生物中心法則

生物中心法則什么是生物中心法則?中心法則(Centraldogma)1。DNA是自身復(fù)制的模板；2。DNA通過轉(zhuǎn)錄作用將遺傳信息傳遞給中間物質(zhì)RNA；3。RNA通過翻譯作用將遺傳信息表達成蛋白質(zhì)。中心法則揭示了遺傳信息的傳遞方向，反映了DNA、RNA和蛋白質(zhì)之間的相互關(guān)系。

隨著分子生物學(xué)的進展,中心法則的地位也開始在動搖。-------------------根據(jù)分子生物學(xué)的“中心法則”(centraldogma)，遺傳信息在幾乎所有生物體內(nèi)都是從DNA傳遞到RNA，然后再從RNA流向蛋白質(zhì)。顯然，RNA是一座“橋梁”，負責(zé)DNA和蛋白質(zhì)之間信息的流通。

在這個過程中，首先是將基因組DNA上的基因信息“復(fù)寫”到一種稱為mRNA的RNA分子上，然后再將mRNA含有的基因信息“翻譯”為構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸序列。因此，自中心法則確定之后，RNA一直被視為一種非常重要卻又很單調(diào)的分子。然而，在20世紀末期，一種全新的RNA分子的發(fā)現(xiàn)打破了人們對RNA的成見，開辟了生命科學(xué)的又一個“新大陸”。所謂生物中心法則就是：遺傳信息從DNA傳遞給RNA，再從RNA傳遞給蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程，以及遺傳信息從DNA傳遞給DNA的復(fù)制過程。很多人認為如果進化論是生物中的牛頓定律，那么中心法則則是生物學(xué)中的相對論。這個類比是不準確的，但它卻表示了中心法則在生物學(xué)中的重要地位。中心法則（英語：geneticcentraldogma），又譯成分子生物學(xué)的中心教條（英語：Thecentraldogmaofmolecularbiology），首先由弗朗西斯·克里克于1958年提出，并于1970年在《自然》上的一篇文章中重申：“Thecentraldogmaofmolecularbiologydealswiththedetailedresidue-by-residuetransferofsequentialinformation.Itstatesthatsuchinformationcannotbetransferredfromproteintoeitherproteinornucleicacid.（分子生物學(xué)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(zhì)轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)或核酸之中。）是指遺傳信息從DNA傳遞給RNA，再從RNA傳遞給蛋白質(zhì)，即完成遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程。也可以從DNA傳遞給DNA，即完成DNA的復(fù)制過程。這是所有有細胞結(jié)構(gòu)的生物所遵循的法則。在某些病毒中的RNA自我復(fù)制（如煙草花葉病毒等）和在某些病毒中能以RNA為模板逆轉(zhuǎn)錄成DNA的過程（某些致癌病毒）是對中心法則的補充。中心法則經(jīng)常遭到誤解，尤其與遺傳信息“由DNA到RNA到蛋白質(zhì)”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(xiàn)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(zhì)，蛋白質(zhì)反過來協(xié)助前兩項流程，并協(xié)助DNA自我復(fù)制”。RichardPomerantz團隊2021年6月刊登于《科學(xué)進展》的論文首次證明RNA也可以被寫回DNA，這挑戰(zhàn)了生物學(xué)的核心法則。遺傳信息在細胞內(nèi)的生物大分子間轉(zhuǎn)移的基本法則。包含在脫氧核糖核酸（DNA）或核糖核酸（RNA）分子中的具有功能意義的核苷酸順序稱為遺傳信息。遺傳信息的轉(zhuǎn)移包括核酸分子間的轉(zhuǎn)移、核酸和蛋白質(zhì)分子間的轉(zhuǎn)移。1957年F.H.C.克里克最初提出的中心法則是：DNA→RNA→蛋白質(zhì)。它說明遺傳信息在不同的大分子之間的轉(zhuǎn)移都是單向的，不可逆的，只能從DNA到RNA（轉(zhuǎn)錄），從RNA到蛋白質(zhì)（翻譯）。這兩種形式的信息轉(zhuǎn)移在所有生物的細胞中都得到了證實。1970年H.M.特明和D.巴爾的摩在一些RNA致癌病毒中發(fā)現(xiàn)它們在宿主細胞中的復(fù)制過程是先以病毒的RNA分子為模板合成一個DNA分子，再以DNA分子為模板合成新的病毒RNA。前一個步驟被稱為反向轉(zhuǎn)錄，是上述中心法則提出后的新的發(fā)現(xiàn)。因此克里克在1970年重申了中心法則的重要性，提出了更為完整的圖解形式。這里遺傳信息的轉(zhuǎn)移可以分為兩類：第一類用實線箭頭表示，包括DNA的復(fù)制、RNA的轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)的翻譯，即①DNA→DNA（復(fù)制）；②DNA→RNA（轉(zhuǎn)錄）；③RNA→蛋白質(zhì)（翻譯）。