中心法則Central Dogma

看過新世紀福音戰士的人,應該都知道「中央大垂直溝(Central Dogma)」
故事中指的是
NERV總部內,金字塔狀的控制中心,底下放著Lilith的遺體。
但這個名詞是有根據的,也就是今天我們要介紹給各位,多數人都曾學過的一件事。

分子生物學的中心法則(The central dogma of molecular biology1958年由佛朗西斯·克里克提出,並於1970年在《Nature》期刊中重申其義:
「說明連串信息的逐字傳送,遺傳信息不能由蛋白質轉移回蛋白質或核酸。」

這是什麼意思呢?可以簡單的由下圖得知,一般情況下DNA可轉錄為RNARNA再轉譯成蛋白質
DNA則可透過蛋白質的幫助來自我複製,在某些特殊情況下,RNA能反轉錄回DNA,甚至可以藉由特殊的蛋白質自我複製。

 Extended_Central_Dogma_with_Enzymes

(Central Dogma示意圖,橘色箭頭為通常路徑,綠色虛線箭頭則是特殊情況。)

轉錄(transcription是指DNA轉換到RNA的過程,會需要RNA聚合酶(RNA polymerase轉錄因子(Transcription Factor來共同完成。
經由轉錄所得到的
RNA有許多種,其中能夠往下合成蛋白質的被稱之為信息RNAmessenger RNA, mRNA,經由轉錄後修飾成為成熟的mRNA

成熟的mRNA會被送出細胞核,接著在核糖體RNAribosomal RNA, rRNA的作用下開始進行轉譯(translation
伴隨著攜帶各種不同胺基酸的轉運核糖
RNAtransfer RNA, tRNA的幫助下,以三個密碼子為單位,將所攜帶的胺基酸逐一串接,形成肽鏈。
肽鏈經過正確的摺疊,便是成熟的蛋白質
 

DNA的自我複製則是項複雜的工作,需要各種不同的蛋白質參與其中,包含打開超螺旋結構、打開DNA雙股螺旋、DNA聚合酶開始聚合、DNA連接酶將lagging strand的岡崎片段連接起來等步驟。我們可以藉由以下一段3D影片來了解DNA複製的流程。

 

目前這套中心法則可套用在絕大多數的生命,只有在少部分特殊情況例外:

1.      反轉錄
RNA藉由反轉錄酶(reverse transcriptase轉變為DNA的過程,這會出現在反轉錄病毒身上,例如HIV病毒,它們本身也是以RNA形式作為基因組編碼。

2.      RNA複製
RNA透過RNA複製酶(RNA replicase進行自我複製的過程。這會出現在以反義股RNA作為基因組編碼的病毒上。

3.      DNA為模板直接生成蛋白質
在某些蛋白質合成抑制劑,如新黴素和鏈黴素的作用下,會干擾核糖體,使其接受以單股
DNA作為模板來生成蛋白質。

4.      蛋白質的自我同化
這目前只被發現在朊毒體(
Prion, 普利昂蛋白)上,也就是鼎鼎大名的狂牛症病原
它是一種變性蛋白,具有感染性的變性蛋白
PrpSC會將正常的PrpC轉變為同樣具有感染性的PrpSC,這樣的連鎖反應會造成患者腦組織空洞海綿化。

 

雖然這套中心法則Central Dogma一直被分子生物學視為教條,但我們要知道這並不是絕對。
正如上述的例外們,也許這世界還有更多生命以我們尚未理解的形式存在,或是曾經存在著,千萬不能被這一套簡化的法則給侷限住。

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