浅谈中心法则的发展
周春陵
摘要：论述中心法则发展的各个阶段，预测中心法则的发展方向 关键词：中心法则；发展
分子生物学中的中心法则(TheCentralDogmaofMolecularBiology)揭示了遗传信息复制、转录和转译的全过程,是现代生物学中最基本、最重要的规律之一。该法则自其产生以后,随着研究的深入,在内容上得到了丰富,在形式得到了修正。本文简要介绍中心法则的发展，并对其发展方向作出预测。
一、中心法则的提出
分子生物学的中心法则最早是由英国剑桥大学的物理学家佛郎西斯.克里克(FrancisH.C.Crick) 在1958年提出的,在英国的实验生物学会第12届讨论会“大分子的生物复制”会议录(Symp.Soc. Exp.Biol.XII,138,1958)发表。如图1所示,箭头表示在三大类生物大分子脱氧核糖核酸DNA、核糖核酸RNA和蛋白质之间信息传递或流动所有可能的方向。但是由于当时对转录、翻译、遗传密码、肽链折叠等都还了解不多,在那个时候与其说中心法则是一种准确的科学原理,不如说是一种强烈的科学信念,这个科学信念在以后分子生物学的发展过程中越来越成为多数人的坚定信念,因为它的正确性得到越来越多的实验证明,为越来越丰富的内容所充实、延伸、发展而变
得越来越完善。[1] 图 1 二、 早期对中心法则的认识
克里克在1958年中心法则后做了进一步的分析,如图2所示,这些可能的信息传递大体上可以分成三大类:实线箭头表示很有可能的(probable)信息流动,而虚线箭头表示有可能发生的(possible)信息流动,从蛋白质流向蛋白质或DNA或RNA的三条途径被认为是不可能的(impossible), 因而应该取消。
图 2
三、对中心法则的进一步理解
1. 逆转录的发现
当时绝大多数生物学家都认为,自然界的生物体并不需要这种逆向传递。然而,通过1960到1970这十年的研究,坦明(TEMINH)和巴梯摩尔(BALTIMORED)等发现并证实了反转录酶的存在。坦明利用放线菌素D所做的实验提出这种现象。 放线菌素D能抑制以DNA为模板的RNA合成,但不影响以RNA为模板的RNA合成。坦明把放线菌素D加到形成RSV的细胞培养物中,发现全部的RNA合成都受到了抑制。他认为,RSV可能是通过一种DNA中间物进行复制的,即当RSV感染细胞以后,可以其RNA为模板合成相应的DNA分子,该DNA分子整合到细胞的DNA分子中,随细胞DNA的复制而复制,并不呈现感染性。当受到某种激活时,又能以有感染性的病毒颗粒的形式重新出现。这就是“原病毒假说”。它的提出,使人们认识到逆转录现象的存在。[2]
2. DNA直接控制蛋白质的合成
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DAN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[3]。
3. 蛋白质可能指导合成蛋白质
1982年,普鲁塞纳(PRUSINERS)在研究羊痒疫(scrapie)的致病因子时发现一种比病毒更为简单的亚病毒为其病原。令人奇怪的是,这种病原含有侵染所必须的物质是蛋白质而不是核酸。这种羊痒疫的致病因子被称谓朊病毒(virino)或蛋白侵染子(prion)[4]。它的发现,表明自然界中存在着以蛋白质为遗传信息的可能性,即在蛋白质的指导下合成蛋白质。 4. 蛋白质可能作为一种合成DNA的模板
来自Mount.Sinai医院的研究人员发现了一种叫Rev1 DNA聚合酶的蛋白质，它可以为DNA复制提供编码信息。许多致癌物质会倾向于破坏DNA的鸟嘌呤(G)，或者是破坏鸟嘌呤与胞嘧啶(C)的配对，这些都会导致DNA错配的发生。新发现的蛋白质可以以自身为模板在复制链上加一个胞嘧啶，这个胞嘧啶无论鸟嘌呤是否在DNA链中存在都会被Rev1加上去的，在DNA复制时可以利用一条单链，根据碱基配对原则复制出新的DNA链。细胞利用这种崭新的机制在含有致癌物质的情况下对受损的DNA进行复制。这是第一次发现蛋白质可以作为一种合成DNA的模板。
故而中心法则可能发展到图3这种形式。
[1] 王志珍，一个科技里程碑:分子生物学的中心法则，生理科学进展2003年
第34卷第2期
[2] 刁生富，简论中心法则的发展，佛山科学技术学院学报(自然科学版) 第18卷第3期
[3] 河北师范大学.遗传学[M].北京:人民教育出版社,1982.180. [4]PRUSINERSB.Prion[J].ScientificAmerican,1984,251(4):318.
遗传学作业 - 中心法则的补充与发展
