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分子生物学的中心法则

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1 拼音

fèn zǐ shēng wù xué de zhōng xīn fǎ zé

分子生物学的中心法则(英语:Central dogma of molecular biology)又译分子生物学的中心教条。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:

分子生物学的中心法则旨在详细说明连串信息的逐字传送。它指出遗传信息不能由蛋白质转移到蛋白质或核酸之中。 (The central dogma of molecular biology deals with the detailed residue-by-residue transfer of sequential information. It states that such information cannot be transferred from protein to either protein or nucleic acid. ) 换句话说,遗传信息传到蛋白质之后,不能回流到核酸之中。

中心法则经常遭到误解,尤其与遗传信息“由DNARNA到蛋白质”的标准流程相混淆。有些与标准流程不同的信息流被误以为是中心法则的例外,其实朊病毒是中心法则现时已知的唯一例外。

遗传信息的标准流程大致可以这样描述:“DNA 制造 RNA,RNA 制造蛋白质,蛋白质反过来协助前两项流程,并协助 DNA 自我复制”,或者更简单的“DNA → RNA → 蛋白质”。所以整个过程可以分为三大步骤:转录翻译DNA复制。对于 RNA 的最新了解,告诉我们还有第四步:剪接。

目前中国大陆高中生物教科书上所绘制的中心法则。红色和蓝色的圆形箭头分别表示 DNA 和 RNA 自身的复制。请留意,遗传信息由蛋白质流向 RNA 或 DNA 都是不可能出现的。
目前中国大陆高中生物教科书上所绘制的中心法则。红色和蓝色的圆形箭头分别表示 DNA 和 RNA 自身的复制。请留意,遗传信息由蛋白质流向 RNA 或 DNA 都是不可能出现的。

2 转录

转录是把 DNA 片段里的信息转载到一段新组成的mRNA(信使RNA)。这个过程由RNA聚合酶(RNA polymerase)和转录因子(transcription factor)所共同完成。

3 剪接

在真核细胞中,原始转录产物(mRNA前体)还要被加工:一个或多个序列(内含子)被剪出除去。选择性剪接的机制使之可产生出不同的成熟的mRNA分子,这取决于哪段序列被当成内含子而哪段又作为存留下来的外显子。 并非全部有mRNA的活细胞都要经历这种剪接;剪接在原核细胞中是不存在的。

4 翻译

最终,成熟的 mRNA 接近核糖体,在此处被翻译。原核细胞没有细胞核,其转录和翻译可同时进行。而在真核细胞中,转录的场所和翻译的场所通常是分开的(前者在细胞核,后者在细胞质),所以 mRNA 必须从细胞核转移到细胞质,并在细胞质中与核糖体结合。核糖体会以三个密码子来读取 mRNA 上的信息,一般是从 AUG 开始,或是核糖体连接位下游的启使甲硫氨酸密码子开始。启始因子及延长因子的复合物会将 氨酰tRNA(tRNAs)带入核糖体-mRNA 复合物中,只要 mRNA 上的密码子能与 tRNA 上的反密码子配对,即可按照 mRNA 上的密码序列加入氨基酸。当一个个氨基酸串连成胜肽链后,就会开始折叠成正确的构形。这个折叠的过程会一直进行,直到原先的多胜肽链从核糖体释出,并形成成熟的蛋白质。在一些情况下,新合成的多胜肽链需要经过额外的处理才能成为成熟的蛋白质。正确的折叠过程是相当复杂的,且可能需要其他称为分子伴侣的帮忙。有时蛋白质本身会进一步被切割,此时内部被“舍弃”的部份即称为内含肽。

5 复制

作为中心法则的最后一步,DNA必须忠实地进行复制才能使遗传密码从亲代转移至子代。复制是由一群复杂的蛋白质完成的;这些蛋白质打开超螺旋结构、DNA双螺旋结构,并利用DNA聚合酶及其相关蛋白,拷贝或复制原模板,以使新代细胞或机体能重复DNA → RNA → 蛋白质的循环

在某些病毒中,RNA 也可以自我复制。

6 中心法则的例外

克里克在上述那篇1970年的文章中指出,中心法则虽然对指导实验很有用,但不应该被当成教条:

“虽然本文所提出的各类法则看来是可靠的,可是我们对分子生物学的认识,即使只是一个细胞—更不用说大自然里的整个生命体—仍然远远未完备到,足以让我们把它当成教条一样肯定正确的程度。” ("Although the details of the classification proposed here are plausible, our knowledge of molecular biology, even in one cell -- let alone for all the organisms in nature -- is still far too incomplete to allow us to assert dogmatically that it is correct.")

自从1970年的文章以来,很多新发现说明了中心法则补充和发展的必要。

6.1 逆转录(由 RNA 到 DNA)

在中心法则被详细阐述之后,人们发现了逆转录酶病毒。这些病毒可通过一种叫做逆转录酶的酶的催化,将RNA逆转录为DNA。这肯定了RNA向DNA转录的存在。人们最初以为这种现象仅出现于病毒中,但在最近,在高等动物中亦发现了 RNA 向 DNA 转录的例子。其中的例子是反转录转座子

6.2 只有 RNA 基因组的病毒

有些病毒含有整套以 RNA 形式编码的基因组,因此他们只有 RNA→蛋白的编译形式。

6.3 朊病毒

朊病毒是通过改变其他蛋白质的构象来进行自身精确复制的一类蛋白质。也就是:蛋白质 → 蛋白质。近来由于有越来越多的证据支持这一现象的存在,所以准备为中心法则添加这一特例。

7 对中心法则作为研究策略的批评

一些系统生物学家认为中心法则有时会被滥用作一种研究策略。他们认为,不加批判地死板套用中心法则,会加大认识多细胞发育和疾病的难度。中心法则会常被当作是一种简化论研究策略,从小处着眼,企求用分子生物学去解释一切生物现象。虽然这些研究人员不会执拗于中心法则的具体解读,但他们会认为这种简化论研究策略会阻碍人们去理解一些无法单独靠分子相互作用解释的复杂系统(Werner 2005)。

8 参见

基因拼接 选择性剪接(en:Alternative_splicing)

9 参考

  • 1958 Crick, F.H.C., On Protein Synthesis. in Symp. Soc. Exp. Biol. XII, 139-163. (pdf, early draft of original article)
  • 1970 Crick, F., Central Dogma of Molecular Biology. Nature 227, 561-563.
  • 2005 Werner, E., Genome Semantics, In Silico Multicellular Systems and the Central Dogma, FEBS Letters 579, pp 1779-1782 (March 21, 2005).
  • 10 外部链接

    Central Dogma : Article from Knowmed Article Repository: A history of the development of the dogma, listing a few key experiments

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    开放分类:生物学
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    • 评论总管
      2019/8/21 16:02:33 | #0
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    本页最后修订于 2009年2月20日 星期五 0:43:18 (GMT+08:00)
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