中心法則
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中心法則(genetic central dogma)
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(xì)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(duì)中心法則的補(bǔ)充。RNA的自我復(fù)制和逆轉(zhuǎn)錄過程，在病毒單獨(dú)存在時(shí)是不能進(jìn)行的，只有寄生到寄主細(xì)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。
中心法則的提出
生物遺傳中心法則最早是由Crick于1958年提出的，用以表示生命遺傳信息的流動(dòng)方向或傳遞規(guī)律。由于當(dāng)時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)錄、翻譯、遺傳密碼、肽鏈折疊等都還了解不多，在那個(gè)時(shí)候中心法則帶有一定的假設(shè)性質(zhì)。隨著生物遺傳規(guī)律的進(jìn)一步探索，中心法則也逐步得到完善和證實(shí)，其法則見圖1?！≈行姆▌t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(dòng)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(xì)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(reverse transcriptase)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(xì)胞基因組的一部分，并同宿主細(xì)胞的基因組一起傳遞給子細(xì)胞。在反轉(zhuǎn)錄酶催化下，RNA分子產(chǎn)生與其序列互補(bǔ)的DNA分子，這種DNA分子稱為互補(bǔ)DNA(complementary DNA)，簡(jiǎn)寫為cDNA，這個(gè)過程即為反轉(zhuǎn)錄(reverse transcription)。
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(central dogma)的遺傳學(xué)意義。
任何一種假設(shè)都要經(jīng)受科學(xué)事實(shí)的檢驗(yàn)。反轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)，使中心法則對(duì)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(dòng)的。那么，對(duì)于DNA和RNA與蛋白質(zhì)分子之間的信息流向是否只有核酸向蛋白質(zhì)分子的單向流動(dòng)，還是蛋白質(zhì)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(duì)中心法則提出了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。
朊粒是一種蛋白質(zhì)傳染顆粒(proteinaceous infectious particle)，它最初被認(rèn)識(shí)到是羊的瘙癢病的病原體。這是一種慢性神經(jīng)系統(tǒng)疾病，在200多年前就已發(fā)現(xiàn)。1935年法國(guó)研究人員通過接種發(fā)現(xiàn)這種病可在羊群中傳染，意味著這種病原體是能在宿主動(dòng)物體內(nèi)自行復(fù)制的感染因子。朊粒同時(shí)又是人類的中樞神經(jīng)系統(tǒng)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(bovin spongiform encephalopathy，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(zhì)顆粒。一個(gè)不含DNA或RNA的蛋白質(zhì)分子能在受感染的宿主細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生與自身相同的分子，且實(shí)現(xiàn)相同的生物學(xué)功能，即引起相同的疾病，這意味著這種蛋白質(zhì)分子也是負(fù)載和傳遞遺傳信息的物質(zhì)。這是從根本上動(dòng)搖了遺傳學(xué)的基礎(chǔ)。
實(shí)驗(yàn)證明，朊粒確實(shí)是不含DNA和RNA的蛋白質(zhì)顆粒，但它不是傳遞遺傳信息的載體，也不能自我復(fù)制，而仍是由基因編碼產(chǎn)生的一種正常蛋白質(zhì)的異構(gòu)體。
哺乳動(dòng)物細(xì)胞里的基因編碼產(chǎn)生一種糖蛋白PrP。人的PrP基因位于20號(hào)染色體短臂，PrP由253個(gè)氨基酸殘基組成，在氨基端有22個(gè)氨基酸組成的信號(hào) 肽。在正常腦組織中的PrP稱為PrPc，相對(duì)分子質(zhì)量為33 000～35 000，對(duì)蛋白酶敏感。在病變腦組織中的PrP稱為PrPsc，相對(duì)分子質(zhì)量為27 000～30 000，是PrPc中的一段，蛋白酶對(duì)其不起作用?，F(xiàn)在知道，PrPc和PrPsc是PrP的兩種異構(gòu)體，氨基酸組分和線性排列次序相同，但是三維構(gòu)象不同。PrPc的結(jié)構(gòu)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(gè)致密的球狀結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)的隨機(jī)漲落(stochastic fluctua—tion)會(huì)長(zhǎng)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?？墒峭庠吹腜rPsc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(zhuǎn)。PrPsc在神經(jīng)細(xì)胞里大量沉積，引起神經(jīng)細(xì)胞的病變，破壞了神經(jīng)細(xì)胞功能。因此，PrPsc感染正常細(xì)胞后，可以促使細(xì)胞內(nèi)生成更多的PrPsc，PrPsc逐漸積累，需要有一個(gè)時(shí)間過程才會(huì)引發(fā)疾病，這也就是這種神經(jīng)退化性疾病有一個(gè)很長(zhǎng)的潛伏期的原因。所以說，PrPsc進(jìn)入宿主細(xì)胞并不是自我復(fù)制，而是將細(xì)胞內(nèi)基因編碼產(chǎn)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的。
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