這三種遺傳信息的轉(zhuǎn)移方向普遍地存在于所有生物細胞中。第二類用虛線箭頭表示，是特殊情況下的遺傳信息轉(zhuǎn)移，包括RNA的復(fù)制，RNA反向轉(zhuǎn)錄為DNA和從DNA直接翻譯為蛋白質(zhì)。即①RNA→RNA（復(fù)制）；②RNA→DNA（反向轉(zhuǎn)錄）；③DNA→蛋白質(zhì)。RNA復(fù)制只在RNA病毒中存在。反向轉(zhuǎn)錄最初在RNA致癌病毒中發(fā)現(xiàn)，后來在人的白細胞和胎盤滋養(yǎng)層中也測出了與反向轉(zhuǎn)錄有關(guān)的反向轉(zhuǎn)錄酶的活性。至于遺傳信息從DNA到蛋白質(zhì)的直接轉(zhuǎn)移僅在理論上具可能性，在活細胞中尚未發(fā)現(xiàn)。克里克認為在圖解中沒有箭頭指向的信息轉(zhuǎn)移是不可能存在的，即①蛋白質(zhì)→蛋白質(zhì)；②蛋白質(zhì)→RNA；③蛋白質(zhì)→DNA。中心法則的中心論點是：遺傳信息一旦轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)分子之后，既不能從蛋白質(zhì)分子轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)分子，也不能從蛋白質(zhì)分子逆轉(zhuǎn)到核酸分子?？死锟苏J為這是因為核酸和蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)完全不同，在核酸分子之間的信息轉(zhuǎn)移通過沃森-克里克式的堿基配對而實現(xiàn)。但從核酸到蛋白質(zhì)的信息轉(zhuǎn)移則在現(xiàn)存生物細胞中都需要通過一個極為復(fù)雜的翻譯機構(gòu)，這個機構(gòu)是不能進行反向翻譯的。因此如果需要使遺傳信息從蛋白質(zhì)向核酸轉(zhuǎn)移，那么細胞中應(yīng)有另一套反向翻譯機構(gòu)，而這套機構(gòu)在現(xiàn)存的細胞中是不存在的。中心法則合理地說明了在細胞的生命活動中兩類大分子的聯(lián)系和分工：核酸的功能是儲存和轉(zhuǎn)移遺傳信息，指導(dǎo)和控制蛋白質(zhì)的合成；而蛋白質(zhì)的主要功能是進行新陳代謝活動和作為細胞結(jié)構(gòu)的組成成分。RNA的自我復(fù)制和逆轉(zhuǎn)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(fā)生。逆轉(zhuǎn)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。以DNA為模板合成RNA是生物界RNA合成的主要方式，但有些生物像某些病毒，它們的遺傳信息貯存在RNA分子中，當(dāng)它們進入宿細胞后，靠復(fù)制而傳代，它們在RNA指導(dǎo)的RNA聚合酶催化下合成RNA分子，當(dāng)以RNA模板時，在RNA復(fù)制酶作用下，按5'→3'方向合成互補的RNA分子,但RNA復(fù)制酶中缺乏校正功能,因此RNA復(fù)制時錯誤率很高，這與反轉(zhuǎn)錄酶的特點相似。內(nèi)容①從DNA流向DNA（DNA自我復(fù)制）；②從DNA流向RNA，進而流向蛋白質(zhì)（轉(zhuǎn)錄和翻譯）；③從RNA流向RNA（RNA自我復(fù)制)；④從RNA流向DNA（逆轉(zhuǎn)錄）注：其中前兩條是中心法則的主要體現(xiàn)，后兩條是中心法則的完善和補充。作用中心法則是現(xiàn)代生物學(xué)中最重要最基本的規(guī)律之一，其在探索生命現(xiàn)象的本質(zhì)及普遍規(guī)律方面起了巨大的作用，極大地推動了現(xiàn)代生物學(xué)的發(fā)展，是現(xiàn)代生物學(xué)的理論基石，并為生物學(xué)基礎(chǔ)理論的統(tǒng)一指明了方向，在生物科學(xué)發(fā)展過程中占有重要地位。遺傳物質(zhì)可以是DNA，也可以是RNA。細胞的遺傳物質(zhì)都是DNA，只有一些病毒的遺傳物質(zhì)是RNA。這種以RNA為遺傳物質(zhì)的病毒稱為反轉(zhuǎn)錄病毒（retrovirus），在這種病毒的感染周期中，單鏈的RNA分子在反轉(zhuǎn)錄酶（reversetranscriptase）的作用下，可以反轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄酶催化下，RNA分子產(chǎn)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，這個過程即為逆轉(zhuǎn)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(zhì)，迄今為止還沒有發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)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(xué)意義。任何一種假設(shè)都要經(jīng)受科學(xué)事實的檢驗。反轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)，使中心法則對關(guān)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(zhì)分子之間的信息流向是否只