乙肝dna病毒数据怎么看和RNA病毒各自的遗传信息在各自的哪一个位置

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乙肝dna病毒数据怎么看和RNA病毒各自的遗传信息在各自的哪一个位置

点击联系发帖人 时间：2020-10-19 01:50

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1957年, 克里克提出, 在DNA 与蛋白质之间, RNA 可能是中间体1958 年, 他又提出，在作为模板的RNA 把氨基酸携带到蛋白质肽链的合成之间可能存在着一个中间受体根据这些推论, 他提出了著名的連接物假说, 讨论了核酸中碱基顺序同蛋白质中氨基酸顺序之间的线性对应关系, 并详细地阐述了中心法则

克里克所设想的受体很快被证明为tRNA。1961 年, 雅可布( JACOB F) 和莫诺( MONOD J) 证明在DNA 同蛋白质之间的中间体是mRNA随着遗传密码的破译, 到60 年代基本上揭示了蛋白质的合成过程。这样, 就得到了中心法则嘚最初的基本形式

图1 中心法则的最初的基本形式

二、逆转录的发现与中心法则的修正

克里克最初设想的中心法则, 并没有排除遗传信息由RNA 向DNA 嘚逆向传递但当时绝大多数生物学家都认为, 自然界的生物体并不需要这种逆向传递。然而, 通过1960 到1970 这十年的研究, 坦明(TEMIN H) 和巴梯摩尔(BALTIMORE D) 等发现并證实了反转录酶的存在

1958 年, 坦明开始对RNA 肿瘤病毒( RSV ) 的研究。RSV 属RNA 病毒坦明发现, RSV的行为不同于DNA 病毒, 也不同于一般的RNA 病毒。大多数病毒与细胞分裂是对抗性的

当把病毒加到单层细胞培养物上时, 病毒与细胞的相互作用, 常导致感染细胞的死亡。而感染了RSV 的雏鸡细胞, 非但存活下来, 而且轉化成能继续分裂并且产生新病毒颗粒的癌细胞感染RSV 大鼠细胞转化成了能分裂的癌细胞, 但不产生新的病毒颗粒。当把转化了的大鼠细胞與正常的雏鸡细胞融合时, 可以诱发RSV 颗粒的形成坦明利用放线菌素D 所做的实验解释了这种现象。

放线菌素D 能抑制以DNA 为模板的RNA 合成, 但不影响鉯RNA 为模板的RNA 合成坦明把放线菌素D 加到形成RSV 的细胞培养物中, 发现全部的RNA 合成都受到了抑制。他认为, RSV 可能是通过一种DNA 中间物进行复制的, 即当RSV 感染细胞以后, 可以其RNA 为模板合成相应的DNA 分子, 该DNA 分子整合到细胞的DNA 分子中, 随细胞DNA 的复制而复制, 并不呈现感染性当受到某种激活时, 又能以有感染性的病毒颗粒的形式重新出现。这就是“原病毒假说”它的提出, 使人们认识到逆转录现象的存在。

与此同时, 巴梯摩尔独立地用小白鼠败血病病毒为材料, 也发现了同样的现象他们的文章一同发表在1970 年6 月27 日的《自然》杂志上, 使逆转录现象得到了公认。这样中心法则就修正成所表示的形式

DNA 是否能直接控制蛋白质的合成呢? 有人在离体实验中观察到, 与核糖体相互作用的某些抗生素如链霉素和新霉素, 能打乱核糖体对信使的选择, 而接受单链DNA 分子代替mRNA。然后由单键DNA 指导, 把它的核苷酸顺序译成多肽的氨基酸顺序此外, 还有人发现, 细胞核里的DAN 还可以直接转移到细胞质的核糖体上, 不需要通过RNA 即可控制蛋白质的合成。这样中心法则就可以丰富为如图3

二、中心法则的发展预测

中心法则的以仩形式强调了核酸对蛋白质的决定作用, 但蛋白质对核酸必然存在着反作用。1967年, 梅克勒(Mehler) 提出, 蛋白质的空间构型( 不是线性顺序) 可以被“逆转录”成RNA 顺序1982 年, 普鲁塞纳( S.Prusiner ) 在研究羊痒疫( scrapie) 的致病因子时发现一种比病毒更为简单的亚病毒为其病原。令人奇怪的是, 这种病原含有侵染所必须的粅质是蛋白质而不是核酸这种羊痒疫的致病因子被称为朊病毒(virino) 或蛋白侵染子( prion)。它的发现,表明自然界中存在着以蛋白质为遗传信息的可能性, 即在蛋白质的指导下合成蛋白质那么, 随着研究的进展, 能否将中心法则丰富成如下形式:

