蛋白质如何在细胞内实现转录表达

2．中心法则

前面已经提到DNA分子有自我复制的功能，通过复制能把原有的遗传信息原封不动地保留下来，保证了遗传信息的世代相传。但是，核酸分子和其他化学分子一样并不是一成不变的，在体内外各种因素的影响下，它们经常都在变化中。因此，在核酸分子复制自体的过程中，如果发生碱基的缺失、增加、取代或重组等情况，那么核酸分子的这种变化就会反映到遗传密码或生物性状的变异中来。例如，在控制血红蛋白会成的密码中，如果GAA或GAG中的碱基发生变化，A变成了U或者U取代了人那么GAG和GAA就变成了GUU或GUG，这样由它们所控制合成的氨基酸也就由原来的谷氨酸变成了丙氨酸，从而影响到整个血红蛋白分子的正常生理功能，发生镰形红血球贫血症。由此可见，通过核酸分子中所携带的遗传密码的变化，就使生物体具有无限变异的潜能。

DNA作为基因的化学实体，仅仅有复制和变异还是不够的。它还应当能够指导蛋白质的合成，使蕴藏在自身的遗传信息转变为生物体的各种性状。这是一个非常关键或核心的问题。

分子遗传学的研究表明，DNA作为蛋白质的合成的模板并不是直接参与蛋白质的合成，而是通过一个中介物———RNA来起作用的。也就是说，DNA分子所携带的遗传信息，首先要通过转录，把它记录在RNA分子上，然后再通过RNA这个直接模板去指导蛋白质的合成。

DNA转录

所谓转录，是在RNA聚合酶的催化下，以DNA为模板会成RNA的过程。转录时，DNA双螺旋解开，然后以其中的一条链为模板。这条链能为RNA和蛋白质编码，因此叫做编码链。在RNA聚合酶的作用下，编码链根据碱基互补配对的原理，进行RNA链的合成。所，开的区域又重新螺旋化，恢复原来的状态。转录是在核酸内部发生的信息转移过程，其结果是在DNA分子的不同部位合成出三种RNA，即m－RNA、t－RNA、r－RNA。它们被合成后即从细胞核转移到细胞质中，各起着不同的生物学作用。

m－RNA（信使RNA）含有合成蛋白质所需要的信息，是细胞蛋白质合成的直接模板。r－RNA（核糖体RNA）和细胞中原有的一些蛋白质结合形成核糖体，核糖体的作用好像“装配机”，是细胞蛋白质合成的“车间”。t－RNA（运载RNA）形似三叶草，在它的一端（上面为ACC一端）可与特定的氨基酸结合，另一端则带有和m－RNA所携带的碱基互补的碱基，即如果d协议上的碱基顺序是CCC，那么t－RNA上的碱基顺序则为GGC。t－RNA的作用就是把细胞中游离的氨基酸运送到核糖体上，在那里按照m－RNA的秩序排列连接起来，最终完成蛋白质的合成。

接下来是核酸分子中的遗传信息如何转变为生物体的各种性状。换言之，核酸分子中的核苷酸顺序为蛋白质分子中的氨基酸顺序。在这里，遗传密码起着关键的作用。人们把这个遗传信息从核酸流向蛋白质的过程，即以m－RNA为模板合成蛋白质的过程，叫做翻译或转泽。转择与转录不同，它是发生在核酸和蛋白质两类不同分子间的化学过程，传译的结果不是产生核酸分子而是合成蛋白质分子。通过转录和转择这两个生物学过程，细胞内的蛋白质合成就完成了。

1958年，克里克把遗传信息由DNA→m－RNA→蛋白质的传递过程，叫做中心法则。中心法则说明遗传信息在两类不同的生物大分子之间的转移都是单向的、不可逆的，只能从DNA到RNA，从RNA到蛋白质。这两种信息的转移在所有生物的细胞中都得到了证实。

20世纪70年代以来，在深入研究RNA病毒致癌机理过程中，美国的科学家蒂明和巴尔蒂姆分别在RNA肿瘤病毒中发现和证实有一种反向转录酶的存在。在这种酶的参与下，这种病毒可以用RNA为模板，反向地合成DNA，然后再以这段病毒DNA为模板，互补地合成RNA。这是RNA病毒复制的另一种形式。

这里遗传信息的转移可以分为两类。一类用实线箭头表示，包括DNA的复制、RNA的转录和蛋白质的转译。另一类用虚线箭头表示，包括RNA的复制、RNA反向转录为DNA和从DNA直接转译为蛋白质。前一类的信息转移普遍存在于所有生物细胞中，后一类的信息转移只在RNA病毒中存在。至于遗传信息从DNA到蛋白质的转移，只是一种理论上的可能性在活细胞中迄今尚未发现。

中心法则的实质是，遗传信息一旦转移到蛋白质分子之后，就不能再从蛋白质分子中转移出来。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可以通过碱基互补配对来实现。但从核酸到蛋白质的信息转移则需要通过极为复杂的转译机构来完成，而这个机构迄今所知是不能反向转译的。中心法则合理地说明了在细胞的生命活动中，蛋白质和核酸这两类生物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则是进行新陈代谢活动和作为细胞结构的组成成分。所以拉马克的获得性遗传是没有科学根据的。

从全面看，固定DNA控制着蛋白质的合成，决定着蛋白质的遗传性质，但是核酸分子自身的复制、转录等生物学功能的发挥，也是离不开蛋白质（特别是酶）的控制的，离开了蛋白质或有关酶的参与，核酸分子的复制、转录等生理过程也不能进行。因此，在生物体中，蛋白质和核酸就是这样形成了一种既相互联系又相互制约的自动控制体系，不断地进行自我复制、自我更新，使生命的存在、延续和发展成为可能。