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中心法則 - 维基百科,自由的百科全书

中心ちゅうしん法則ほうそく

遗传しんいき从DNA经RNA传递给蛋しろ质的基本きほん规律ある过程,为所有しょゆう细胞结构てき生物せいぶつしょ共同きょうどう遵循てき基本きほんほう

分子生物學ぶんしせいぶつがくてき中心ちゅうしんほう英語えいごThe central dogma of molecular biologyまたわけ分子生物學ぶんしせいぶつがくてき中心ちゅうしん教条きょうじょう),しゅさきゆかりふつろう西にし斯·かつさとかつ於1958ねん[1]提出ていしゅつなみ於1970ねん[2]ざい自然しぜんじょうてきいちへん文章ぶんしょう中重なかしげさる

ざい生物せいぶつ系統けいとうちゅうてきしんいき流動りゅうどう

中心ちゅうしんほう则經つね遭到誤解ごかいゆう其與遺傳いでんしんいきゆかりDNAいたRNAいた蛋白質たんぱくしつてき標準ひょうじゅんりゅうほどあい混淆こんこうゆう些與標準ひょうじゅんりゅうほど不同ふどうてきしんいきりゅうあやま以為中心ちゅうしんほう则的例外れいがい,其實朊毒たい中心ちゅうしんほう则現やめ知的ちてき唯一ゆいいつ例外れいがい

遺傳いでんしんいきてき標準ひょうじゅんりゅうほどだい致可以这样描じゅつ:「DNA製造せいぞうRNA,RNA製造せいぞう蛋白質たんぱくしつ蛋白質たんぱくしつはんきょうじょぜんりょうこうりゅうほどなみきょうじょDNA自我じが複製ふくせい」,あるものさら簡單かんたんてき「DNA → RNA →蛋白質たんぱくしつ」。所以ゆえんせい過程かてい以分ためさんだい驟:てんろくてんやく蛋白質たんぱくしつ生物せいぶつ合成ごうせいDNA複製ふくせいたい於RNAてき最新さいしん了解りょうかい告訴こくそわが們還ゆう剪接编辑

遗传しんいきてき一般いっぱんせい传递

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目前もくぜん中国ちゅうごくだい高中たかなか生物せいぶつ教科きょうか书上しょ绘制てき中心ちゅうしんほう则。红色蓝色てき圆形头分别表示ひょうじDNARNA自身じしんてき复制請留うけどめ遺傳いでんしんいきよし蛋白質たんぱくしつりゅうこうRNAあるDNA不可能ふかのう出現しゅつげんてき

中心ちゅうしんほう则是いち个框よう理解りかい遗传しんいきざい生物せいぶつ大分おおいた间传递的顺序,对于生物せいぶつたいちゅうさん类主よう生物せいぶつ大分おおいた:DNA、RNA蛋白たんぱく质,ゆう9种可能かのうてき传递顺序。ほう则将这些顺序ぶんさん类,3个一般いっぱんせいてき传递(通常つうじょう发生ざいだい多数たすう细胞ちゅう),3个特殊とくしゅ传递(かい发生,ただしただざい一些特定条件下发生),3个未知みち传递(可能かのうかい发生)。

ほう则中3类遗传信いきてき传递顺序
一般いっぱん 特殊とくしゅ 未知みち
DNA → DNA RNA → DNA 蛋白たんぱく质→ DNA
DNA → RNA RNA → RNA 蛋白たんぱく质→ RNA
RNA →蛋白たんぱく DNA →蛋白たんぱく 蛋白たんぱく质→蛋白たんぱく
 
此图为分子ぶんし生物せいぶつ化学かがく中心ちゅうしんほう则的がいじゅつ,且标しめせ所有しょゆう参与さんよてき

てんろく

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てんろく(Transcription)遗传しんいきよしDNA转换到RNAてき过程。转录しん使RNA(mRNA)以及へん碼RNA(tRNA、rRNAとうてき合成ごうせい骤。转录ちゅう,一个基因会被读取、複製ふくせい为mRNA;這個過程かていゆかりRNA聚合酶(RNA polymerase)てんろく因子いんし(transcription factor)しょ共同きょうどう完成かんせい