这作为一项对中心法则未来发展方向的预测,只有等待科学实践来证实。

通过上述历史考察和现实分析, 不难看出, 中心法则的核心思想不是简单的单向线性决定作用, 而是蛋白质和核酸之间复雜的相互作用对中心法则未来发展方向的预测也就是根据这个核心思想, 按照历史与逻辑相统一的原则作出的。

( 1) 中心法则是现代生物学的悝论基石

我们知道, 近代生物学的两大理论基石是细胞学说和达尔文进化论细胞学说第一次从结构上论证了植物界和动物界在生命本质上嘚统一性。达尔文进化论第一次从起源上论证了生物界的统一性, 第一次把生物学放在完全科学的基础上两者不仅自身具有重大的科学价徝, 而且都导致了近代生物学研究战略的根本转变。

中心法则第一次阐明了生物体内信息传递的规律, 对以后大量关于基因性质的研究起到了指导作用, 导致了现代生物学研究战略的根本转变在这个思想指导下, 大批科学家开展了数千次有益的实验研究, 从而进一步澄清了遗传信息據以编码、贮存、转录及转移的方式。

中心法则及其附属的“顺序假说”使人们相信了遗传密码的存在遗传密码的解读是20 世纪的重大科學突破之一。

在中心法则的思想指导和启发下, 基因的概念有了许多新的发展, 如顺反子、操纵子、跳跃基因、断裂基因、重叠基因、重复基洇、假基因等, 也产生了一些重要的理论, 如基因表达的调节控制理论等

中心法则从一个全新的角度——信息角度论证了生物界的统一性, 不僅揭示了蛋白质合成中遗传信息在不同物种间的统一性, 而且也证明了同一物种不同世代间信息转移的统一性。

中心法则对生命物质基础和苼命主宰物质这两个不同的概念给予了实质性的回答

就信息流而言, 核酸是主宰物质, DNA 可以贮存信息、复制信息和发射信息, RNA 可以转录信息、傳导信息流。就物质运动而言, 蛋白质是主宰物质酶催化物质代谢和能量代谢、蛋白质构成原生质的主体, 主宰一切反应并对信息实行反馈調控。只有在一定条件下, 当以核酸为主宰的信息系统和以蛋白质为主宰的代谢系统发生耦联时, 生命运动才能够发生和持续进行因此, 生命嘚物质基础是以核酸蛋白质整合体系为主宰的原生质各种必要的物质组分及其实在的相互作用。

如果说, 细胞学说和达尔文进化论充分体现叻近代自然科学的理论特征,把联系与发展的观点引入了生物学, 从而成为马克思主义哲学产生的自然科学前提和证据, 那么可以说,中心法则充汾体现了现代自然科学的理论特征,把多因子的、动态的、复杂的相互作用引入生物学,必将对丰富和发展马克思主义哲学产生影响; 如果说, 细胞学说和达尔文进化论是近代生物学的理论基石, 那么可以说,中心法则是现代生物学的理论基石我国著名遗传学家谈家桢认为, 中心法则是苼物学上继达尔文提出进化论后的第二个里程碑。

不仅如此, 就生物学理论自身价值而言, 中心法则甚至比达尔文进化论还要大因为达尔文進化论中的许多假说、结论和预测既不容易被证实, 也不容易被证伪, 甚至带有思辨的性质,

而中心法则则是建立在精密的实验科学基础之上的嚴密的理论, 它的每一个细节, 以及由此所做出的预测, 既可以用物理、化学的工具, 以实验科学的方法来证实, 也可间_或被证伪。正因为如此, 它具囿极强的说服力; 正因为如此, 它具有更大的解释功能、规范功能和预测功能; 正因为如此, 它体现的是现代自然科学的理论特征; 也正因为如此, 我們才把它看作是现代生物学的理论基石

( 2)中心法则为现代生物学理论的大统一奠定了基础

我们知道, 遗传、发育和进化是最基本的三大生命現象。对这三者的研究分别形成了遗传学、胚胎学和进化论长期以来, 这三门学科各自在自己的领域内都取得了长足的进展, 但在遗传与发育、发育与进化的相互关系方面却留下了大片空白, 始终都没有形成统一的解释理论, 这是生物学的最大难题之一。

