中心法则的发展和面临的挑战

中心法则的发展和面临的挑战

中心法则是现代生物学中最重要最基本的规律之一，其在探索生命现象的本质及普遍规律方面起了巨大的作用，极大地推动了现代生物学的发展，是现代生物学的理论基石，并为生物学基础理论的统一指明了方向，在生物科学发展过程中占有重要地位。

1．克里克最初提出的中心法则内容

1957年，克里克提出，在DNA与蛋白质之间，RNA 可能是中间体。1958年，他又提出，在作为模板的RNA同把氨基酸携带到蛋白质肽链的合成之间可能存在着一个中间受体。根据这些推论，他发表了《论蛋白质的合成》一文，提出了著名的连接物假说，讨论了核酸中碱基顺序同蛋白质中氨基酸顺序之间的线性对应关系，并详细地阐述了中心法则。克里克所设想的受体很快被证明为tRNA。1961年，雅可布（F.Jacob）和莫诺（J.Monod）证明在DNA同蛋白质之间的中间体是mRNA。随着遗传密码的破译，到60年代基本上揭示了蛋白质的合成过程。这样，就得到了中心法则的最初的基本形式。

克里克在提出中心法则时，根据当时有限的资料，把中心法则的公式表述为“DNA→RNA→蛋白质”。它说明遗传信息在不同的大分子之间的转移都是单向的，不可逆的，遗传信息只能从DNA到RNA（转录），从RNA到蛋白质（翻译）。这两种形式的信息转移在所有生物的细胞中都得到了证实。

2．修正后的中心法则内容

通过1960到1970这10年的研究，巴尔的摩（D Baltimore）和梯明（H M Temin）等发现并证实了反转录酶的存在，使反转录现象得到了公认。

反转录酶（逆转录酶）的发现，曾使科学界震动不小。但克里克马上解释说，他并没有说过信息不能从核酸转移到核酸上，反转录同中心法则没有矛盾，只不过是把信息从一种形式的核酸转移到另一种形式的核酸上而已，而在这两种形式的核酸中，碱基配对的基本过程是一致的。然而，以后的发现愈来愈表明信息转移方式可能有其多样性，以致连克里克本人后来也承认，他最初表达遗传信息传递观念时，误解了“法则（Dogma ）”一词，如果现在重新表达这一概念，应称之为“中心假说（ Central Hypothesis）”，以清楚表明这一概念并非是确定不变的事实，而只是一种暂时的假设。这样，中心法则就得到了修正（见下图）。

这里遗传信息的转移可以分为两类：第一类用实线箭头表示，包括DNA的复制、RNA的转录和蛋白质的翻译，即：①DNA→DNA（复制）；②DNA→RNA（转录）；③RNA→蛋白质（翻译）。这三种遗传信息的转移方向普遍地存在于所有生物细胞中。第二类用虚线箭头表示，是特殊情况下的遗传信息转移，包括RNA的复制，RNA反向转录为 DNA。即：①RNA→RNA（复制）；②RNA→DNA（反向转录）。RNA复制只在RNA病毒中存在。反向转录最初在RNA致癌病毒中发现，现在在人的白细胞和胎盘滋养层中也测出了与反向转录有关的反向转录酶的活性。

克里克认为在图解中没有箭头指向的信息转移是不可能存在的，即：①蛋白质→蛋白质；②蛋白质→RNA；③蛋白质→DNA。中心法则的中心论点是遗传信息一旦转移到蛋白质分子

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之后，既不能从蛋白质分子转移到蛋白质分子，也不能从蛋白质分子逆转到核酸分子。

3．挑战中心法则：蛋白也提供遗传信息

后来，科学家发现造成疯牛病的阮病毒（朊粒）对中心法则提出了最严峻的挑战。 朊粒是一种蛋白质传染颗粒，它最初被认识到是羊的瘙痒病的病原体。这是一种慢性神经系统疾病，在200多年前就已发现。1935年法国研究人员通过接种发现这种病可在羊群中传染，意味着这种病原体是能在宿主动物体内自行复制的感染因子。朊粒同时又是人类的中枢神经系统退化性疾病如库鲁病和克—杰氏综合征的病原体，也可引起疯牛病即牛脑的海绵状病变。以后的研究证明，这种朊粒不是病毒，而是不含核酸的蛋白质颗粒。一个不含DNA或RNA的蛋白质分子能在受感染的宿主细胞内产生与自身相同的分子，且实现相同的生物学功能，即引起相同的疾病，这意味着这种蛋白质分子也是负载和传递遗传信息的物质。这是从根本上动摇了遗传学的基础。

实验证明，朊粒确实是不含DNA和RNA的蛋白质颗粒，但它不是传递遗传信息的载体，也不能自我复制，而仍是由基因编码产生的一种正常蛋白质的异构体。而有关朊病毒的研究在过去的诺贝尔奖百年中曾分别于1976年和1997年两次获得诺贝尔生理学和医学奖。当今社会，随着生物学的发展，各种病毒等微生物也不断突变着，进化着。这给人类带来新的契机，新的挑战。自然界在不断的推陈出新，人类也不能停下探索的步伐。

科学的发展常常是出人意料的，中心法则更是

如此。有人在离体实验中观察到，与核糖体相互作用的某些抗生素如链霉素和新霉素，能打乱核糖体对信使的选择，而接受单链DNA分子代替mRNA。然后由单链DNA指导，把它的核苷酸顺序译成多肽的氨基酸顺序。此外，还有人发现，细胞核里的DNA还可以直接转移到细胞质的核糖体上，不需要通过RNA即可控制蛋白质的合成。

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