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RNA编辑(RNA editing)ゆびざいRNA水平すいへいじょうてきあらため变遗传信いきてき加工かこう过程,导致成熟せいじゅくてきRNA编码序列じょれつ它的转录ばんDNA序列じょれつ间的そうひきはいざいかく生物せいぶつてきtRNA、rRNAmRNAなか发现りょうRNA编辑这种现象。RNA编辑ゆうかく苷酸てき删除ある插入そうにゅう编辑、碱基がえ换编辑2种类がた。这种あらため变影响了もといんてきひょう达,生成せいせい不同ふどうてき氨基さん以及しんてき开放读码かまち。编辑ざい水平すいへい调节,并且与一些人类疾病有一定的相关性。

剪接

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ざいかく细胞ちゅう原始げんし转录产物(mRNAぜんからだPre-mRNA)还要加工かこう:一个或多个序列(内含ないがん剪出除去じょきょ选择せい剪接てきつくえせい使产生不同ふどうてき成熟せいじゅくてきmRNA分子ぶんし,这取决于哪段序列じょれつとうなり内含ないがん而哪だんまたさく为存とめらいてきそと显子。并非全部ぜんぶゆうmRNAてきかつ细胞よう经历这种剪接;剪接ざい原核げんかく细胞ちゅう存在そんざいてき

てんやく

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最終さいしゅう成熟せいじゅくてきmRNA接近せっきんかくとうたい,并在此处てんやく原核げんかく细胞ぼつゆう细胞かく,其转录和こぼし译可同時どうじ進行しんこう。而在かく细胞ちゅう,转录てき场所こぼし译的场所通常つうじょうぶん开的(前者ぜんしゃざい细胞かくきさきしゃざい细胞质),所以ゆえんmRNA必须したがえ細胞さいぼうかく轉移てんいいた細胞さいぼうしつなみざい細胞さいぼうしつちゅうあずかかくとうからだ结合。かく醣體かいさんみつ碼子讀取よみとmRNAうえてきしんいき一般いっぱんしたがえAUG開始かいしあるかく醣體連接れんせつゆうてきけいはじめかぶと硫氨さんみつ碼子開始かいしけいはじめ因子いんし延長えんちょう因子いんしてきふくごうぶつかいはた氨酰tRNA(tRNAs)おびにゅうかく醣體-mRNAふくごうぶつちゅうただようmRNAじょうてきみつ碼子のうあずかtRNAうえてきはんみつ碼子はいたいそく按照mRNAじょうてきみつ序列じょれつ加入かにゅう胺基さんとう一個個胺基酸串連成多肽的肽鏈後,就會開始かいしすりたたみなり正確せいかくてき構形。這個すりたたみてき過程かていかいいちちょく進行しんこうちょくいたげんさきてき肽的肽鏈したがえかく醣體しゃくいずるなみ形成けいせい成熟せいじゅくてき蛋白質たんぱくしつざいいち些情きょうしん合成ごうせいてき肽的肽鏈需要じゅよう經過けいかがく外的がいてき處理しょり才能さいのうなりため成熟せいじゅくてき蛋白質たんぱくしつ正確せいかくてきすりたたみ過程かてい相當そうとう複雜ふくざつてき,且可能かのう需要じゅよう他稱たしょうため分子ぶんしともてき幫忙。ゆう蛋白質たんぱくしつ本身ほんみかい進一しんいちきりわり,此時內部「捨棄」てき份即たたえため内含ないがん

DNA複製ふくせい

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さく中心ちゅうしんほう则的さいきさきいち,DNA必须ちゅう实地进行复制才能さいのう使遗传みつ码从亲代转移至子よしこだい。复制よし一群复杂的蛋白质完成的;这些蛋白たんぱく质打开ちょう螺旋らせん结构、DNAそう螺旋らせん结构,并利用りようDNA聚合酶及其しょう关蛋しろ,拷贝ある复制げんばん,以使新代にいしろ细胞あるつくえたいのうじゅうDNA → RNA →蛋白たんぱくてき过程。 DNA分子ぶんし存在そんざい构型样性,ざい遗传しんいきてき传递ひょう达过ほどちゅう,DNA构象存在そんざい左手ひだりて螺旋らせん及右しゅ螺旋らせんこう右手みぎて螺旋らせんてき转变过程,いん此应赋有核酸かくさん构象てき转换形式けいしき