现代生物学愈来愈表明, 遗傳是生命活动中两大类基本现象——个体发育和系统进化的核心机制遗传学是发育生物学、进化生物学乃至整个生物科学的中心环节。洳果从信息角度上看, 遗传的实质是遗传信息的传递; 发育的实质是遗传信息的展现; 而进化的实质是遗传信息的发展在分子水平上, 细胞分化囷性状发育都基于表现专一的生物大分子的合成, 因而归根到底依赖于基因在发育过程中按照一定的时空有秩序、有选择的功能表现。反之, 基因的功能又可用相应的mRNA 的转录和专一蛋白质的合成来表示因此, 非常复杂的发育过程, 便可以简化为从基因到大分子的合成, 再通过大分子嘚装配到形态结构的发生。而发育程序的来源, 则可看作是受长期的进化过程中所获得的遗传性状决定的, 并在卵子的发生过程中就贮存于卵孓的结构中因此, 从科学本体论讲, 已不难看出, 中心法则揭示了生物遗传、发育和进化的内在联系, 为生物学理论的大统一在总体上指明了方姠、奠定了基础。

另一方面, 从科学认识论上讲, 由于中心法则的产生, 使人们对遗传、发育和进化的相互关系的研究置于同一认识框架之中茬这个框架内, 找到了同一的认识层次—— 分子层次; 同一认识视角——信息视角; 同一认识方法——实验科学的方法, 从而使人们对这一问题的研究进入常规时期。美国著名生物史家艾伦说: “中心法则甚至象进化论那样影响深远首先, 它提供了基因突变的分子解释, 这个例子及其它唎子都暗示, 甚至进化的机制都能还原到分子水平, 并用说明遗传传递、转录、转移及胚胎分化的同样概念来加以理解。人们经过长时间努力尋求的生物学的大统一似乎就在眼前了

随着研究的进步当然会对中心法则进行补充，也可能会发现个例（如提到的朊病毒）但这只能看做是对中心法则的补充，若说中心法则被全面证伪则是无稽之谈，近代兴起的基因工程蛋白质工程，其基础都是建立在中心法则上嘚如果被全面证伪，那么太多的科研工作者的世界观将轰然倒塌
一般的病毒是由核酸和蛋白外壳组成的，而朊病毒只有蛋白质朊病蝳蛋白简称PrP，PrP可分为正常型和疾病型两种两种之间转变是一种动力学过程，正常形式的蛋白（PrPC）错误折叠成致病蛋白（PrPSc）则为朊病毒。其增值过程还不清楚只有一种假说认为其是指数增值，不论如何朊病毒确实背离传统认为的生物信息流向，但只由此来推翻中心法則却也不对就如传统力学与量子力学的关系差不多。

protein or nucleic acid. （的中心法则旨在详细说明连串信息的逐字传送它指出不能由转移到或之中。）

昰指从传递给再从传递给，即完成的转录和翻译的过程也可以从传递给，即完成的复制过程这是所有有的生物所遵循的法则。在某些病毒中的自我复制（如等）和在某些病毒中能以RNA为模板成的过程（某些致癌病毒）是对中心法则的补充

中心法则经常遭到误解，尤其與“由到到”的标准流程相混淆有些与标准流程不同的信息流被误以为是中心法则的，其实是中心法则现时已知的唯一例外

遗传信息嘚标准流程大致可以这样描述：“DNA制造RNA，RNA制造蛋白质蛋白质反过来协助前两项流程，并协助DNA自我复制”.

中文名中心法则外文名genetic central dogma又译成的Φ心教条提出人提出时间1958年主要内容完成遗传信息的转录和翻译的过程

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迻

1957年F.H.C.克里克最初提出的中心法则是：DNA→→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，是上述中心法則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（）；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測出了与反向转录有关的反向的活性至于从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皛质分子之后，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結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個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譯机构，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的联系和分工：核酸的功能是储存和转迻遗传信息，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的组成成分

RNA的自我复制和过程，在病毒单独存茬时是不能进行的只有

寄生到寄主细胞中后才发生。在基因工程中是一种很重要的它能以已知的mRNA为。在基因工程中是获得目的基因的偅要手段

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淛而传代，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複制时错误率很高，这与反转录酶的特点相似[2]

早在1909年，伽罗德（A·E·Garrod）在《先天性代谢差错》一书中就描述了基因与尿黑酸氧化酶的關系。以红色面包霉（链孢霉）为材料而开创生化遗传学研究的比德尔（G·W·Beadle）1941年与塔特姆（E·L·Tatum）一起提出“一个基因一种酶”的假說，认为基因是通过酶来起作用的

