中心法則

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心氣虛,則脈細;肺氣虛,則皮寒;肝氣虛,則氣少;腎氣虛,則泄利前後;脾氣虛,則飲食不入。
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1 拼音

zhōng xīn fǎ zé

2 英文參考

Central dogma

3 註解

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中心法則是現代遺傳學關於遺傳信息核酸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於1958年首次提出並由巴爾梯摩和梯明於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線性排列順序。

中心法則認爲:生物遺傳信息傳遞包括兩種情況。一種情況是通過DNA的自我複製,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能以其中的一條鏈爲模板,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爲:

中心法則說明了脫氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)與蛋白質之間的關係。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。後來在人的白細胞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也可作爲模板合成DNA,遺傳信息傳遞成爲:

但至今尚未發現有蛋白質作爲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傳遞給蛋白質轉錄翻譯的過程,以及遺傳信息從DNA傳遞給DNA的複製過程。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自我複製(如菸草花葉病毒等)和在某些病毒中能以RNA爲模板逆轉錄成DNA的過程(某些致癌病毒)是對中心法則的補充。RNA的自我複製逆轉錄過程,在病毒單獨存在時是不能進行的,只有寄生寄主細胞中後才發生逆轉錄酶基因工程中是一種很重要的酶,它能以已知的mRNA爲模板合成目的基因。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。細胞遺傳物質都是DNA,只有一些病毒遺傳物質是RNA。這種以RNA爲遺傳物質的病毒稱爲反轉錄病毒(retrovirus),在這種病毒感染週期中,單鏈的RNA分子在反轉錄酶(reverse transcriptase)的作用下,可以反轉錄成單鏈的DNA,然後再以單鏈的DNA爲模板生成雙鏈DNA。雙鏈DNA可以成爲宿主細胞基因組的一部分,並同宿主細胞基因組一起傳遞子細胞。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分子稱爲互補DNA(complementary DNA),簡寫爲cDNA,這個過程即爲反轉錄(reverse transcription)。

由此可見,遺傳信息並不一定是從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,迄今爲止還沒有發現蛋白質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(central dogma)的遺傳學意義。

任何一種假設都要經受科學事實檢驗反轉錄酶的發現,使中心法則對關於遺傳信息從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。那麼,對於DNA和RNA與蛋白質分子之間的信息流向是否只有核酸蛋白質分子的單向流動,還是蛋白質分子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)的行爲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(proteinaceous infectious particle),它最初被認識到是羊的瘙癢病病原體。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羣中傳染,意味着這種病原體是能在宿主動物體內自行複製感染因子。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—傑氏綜合徵(Creutzfeldt-Jacobdisease,CJD)的病原體,也可引起瘋牛病牛腦的海綿狀病變(bovin spongiform encephalopathy,BSE)。以後的研究證明,這種朊粒不是病毒,而是不含核酸蛋白質顆粒。一個不含DNA或RNA的蛋白質分子能在受感染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,這意味着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。

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載體,也不能自我複製,而仍是由基因編碼產生的一種正常蛋白質的異構體。

哺乳動物細胞裏的基因編碼產生一種糖蛋白PrP。人的PrP基因位於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稱爲PrPc相對分子質量爲33 000~35 000,對蛋白酶敏感。在病變腦組織中的PrP稱爲PrPsc相對分子質量爲27 000~30 000,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結構中。螺旋佔42%,β片層佔30%;PrPsc則是。螺旋佔30%,β片層佔43%。PrPc的4條。螺旋可以排列成一個緻密的球狀結構,這個結構隨機漲落(stochastic fluctua—tion)會長成部分摺疊的單體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過程成爲不可逆轉。PrPsc神經細胞裏大量沉積,引起神經細胞的病變,破壞了神經細胞功能。因此,PrPsc感染正常細胞後,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纔會引發疾病,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進入宿主細胞並不是自我複製,而是將細胞基因編碼產生的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

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