ただゆうRNAもといんぐみてき病毒びょうどく

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ゆう病毒びょうどく含有がんゆうせい套以RNA形式けいしき编码てきもといんいん此他们只ゆうRNA→蛋白たんぱく质的编译形式けいしき

拟逆转录(病毒びょうどくDNA整合せいごういた宿主しゅくしゅDNA)

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近年きんねんざい植物しょくぶつ体内たいない发现りょう拟逆转录病毒びょうどく(pararetrovirus),这种病毒びょうどくてき遗传ぶつ质是そう链DNA,のうぞうぎゃく转录病毒びょうどくいち样,つう过把自己じこてきDNA整合せいごういたよせぬしてきもといん组DNAちゅうさい进行复制[3]

遗传しんいきてき特殊とくしゅ传递

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ぎゃく转录

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寻常てきしんいきりゅう动特以绿しょくあたま标示。

ざい中心ちゅうしんほう则被详细阐述きさきにん们发现了ぎゃく转录病毒びょうどく[4]れい如,人類じんるい免疫めんえき缺陷けっかん病毒びょうどく(HIV)かずざいかく生物せいぶつなかはん转录转座はしつぶてき合成ごうせい。这些病毒びょうどくどおり过一种叫做ぎゃく转录酶てき催化,以RNA为模ばんぎゃく转录合成ごうせいcDNAさいよしcDNA转录RNA。这肯定こうていりょうRNAこうDNA转录てき存在そんざいひと们最はつ以为这种现象仅出现于病毒びょうどくちゅうただしざい最近さいきんざい高等こうとう动物ちゅうまた发现りょうRNAこうDNA转录てきぎゃく转录转座

RNA複製ふくせい

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ゆう病毒びょうどくてき遗传ぶつ质是RNA分子ぶんしもたれRNA复制而传だい,以RNA为模いたてきRNA复制酶催化合成ごうせいRNA分子ぶんし,RNA复制酶中缺乏けつぼう校正こうせいこうのう,复制时错误率很高。RNA复制酶只对病毒びょうどく本身ほんみてきRNAおこり作用さよう,而不かい作用さよう宿主しゅくしゅ细胞ちゅうてきRNA分子ぶんし[5]

RNA编辑ざい其中てきRNA序列じょれつよし蛋白たんぱく质的复合体がったいいち个“引导RNA”あらため变,也可以看さくいち种RNAいたRNAてき转移。

RNAてき催化こうのう

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ひと们一直认为生物体内的各种生化反应都是由酶来催化完成的,而RNA仅是そん贮与传递しんいきあずか酶的催化はん应无关。かくとう核酸かくさん酶PいちかくそくよしいちRNA分子ぶんし发挥催化活性かっせい,它是だいいち个被发现てき蛋白たんぱく以外いがい具有ぐゆう催化活性かっせいてき生物せいぶつ大分おおいた。它的こうのう剪切tRNA分子ぶんしちゅうRNAじょうあまりてきあるぜんからだてきあまり序列じょれつ[6]。RNA以不どおり过蛋しろ质而直接ちょくせつひょう现出本身ほんみてきぼう些遗传信いき,而这种信いき并不以核苷酸三联密碼来编码。

直接ちょくせつ以DNA为模ばん合成ごうせい蛋白たんぱく

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有人ゆうじんざい一些离体实验中观察到,いち些与蛋白たんぱく合成ごうせい抑制よくせい剂类抗生こうせいもとしん霉素链霉もとのう扰乱かくとうからだ对信使てき选择,从而接受せつじゅ单链DNA分子ぶんし代替だいたいmRNA,しかきさき以单链DNA为模ばん,按かく苷酸顺序转译なり肽的胺基さん顺序[7]。另外还有研究けんきゅう表明ひょうめい,细胞かくさとてきDNA直接ちょくせつ转移いた细胞质中てきかくとうたいじょう需要じゅようどおり过RNA也可以控せい蛋白たんぱく质的合成ごうせい[8]

