【醫學百科●中心法則】

楊籍富

【醫學百科●中心法則】

 

拼音

 

zhōngxīnfǎzé

 

英文參考

 

Centraldogma中心法則是現代遺傳學關于遺傳信息在核酸與蛋白質兩類生物大分子之間傳遞的基本原理。

 

由英國物理學家克里克于1958年首次提出并由巴爾梯摩和梯明于1970年補充修正。

 

遺傳信息是指包含在DNA和RNA分子中具有功能意義的核苷酸的線性排列順序。

 

中心法則認為：生物遺傳信息的傳遞包括兩種情況。

 

一種情況是通過DNA的自我復制，由親代DNA分子把遺傳信息傳遞給子代DNA分子，即遺傳信息從DNA→DNA，這決定了遺傳物質的世代連續性和準確性。

 

另一種情況是，DNA能以其中的一條鏈為模板，互補合成RNA，使遺傳信息從DNA→RNA（即轉錄），再從RNA→蛋白質（即轉譯），這解決了DNA的遺傳信息如何控制蛋白質的合成，進而控制生物遺傳性狀的問題。

 

中心法則所揭示的遺傳信息單向傳遞可表示為：中心法則說明了脫氧核糖核酸（DNA）、核糖核酸（RNA）與蛋白質之間的關系。

 

70年代以來，又在兩種RNA病毒中發現了逆轉錄酶，表明遺傳信息也可以從RNA→DNA，即逆轉錄。

 

后來在人的白細胞和胎盤滋養層中也測出了與逆向轉錄有關的逆向轉錄酶的活性。

 

這說明RNA也可作為模板合成DNA，遺傳信息的傳遞成為：但至今尚未發現有蛋白質作為合成核酸模板的例子。

 

中心法則是指遺傳信息從DNA傳遞給RNA，再從RNA傳遞給蛋白質的轉錄和翻譯的過程，以及遺傳信息從DNA傳遞給DNA的復制過程。

 

這是所有有細胞結構的生物所遵循的法則。

 

在某些病毒中的RNA自我復制（如煙草花葉病毒等）和在某些病毒中能以RNA為模板逆轉錄成DNA的過程（某些致癌病毒）是對中心法則的補充。

 

RNA的自我復制和逆轉錄過程，在病毒單獨存在時是不能進行的，只有寄生到寄主細胞中后才發生。

 

逆轉錄酶在基因工程中是一種很重要的酶，它能以已知的mRNA為模板合成目的基因。

 

在基因工程中是獲得目的基因的重要手段。

 

遺傳物質可以是DNA，也可以是RNA。

 

細胞的遺傳物質都是DNA，只有一些病毒的遺傳物質是RNA。

 

這種以RNA為遺傳物質的病毒稱為反轉錄病毒（retrovirus），在這種病毒的感染周期中，單鏈的RNA分子在反轉錄酶（reversetranscriptase）的作用下，可以反轉錄成單鏈的DNA，然后再以單鏈的DNA為模板生成雙鏈DNA。

 

雙鏈DNA可以成為宿主細胞基因組的一部分，并同宿主細胞的基因組一起傳遞給子細胞。

 

在反轉錄酶催化下，RNA分子產生與其序列互補的DNA分子，這種DNA分子稱為互補DNA（complementaryDNA），簡寫為cDNA，這個過程即為反轉錄（reversetranscription）。

 

由此可見，遺傳信息并不一定是從DNA單向地流向RNA，RNA攜帶的遺傳信息同樣也可以流向DNA。

 

但是DNA和RNA中包含的遺傳信息只是單向地流向蛋白質，迄今為止還沒有發現蛋白質的信息逆向地流向核酸。

 

這種遺傳信息的流向，就是克里克概括的中心法則（centraldogma）的遺傳學意義。

 

任何一種假設都要經受科學事實的檢驗。

 

反轉錄酶的發現，使中心法則對關于遺傳信息從DNA單向流入RNA做了修改，遺傳信息是可以在DNA與RNA之間相互流動的。

 

那么，對于DNA和RNA與蛋白質分子之間的信息流向是否只有核酸向蛋白質分子的單向流動，還是蛋白質分子的信息也可以流向核酸，中心法則仍然肯定前者。

 

可是，病原體朊粒（Prion）的行為曾對中心法則提出了嚴重的挑戰。

 

朊粒是一種蛋白質傳染顆粒（proteinaceousinfectiousparticle），它最初被認識到是羊的瘙癢病的病原體。

 

這是一種慢性神經系統疾病，在200多年前就已發現。

 

1935年法國研究人員通過接種發現這種病可在羊群中傳染，意味著這種病原體是能在宿主動物體內自行復制的感染因子。

 

朊粒同時又是人類的中樞神經系統退化性疾病如庫魯病（Kuru）和克—杰氏綜合征（Creutzfeldt-Jacobdisease，CJD）的病原體，也可引起瘋牛病即牛腦的海綿狀病變（bovinspongiformencephalopathy，BSE）。

 

以后的研究證明，這種朊粒不是病毒，而是不含核酸的蛋白質顆粒。

 

一個不含DNA或RNA的蛋白質分子能在受感染的宿主細胞內產生與自身相同的分子，且實現相同的生物學功能，即引起相同的疾病，這意味著這種蛋白質分子也是負載和傳遞遺傳信息的物質。

 

這是從根本上動搖了遺傳學的基礎。

 

實驗證明，朊粒確實是不含DNA和RNA的蛋白質顆粒，但它不是傳遞遺傳信息的載體，也不能自我復制，而仍是由基因編碼產生的一種正常蛋白質的異構體。

 

哺乳動物細胞里的基因編碼產生一種糖蛋白PrP。

 

人的PrP基因位于20號染色體短臂，PrP由253個氨基酸殘基組成，在氨基端有22個氨基酸組成的信號肽。

 

在正常腦組織中的PrP稱為PrPc，相對分子質量為33000～35000，對蛋白酶敏感。

 

在病變腦組織中的PrP稱為PrPsc，相對分子質量為27000～30000，是PrPc中的一段，蛋白酶對其不起作用。

 

現在知道，PrPc和PrPsc是PrP的兩種異構體，氨基酸組分和線性排列次序相同，但是三維構象不同。

 

PrPc的結構中。

 

螺旋占42％，β片層占30％；

 

PrPsc則是。

 

螺旋占30％，β片層占43％。

 

PrPc的4條。

 

螺旋可以排列成一個致密的球狀結構，這個結構的隨機漲落（stochasticfluctua—tion）會長成部分折疊的單體PrP*，這是一種中間體，即PrP*可以生成PrPc，也可以生成PrPsc。

 

一般情況下，PrP*的含量極少，所以生成的PrPsc極少。

 

可是外源的PrPsc可以促使PrP*變成PrPsc。

 

PrPsc的不溶性使生成PrPsc過程成為不可逆轉。

 

PrPsc在神經細胞里大量沉積，引起神經細胞的病變，破壞了神經細胞功能。

 

因此，PrPsc感染正常細胞后，可以促使細胞內生成更多的PrPsc，PrPsc逐漸積累，需要有一個時間過程才會引發疾病，這也就是這種神經退化性疾病有一個很長的潛伏期的原因。

 

所以說，PrPsc進入宿主細胞并不是自我復制，而是將細胞內基因編碼產生的PrPc變成PrPsc。

 

由此可見，中心法則是正確的，至少在目前還是無需修正。

 

引用：http://big5.wiki8.com/zhongxinfaze_107955/