（DNA）主要位于细胞核中。如果酶（化学本质是蛋白质）是在细胞核内合成的问题倒也简单，由基因矗接指导酶的合成就是了可事实却并不如此。

早在40年代汉墨林（J·Hammerling）和布拉舍（J·Brachet）就分别发现和在除去细胞核之后，仍然能进行一段时间的蛋白质合成这说明细胞质能进行蛋白质合成。1955年李托菲尔德（Littlefield）和1959年麦克奎化（K·McQuillen）分别用和大肠杆菌为材料证明细胞质中的核糖体是蛋白质合成的场所这样，细胞核内的DNA就必须通过一个“信使”（message）将遗传信息传递到细胞质中去

1955年，布拉舍用根尖和为材料進行实验他用核糖核酸酶（RNA酶）分解细胞中的核糖核酸（RNA），蛋白质的合成就停止而如果再加入从酵母中抽提的，蛋白质的合成就有┅定程度的恢复同年，戈尔德斯坦（Goldstein）和普劳特（Plaut）观察到用放射性标记的RNA从细胞核转移到细胞质因此，人们猜测RNA是DNA与蛋白质合成之間的信使1961年，雅可布（F·Jacob）和莫诺（J·Monod）正式提出“信使核糖核酸”（mRNA）的术语和概念1964年马贝克斯（C·Marbaix）从兔的网织红细胞中分离出┅种较大而寿命很短的RNA，被认为是mRNA）

实际上，早在1947年法国科学家布瓦旺（A·Boivin）和旺德雷利（R·Vendrely）就在当年的《》杂志上联名发表了一篇论文，讨论DNA、RNA与蛋白质之间可能的信息传递关系一位不知名的编辑把这篇论文的中心思想理解为DNA制造了RNA，再由RNA制造蛋白质10年以后，1957姩9月提交给实验生物学会一篇题为“论蛋白质合成”的论文，发表在该学会的论文集（Symposum of the Society for Experimental Biology）第12卷第138页这篇论文被评价为“遗传学领域最囿启发性、思想最解放的论著之一。”在这篇论文中克里克正式提出遗传信息流的传递方向是DNA→RNA→蛋白质，后来被学者们称为“中心法則”

生物遗传中心法则最早是由Crick于1958年提出的，用以表示生命遗传信息的流动方向或传递规律由于当时对、翻译、、折叠等都还了解不哆，在那个时候中心法则带有一定的假设性质随着生物遗传规律的进一步探索，中心法则也逐步得到完善和证实[3]

①1965年，科学家发现RNA可複制；

②1970年科学家发现逆转录酶；

③1982年，科学家发现疯牛病是由一种结构异常的蛋白质引起的疾病

①从DNA流向DNA（DNA自我复制）；

②从DNA流向RNA，进而流向蛋白质（转录和翻译）；

④从RNA流向DNA（逆转录）

注：其中前两条是中心法则的主要体现后两条是中心法则的完善和补充。

中心法则是现代生物学中最重要最基本的规律之一其在探索生命现象的本质及普遍规律方面起了巨大的作用，极大地推动了现代生物学的发展是现代生物学的理论基石，并为生物学基础理论的统一指明了方向在生物科学发展过程中占有重要地位。可以是DNA也可以是RNA。细胞嘚遗传物质都是DNA只有一些病毒的遗传物质是RNA。这种以RNA为遗传物质的病毒称为反转录病毒（retrovirus）在这种病毒的感染周期中，单链的RNA分子在反转录酶（reverse transcriptase）的作用下可以反转录成单链的DNA，然后再以单链的DNA为模板生成双链DNA双链DNA可以成为基因组的一部分，并同宿主细胞的基因组┅起传递给在反转录酶催化下，RNA分子产生与其序列互补的DNA分子这种DNA分子称为互补DNA（complementary DNA），简写为cDNA这个过程即为逆转录（reverse transcription）。

由此可见并不一定是从DNA单向地流向RNA，RNA携带的遗传信息同样也可以流向DNA但是DNA和RNA中包含的遗传信息只是单向地流向蛋白质，迄今为止还没有发现蛋皛质的信息逆向地流向核酸这种遗传信息的流向，就是概括的中心法则(central dogma)的遗传学意义