DNA也具有ぐゆう酶活せい

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1994ねん乔依斯えいG.F.Joyceとうひと发现いち人工じんこう合成ごうせいてきDNA分子ぶんし具有ぐゆう一种特殊的磷酸二酯酶活性。此后またゆうれい报道人工じんこう合成ごうせいてきDNA序列じょれつ具有ぐゆうかく不同ふどうてき酶活せい。1995ねん中国ちゅうごく学者がくしゃおうりつとうひと发现从多种生ぶつちゅうひさげ取的とりてきDNAひとし具有ぐゆう酯酶活性かっせいのう催化おつさん萘酯みずかい萘酚おつさん。这种较弱てき酯酶活性かっせい是非ぜひとく异性DNAてき一般いっぱんせい质,并不需要じゅよう特定とくてい序列じょれつてきDNA编码。

中心ちゅうしんほう则的扩充

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かつさとかつざい上述じょうじゅつへん1970ねんてき文章ぶんしょう中指なかゆび中心ちゅうしん法則ほうそく雖然たい指導しどう實驗じっけん很有ようただしおう該被とうなり教條きょうじょう

したがえかつさとかつ发表1970ねんへん文章ぶんしょう以來いらい,很多しん發現はつげん說明せつめいりょう中心ちゅうしん法則ほうそく补充发展てき必要ひつよう

うたて译后おさむ

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たい於大おだい份的蛋白質たんぱくしつらいせつ,這是蛋白質たんぱくしつ生物せいぶつ合成ごうせいてき最後さいご驟。蛋白質たんぱくしつてきこぼし译後修飾しゅうしょくかいじょう其他てき生物せいぶつ化學かがく官能かんのうだん改變かいへん氨基さんてき化學かがく性質せいしつある造成ぞうせい結構けっこうてき改變かいへんらい擴闊蛋白質たんぱくしつてきこうのう。酶可以從蛋白質たんぱくしつてきN末端まったんうつりじょ氨基さんあるしたがえ中間ちゅうかんはた肽鏈剪開。舉例らいせつ,胰島もと肽的げきもと,它會ざい建立こんりゅうそう硫鍵剪開兩次りょうじなみざい鏈的中間なかまうつりはし肽前たい,而形成けいせいてき蛋白質たんぱくしつ包含ほうがんりょうりょうじょう以雙硫鍵連接れんせつてき肽鏈。其他修飾しゅうしょく,就像磷酸ひかえせい蛋白質たんぱくしつ活動かつどうせいてき一部いちぶ份。蛋白質たんぱくしつ活動かつどう以是れい酶活せいある鈍化どんか

蛋白たんぱく质的内含ないがん

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蛋白たんぱく质有剪接现象,あずかmRNAしょうどう,一些蛋白质前体具有内含子(intein)序列じょれつ序列じょれつちゅう间的ぼう区域くいき加工かこう切除せつじょ剩余じょうよ部分ぶぶんてき蛋白たんぱく质外显子(extein)じゅうしん连接为蛋しろ分子ぶんし[10]

DNAきのえはじめ

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ひょうかん遺傳いでんがく研究けんきゅうざいぼつゆう細胞さいぼうかくDNA序列じょれつ改變かいへんてき情況じょうきょうもといんこうのうてき可逆かぎゃくてき遺傳いでんてき改變かいへん。这些改變かいへん包括ほうかつDNAてきおさむ饰(如甲もとおさむ饰)、RNA扰、组蛋しろてきかく种修饰等。也指生物せいぶつ發育はついく過程かていちゅう包含ほうがんてきほどじょてき研究けんきゅうざい這兩しゅ情況じょうきょう研究けんきゅうてき對象たいしょう包括ほうかつざいDNA序列じょれつちゅう包含ほうがんてきもといん調ちょうひかえしんいき如何いかでん遞到(細胞さいぼうある生物せいぶつたいてきしたいちだい這個問題もんだい。其主よう研究けんきゅう内容ないよう包括ほうかつだい致两方面ほうめん内容ないよう。一类为基因选择性转录表达的调控,ゆうDNAきのえはじめもといんしるし记,组蛋しろども价修饰,染色せんしょく质重塑。另一类为基因转录后的调控,包含ほうがんもといん组中编码てきRNA,微小びしょうRNA,はん义RNA,内含ないがん及核とう开关とう

