对肽酰 一tRNA 上酯键的羰基的亲核攻击。