分子生物学与中心法则

分子生物学与中心法则

分子生物学是在分子水平上研究生命现象的科学。通过研究生物大分子(核酸、蛋白质)的结构、功能和生物合成等方面来阐明各种生命现象的本质。分子生物学的发展大致可分为以下三个阶段。

（一）准备和酝酿阶段

19世纪后期到20世纪50年代初，是现代分子生物学诞生的准备和酝酿阶段。在这一阶段产生了两点对生命本质的认识上的重大突破：

1.确定了蛋白质是生命的主要基础物质

19世纪末Buchner兄弟证明酵母无细胞提取液能使糖发酵产生酒精，第一次提出酶（enzyme）的名称，酶是生物催化剂。20世纪20-40年代提纯和结晶了一些酶（包括尿素酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、黄酶、细胞色素C、肌动蛋白等），证明酶的本质是蛋白质。随后陆续发现生命的许多基本现象（物质代谢、能量代谢、消化、呼吸、运动等）都与酶和蛋白质相联系，可以用提纯的酶或蛋白质在体外实验中重复出来。

2.确定了生物遗传的物质基础是DNA

1944年O.T.Avery等证明了肺炎球菌转化因子是DNA；1952年A.D.Hershey和M.Cha-se 用DNA35S和32P分别标记T2噬菌体的蛋白质和核酸，感染大肠杆菌的实验进一步证明了是遗传物质。在对DNA结构的研究上，1949-52年S.Furbery等的X-线衍射分析阐明了核苷酸并非平面的空间构像，提出了DNA是螺旋结构；1948-1953年Chargaff等用新的层析和电泳技术分析组成DNA的碱基和核苷酸量，积累了大量的数据，提出了DNA碱基组成A=T、G=C的Chargaff规则，为碱基配对的DNA结构认识打下了基础。

（二）现代分子生物学的建立和发展阶段

这一阶段是从50年代初到70年代初，以1953年Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构模型作为现代分子生物学诞生的里程碑开创了分子遗传学基本理论建立和发展的黄金时代。在发现DNA双螺旋结构同时，Watson和Crick就提出DNA复制的可能模型。其后在1956年A.Kornbery首先发现DNA聚合酶；1958年Meselson及Stahl用同位素标记和超速离心分离实验为DNA半保留模型提出了证明；1968年Okazaki（冈畸）提出DNA不连续复制模型；1972年证实了DNA复制开始需要RNA作为引物；70年代初获得DNA拓扑异构酶，并对真核DNA聚合酶特性做了分析研究；这些都逐渐完善了对DNA复制机理的认识。

（三）初步认识生命本质并开始改造生命的深入发展阶段

1967-1970年R.Yuan和H.O.Smith等发现的限制性核酸内切酶为基因工程提供了有力的工具； 1972年Berg等将SV-40病毒DNA与噬菌体P22DNA在体外重组成功，转化大肠杆菌，使本来在真核细胞中合成的蛋白质能在细菌中合成,打破了种属界限；1977年Boyer等首先将人工合成的生长激素释放抑制因子14肽的基因重组入质粒，成功地在大肠杆菌中合成得到这14肽；1978年Itakura（板仓）等使人生长激素191肽在大肠杆菌中表达成功；1979年美国基因技术公司用人工合成的人胰岛素基因重组转入大肠杆菌中合成人胰岛素。至今我国已有人干扰素、人白介素2、人集落刺激因子、重组人乙型肝炎疫苗、基因工程幼畜腹泻疫苗等多种基因工程药物和疫苗进入生产或临床试用，世界上还有几百种基因工程药物及其它基因工程产品在研制中，成为当今农业和医药业发展的重要方向，将对医学和工农业发展作出新贡献。

二．中心法则的定义

1.DNA是自身复制的模板；

2.DNA通过转录作用将遗传信息传递给中间物质RNA；

3.RNA通过翻译作用将遗传信息表达成蛋白质。

中心法则揭示了遗传信息的传递方向，反映了DNA、RNA和蛋白质之间的相互关系。在某些病毒中的RNA自我复制（如烟草花叶病毒等）和在某些病毒中能以RNA为模板逆转录成DNA的过程（某些致癌病毒）是对中心法则的补充.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.

三. 中心法则的产生背景

最早由克里克于1958年提出，用以表示生命遗传信息的流动信息方向或传递规律。由于当时对转录，翻译，遗传密码，肽链折叠等都还了解不多，当时的中心法则带有一定的假设性质。在DNA结构提出后，克里克最初提出中心法则是: 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项的，不可逆的，只能从DNA到RNA，从RNA到蛋白质。这两种形式的信息转移在所有生物的细胞中得到了证实。

随着生物遗传规律的进一步探索，中心法则也逐步得到了完善和证实。1970年H.M.特明和D.巴尔的摩在一些RNA分子致癌病毒中发现它们的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199年重申了中心法则的重要性，提出了更为完整的图解形式。

四．中心法则的重要意义

遗传信息传递规律的中心法则(Central Dogma),是现代生物学中最基本、最重要的规律之一,该法则的产生有其深刻的科学思想和科学社会基础.自其产生以后,随着研究的深入,内容和形式都得到了丰富和修正,显示出其核心思想不是简单的单向决定作用,而是复杂的相互作用,确立这一核心思想有助于预测其未来的发展.中心法则在探讨生命现象的规律方面显示出巨大的作用,极大地推动了生物科学的发展,是现代生物学的理论基石,它阐释了在遗传的过程中信息传递的路径，这为后来的基因工程计划、蛋白质工程提供了可行性的基础，并为生物学基础理论的统一指明了方向,在生命科学史上占有重要的地位.

殷樱安泰经济与管理学院

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