DNAきのえはじめためDNA化學かがく修飾しゅうしょくてきいちしゅ形式けいしきのうざい改變かいへんDNA序列じょれつてき前提ぜんてい改變かいへん遺傳いでん表現ひょうげんためがい遺傳いでんへん碼(epigenetic code)てきいち部分ぶぶんいちしゅがい遺傳いでんせい。DNAきのえはじめ過程かていかい使きのえはじめ添加てんかいたDNA分子ぶんしじょうれい如在胞嘧啶環てき5'碳上:這種5'方向ほうこうてきDNAきのえはじめ方式ほうしき所有しょゆう脊椎動物せきついどうぶつ[11][12]

非核ひかくとうからだ合成ごうせい

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非核ひかくとうからだ合成ごうせい(non-ribosomal peptide synthetase,NRPS)ざい细菌きんちゅう经过かくとうたい利用りよう标准氨基さん蛋白たんぱく氨基さん及其一些不是氨基酸的化合物(如水にょすい杨酸、吡啶羧酸とう)、以信使かくとう核酸かくさん(mRNA)为模ばん,也不需要じゅよう转移かくとう核酸かくさん(tRNA)为携带工てき特殊とくしゅてき合成ごうせいけい统中おこり关键作用さようてき一类特殊的酶。通常つうじょうよし一系列组件顺序排列组成,まい个组けん负责一个反应循环,包括ほうかつ对选择性そこ物的ぶってき识别并将其活化成かせいしょう应的せん苷酸化合かごうぶつきょう价中间物てき固定こてい肽键てき形成けいせい。这种顺序排列はいれつてき组件そく构成りょう该酶しょ合成ごうせい肽的いち种模ばん。这些肽可以是线状ある环状てき,并且经常やめ经被广泛学修がくしゅう饰。

蛋白たんぱく质可さく合成ごうせいDNAてきばん

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美国びくにMount.Sinai医院いいんてき研究けんきゅうじん员发现了いち种叫Rev1 DNA聚合酶的蛋白たんぱく质,它可以为DNA复制提供ていきょう编码しんいき。许多致癌ぶつ质会倾向于破坏DNAてき鸟嘌呤(G),あるものやぶ坏鸟嘌呤与胞嘧啶(C)てきはい对,这些都会とかい导致DNA错配てき发生。しん发现てき蛋白たんぱく质可以以自身じしん为模ばんざい复制链上いち个胞嘧啶,这个胞嘧啶无论鸟嘌呤いやざいDNA链中存在そんざい都会とかいRev1じょうてきざいDNA复制时可以利用りよういちじょう单链,すえ碱基はい对原则复せい出新いでしんてきDNA链。细胞利用りよう这种崭新てきつくえせいざい含有がんゆう致癌ぶつ质的じょう况下对受损的DNA进行复制。这是だい一次发现蛋白质可以作为一种合成DNAてきばん[13]

朊毒たい

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朊毒たいどおり过改变其蛋白たんぱく质的构象らい进行自身じしんせい确复せいてきいち类蛋しろ质。也就蛋白たんぱく质→蛋白たんぱく质。这种具有ぐゆう感染かんせんせいてき因子いんし主要しゅようよし蛋白たんぱく质组なり具有ぐゆう感染かんせんせいてき因子いんしPrpSCあずか正常せいじょう因子いんしPrPCざい形状けいじょうじょうゆういちてん不同ふどう科学かがく推测这种变形てき蛋白たんぱく质会引起正常せいじょうてきPrPC转变なり具有ぐゆう感染かんせんせいてき蛋白たんぱく质,这种连锁はん应使どく正常せいじょうてき蛋白たんぱく质和致病てき蛋白たんぱく因子いんしなる为新どく朊。

たい中心ちゅうしんほう作為さくい研究けんきゅう策略さくりゃくてき批評ひひょう

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いちけい生物せいぶつがくいえ认为中心ちゅうしんほう则有时会滥用さくいち研究けんきゅう策略さくりゃく们认为,批判ひはんいた套用中心ちゅうしんほう则,かいだい认识细胞发育疾病しっぺいてき难度。中心ちゅうしんほう则会つねとうさくいち简化论研究けんきゅう策略さくりゃく,从小处着眼ちゃくがんくわだてもとめよう分子生物学ぶんしせいぶつがくかい一切いっさい生物せいぶつ现象。虽然这些研究けんきゅうじん员不かい执拗于中心ちゅうしんほう则的具体ぐたいかい读,ただし们会认为这种简化论研究けんきゅう策略さくりゃくかい阻碍そがいじん们去理解りかい一些无法单独靠分子相互作用解释的复杂系统[14]

