遗传信息在细胞内的生物大分子间转移的基本法则。包含在脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA)分子中的具有功能意义的核苷酸顺序称为遗传信息。遗传信息的转移包括核酸分子间的转移、核酸和蛋白质分子间的转移。
1957年F.H.C.克里克最初提出的中心法则是: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,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。1970年H.M.特明和D.巴尔的摩在一些RNA致癌病毒中发现它们在宿主细胞中的复制过程是先以病毒的RNA分子为模板合成一个DNA分子,再以DNA分子为模板合成新的病毒RNA。前一个步骤被称为反向转录,是上述中心法则提出后的新的发现。因此克里克在1970年重申了中心法则的重要性,提出了更为完整的图解形式。
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和从DNA直接翻译为蛋白质。即①RNA→RNA(复制);②RNA→DNA(反向转录);③DNA→蛋白质。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,后来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。至于遗传信息从DNA到蛋白质的直接转移仅在理论上具可能性,在活细胞中尚未发现。
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。克里克认为这是因为核酸和蛋白质的分子结构完全不同,在核酸分子之间的信息转移通过沃森-克里克式的碱基配对而实现。但从核酸到蛋白质的信息转移则在现存生物细胞中都需要通过一个极为复杂的翻译机构,这个机构是不能进行反向翻译的。因此如果需要使遗传信息从蛋白质向核酸转移,那么细胞中应有另一套反向翻译机构,而这套机构在现存的细胞中是不存在的。中心法则合理地说明了在细胞的生命活动中两类大分子的联系和分工:核酸的功能是储存和转移遗传信息,指导和控制蛋白质的合成;而蛋白质的主要功能是进行新陈代谢活动和作为细胞结构的组成成分。
RNA的自我复制和逆转录过程,在病毒单独存在时是不能进行的,只有寄生到寄主细胞中后才发生。逆转录酶在基因工程中是一种很重要的酶,它能以已知的mRNA为模板合成目的基因。在基因工程中是获得目的基因的重要手段。
以DNA为模板合成RNA是生物界RNA合成的主要方式,但有些生物像某些病毒及噬菌体,它们的遗传信息贮存在RNA分子中,当它们进入宿细胞后,靠复制而传代,它们在RNA指导的RNA聚合酶催化下合成RNA分子,当以RNA模板时,在RNA复制酶作用下,按5'→3'方向合成互补的RNA分子,但RNA复制酶中缺乏校正功能,因此RNA复制时错误率很高,这与反转录酶的特点相似。
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