【醫學百科●分子生物學的中心法則】

楊籍富

【醫學百科●分子生物學的中心法則】

 

拼音

 

fènzǐshēngwùxuédezhōngxīnfǎzé

分子生物學的中心法則（英語：Centraldogmaofmolecularbiology）又譯分子生物學的中心教條。

 

首先由佛朗西斯·克里克于1958年提出，并于1970年在《自然》上的一篇文章中重申：分子生物學的中心法則旨在詳細說明連串信息的逐字傳送。

 

它指出遺傳信息不能由蛋白質轉移到蛋白質或核酸之中。

 

（Thecentraldogmaofmolecularbiologydealswiththedetailedresidue-by-residuetransferofsequentialinformation.Itstatesthatsuchinformationcannotbetransferredfromproteintoeitherproteinornucleicacid.）換句話說，遺傳信息傳到蛋白質之后，不能回流到核酸之中。

 

中心法則經常遭到誤解，尤其與遺傳信息“由DNA到RNA到蛋白質”的標準流程相混淆。

 

有些與標準流程不同的信息流被誤以為是中心法則的例外，其實朊病毒是中心法則現時已知的唯一例外。

 

遺傳信息的標準流程大致可以這樣描述：“DNA制造RNA，RNA制造蛋白質，蛋白質反過來協助前兩項流程，并協助DNA自我復制”，或者更簡單的“DNA→RNA→蛋白質”。

 

所以整個過程可以分為三大步驟：轉錄、翻譯和DNA復制。

 

對于RNA的最新了解，告訴我們還有第四步：剪接。

 

目前中國大陸高中生物教科書上所繪制的中心法則。

 

紅色和藍色的圓形箭頭分別表示DNA和RNA自身的復制。

 

請留意，遺傳信息由蛋白質流向RNA或DNA都是不可能出現的。

 

轉錄轉錄是把DNA片段里的信息轉載到一段新組成的mRNA（信使RNA）。

 

這個過程由RNA聚合酶(RNApolymerase)和轉錄因子(transcriptionfactor)所共同完成。

 

剪接在真核細胞中，原始轉錄產物（mRNA前體）還要被加工：一個或多個序列（內含子）被剪出除去。

 

選擇性剪接的機制使之可產生出不同的成熟的mRNA分子，這取決于哪段序列被當成內含子而哪段又作為存留下來的外顯子。

 

并非全部有mRNA的活細胞都要經歷這種剪接；

 

剪接在原核細胞中是不存在的。

 

翻譯最終，成熟的mRNA接近核糖體，在此處被翻譯。

 

原核細胞沒有細胞核，其轉錄和翻譯可同時進行。

 

而在真核細胞中，轉錄的場所和翻譯的場所通常是分開的（前者在細胞核，后者在細胞質），所以mRNA必須從細胞核轉移到細胞質，并在細胞質中與核糖體結合。

 

核糖體會以三個密碼子來讀取mRNA上的信息，一般是從AUG開始，或是核糖體連接位下游的啟使甲硫氨酸密碼子開始。

 

啟始因子及延長因子的復合物會將氨酰tRNA(tRNAs)帶入核糖體-mRNA復合物中，只要mRNA上的密碼子能與tRNA上的反密碼子配對，即可按照mRNA上的密碼序列加入氨基酸。

 

當一個個氨基酸串連成勝肽鏈后，就會開始折疊成正確的構形。

 

這個折疊的過程會一直進行，直到原先的多勝肽鏈從核糖體釋出，并形成成熟的蛋白質。

 

在一些情況下，新合成的多勝肽鏈需要經過額外的處理才能成為成熟的蛋白質。

 

正確的折疊過程是相當復雜的，且可能需要其他稱為分子伴侶的幫忙。

 

有時蛋白質本身會進一步被切割，此時內部被“舍棄”的部份即稱為內含肽。

 

復制作為中心法則的最后一步，DNA必須忠實地進行復制才能使遺傳密碼從親代轉移至子代。

 

復制是由一群復雜的蛋白質完成的；

 

這些蛋白質打開超螺旋結構、DNA雙螺旋結構，并利用DNA聚合酶及其相關蛋白，拷貝或復制原模板，以使新代細胞或機體能重復DNA→RNA→蛋白質的循環。

 

在某些病毒中，RNA也可以自我復制。

 

中心法則的例外克里克在上述那篇1970年的文章中指出，中心法則雖然對指導實驗很有用，但不應該被當成教條：“雖然本文所提出的各類法則看來是可靠的，可是我們對分子生物學的認識，即使只是一個細胞—更不用說大自然里的整個生命體—仍然遠遠未完備到，足以讓我們把它當成教條一樣肯定正確的程度。”

 

("Althoughthedetailsoftheclassificationproposedhereareplausible,ourknowledgeofmolecularbiology,eveninonecell--letaloneforalltheorganismsinnature--isstillfartooincompletetoallowustoassertdogmaticallythatitiscorrect.")自從1970年的文章以來，很多新發現說明了中心法則補充和發展的必要。

 

逆轉錄（由RNA到DNA）在中心法則被詳細闡述之后，人們發現了逆轉錄酶病毒。

 

這些病毒可通過一種叫做逆轉錄酶的酶的催化，將RNA逆轉錄為DNA。

 

這肯定了RNA向DNA轉錄的存在。

 

人們最初以為這種現象僅出現于病毒中，但在最近，在高等動物中亦發現了RNA向DNA轉錄的例子。

 

其中的例子是反轉錄轉座子。

 

只有RNA基因組的病毒有些病毒含有整套以RNA形式編碼的基因組，因此他們只有RNA→蛋白的編譯形式。

 

朊病毒朊病毒是通過改變其他蛋白質的構象來進行自身精確復制的一類蛋白質。

 

也就是：蛋白質→蛋白質。

 

近來由于有越來越多的證據支持這一現象的存在，所以準備為中心法則添加這一特例。

 

對中心法則作為研究策略的批評一些系統生物學家認為中心法則有時會被濫用作一種研究策略。

 

他們認為，不加批判地死板套用中心法則，會加大認識多細胞發育和疾病的難度。

 

中心法則會常被當作是一種簡化論研究策略，從小處著眼，企求用分子生物學去解釋一切生物現象。

 

雖然這些研究人員不會執拗于中心法則的具體解讀，但他們會認為這種簡化論研究策略會阻礙人們去理解一些無法單獨靠分子相互作用解釋的復雜系統（Werner2005）。

 

參見基因拼接選擇性剪接(en:Alternative_splicing)

 

參考1958Crick,F.H.C.,OnProteinSynthesis.inSymp.Soc.Exp.Biol.XII,139-163.(pdf,earlydraftoforiginalarticle)1970Crick,F.,CentralDogmaofMolecularBiology.Nature227,561-563.2005Werner,E.,GenomeSemantics,InSilicoMulticellularSystemsandtheCentralDogma,FEBSLetters579,pp1779-1782(March21,2005).

 

外部鏈接CentralDogma:ArticlefromKnowmedArticleRepository:Ahistoryofthedevelopmentofthedogma,listingafewkeyexperiments

 

引用：http://big5.wiki8.com/fenzishengwuxuedezhongxinfaze_42777/