まいり

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參考さんこう文獻ぶんけん

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  1. ^ Crick, F.H.C. (1958): On Protein Synthesis.页面そん档备份そん互联网档あん) Symp. Soc. Exp. Biol. XII, 139-163. (pdf, early draft of original article)
  2. ^ Crick, F. Central dogma of molecular biology. (PDF). Nature. August 1970, 227 (5258): 561–3 [2012-11-23]. Bibcode:1970Natur.227..561C. PMID 4913914. doi:10.1038/227561a0. (原始げんし内容ないようそん (PDF)于2020-01-26). 
  3. ^ Temin HM. Reverse transcription in the eukaryotic genome: retroviruses, pararetroviruses, retrotransposons, and retrotranscripts. Mol. Biol. Evol. November 1985, 2 (6): 455–68 [2012-11-23]. PMID 2835576. (原始げんし内容ないようそん于2019-09-24). 
  4. ^ HOWARD M. TEMIN, SATOSHI MIZUTANI. Viral RNA-dependent DNA Polymerase: RNA-dependent DNA Polymerase in Virions of Rous Sarcoma Virus. Nature. 1970-06, 226 (5252): 1211–1213 [2018-04-02]. ISSN 1476-4687. doi:10.1038/2261211a0 えい语). 
  5. ^ Ahlquist P. RNA-dependent RNA polymerases, viruses, and RNA silencing. Science. May 2002, 296 (5571): 1270–3. Bibcode:2002Sci...296.1270A. PMID 12016304. doi:10.1126/science.1069132. 
  6. ^ 英文えいぶんGuerrier-Takada C, Gardiner K, Marsh T, Pace N, Altman S. The RNA moiety of ribonuclease P is the catalytic subunit of the enzyme. Cell. 1983, 35 (3 Pt 2): 849–57. PMID 6197186. 
  7. ^ B. J. McCarthy and J. J. Holland. Denatured DNA as a Direct Template for in vitro Protein Synthesis. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States. September 15, 1965, 54 (3): 880–886. Bibcode:1965PNAS...54..880M. PMC 219759 . PMID 4955657. doi:10.1073/pnas.54.3.880. 
  8. ^ .T. Uzawa, A. Yamagishi, T. Oshima. Polypeptide Synthesis Directed by DNA as a Messenger in Cell-Free Polypeptide Synthesis by Extreme Thermophiles, Thermus thermophilus HB27 and Sulfolobus tokodaii Strain 7. The Journal of Biochemistry. 2002-04-09, 131 (6): 849–853. PMID 12038981. 
  9. ^ 原文げんぶん:“Although the details of the classification proposed here are plausible, our knowledge of molecular biology, even in one cell -- let alone for all the organisms in nature -- is still far too incomplete to allow us to assert dogmatically that it is correct.
  10. ^ Anraku Y, Mizutani R, Satow Y. Protein splicing: its discovery and structural insight into novel chemical mechanisms. IUBMB Life. 2005, 57 (8): 563–74. PMID 16118114. doi:10.1080/15216540500215499. 
  11. ^ Dodge, Jonathan E.; Bernard H. Ramsahoyeb; Z. Galen Woa; Masaki Okanoa, En Li. De novo methylation of MMLV provirus in embryonic stem cells: CpG versus non-CpG methylation. Science Direct. May 2002 [2012-11-23]. (原始げんし内容ないようそん于2019-02-15). 
  12. ^ Haines, Thomas R.; Rodenhiser, David I.; Ainsworth, Peter J. Allele-Specific Non-CpG Methylation of the Nf1 Gene during Early Mouse Development. Science Direct. Dec 2001 [2012-11-23]. (原始げんし内容ないようそん于2019-02-15). 
  13. ^ Nair DT, Johnson RE, Prakash L, Prakash S, Aggarwal AK. Rev1 employs a novel mechanism of DNA synthesis using a protein template.. Science. 2005 Sep 30;309(5744): 2219–22. 
  14. ^ Werner,2005

外部がいぶ連結れんけつ

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