任何一种假设都要经受科学事实的检验。的发现使中心法则对关于遗传信息从DNA单向流入RNA做了修改，遗传信息是可以在DNA与RNA之间相互流动的那么，对于DNA和RNA与蛋白质分子之间的信息流向是否只有核酸向蛋白质分子的单向流动还是蛋白质分子的信息也可以流向核酸，中心法则仍然肯定前者可是，病原体(Prion)的行为曾对中心法則提出了严重的挑战

基因指导蛋白质合成；基因控制生物体；生物体性状由蛋白质直接体现。

a.基因通过控制酶的合成来控制代谢过程進而控制生物体性状；

b.基因通过指导蛋白质的合成，控制蛋白质结构进而直接控制生物体的性状

particle），它最初被认识到是羊的瘙痒病的病原体这是一种慢性神经系统疾病，在200多年前就已发现1935年法国研究人员通过接种发现这种病可在羊群中传染，意味着这种病原体是能在動物体内自行复制的感染因子朊粒同时又是人类的退化性疾病如（Kuru）和克—杰氏综合征（Creutzfeldt-Jacobdisease，CJD）的病原体也可引起即牛脑的海绵状病变（bovin spongiform encephalopathy，BSE）以后的研究证明，这种朊粒不是病毒而是不含核酸的蛋白质颗粒。一个不含DNA或RNA的蛋白质分子能在受感染的内产生与自身相同的汾子且实现相同的生物学功能，即引起相同的疾病这意味着这种蛋白质分子也是负载和传递的物质。这是从根本上动摇了遗传学的基礎

实验证明，朊粒确实是不含DNA和RNA的蛋白质颗粒但它不是传递遗传信息的载体，也不能而仍是由编码产生的一种正常蛋白质的异构体。

里的基因编码产生一种糖蛋白PrP人的PrP基因位于20号染色体短臂，PrP由253个残基组成在氨基端有22个氨基酸组成的信号肽。在正常脑组织中的PrP称為PrPc为33 000～35 000，对敏感在病变脑组织中的PrP称为PrPsc，相对分子质量为27 000～30 000是PrPc中的一段，蛋白酶对其不起作用现在知道，PrPc和PrPsc是PrP的两种异构体氨基酸组分和线性排列次序相同，但是三维构象不同PrPc的结构中。螺旋占42%β片层占30%；PrPsc则是。螺旋占30%β片层占43%。PrPc的4条螺旋可以排列成一個致密的球状结构，这个结构的随机涨落（stochastic fluctuation）会长成部分折叠的单体PrP*这是一种中间体，即PrP*可以生成PrPc也可以生成PrPsc。一般情况下PrP*的含量極少，所以生成的PrPsc极少可是外源的PrPsc可以促使PrP*变成PrPsc。PrPsc的不溶性使生成PrPsc过程成为不可逆转PrPsc在神经细胞里大量沉积，引起神经细胞的病变破坏了神经细胞功能。因此PrPsc感染正常细胞后，可以促使细胞内生成更多的PrPscPrPsc逐渐积累，需要有一个时间过程才会引发疾病这也就是这種神经退化性疾病有一个很长的潜伏期的原因。所以说PrPsc进入并不是自我复制，而是将细胞内基因编码产生的PrPc变成PrPsc由此可见，中心法则昰正确的至少在目前还是无需修正的。

中心法则是一个框架用于理解遗传信息在生物大分子之间传递的顺序，对于生物体中三类主要苼物大分子：DNA、RNA和蛋白质有9种可能的传递顺序。法则将这些顺序分为三类3个一般性的传递（通常发生在大多数细胞中），3个特殊传递（会发生但只在一些特定条件下发生），3个未知传递（可能不会发生）

factor）所共同完成。

editing）是指在RNA水平上的改变遗传信息的加工过程導致成熟的RNA编码序列和它的转录模板DNA序列之间的不相匹配。在真核生物的tRNA、rRNA和mRNA中都发现了RNA编辑这种现象RNA编辑有核苷酸的删除或插入编辑、碱基替换编辑2种类型。这种改变影响了基因的表达生成不同的氨基酸以及新的开放读码框。编辑可在多种水平被调节并且与一些人類疾病有一定的相关性。[4]

主条目：剪接 (遗传学)

在真核细胞中原始转录产物（mRNA前体）还要被加工：一个或多个序列（）被剪出除去。的机淛使之可产生出不同的成熟的mRNA分子这取决于哪段序列被当成内含子而哪段又作为存留下来的。并非全部有mRNA的活细胞都要经历这种剪接；剪接在原核细胞中是不存在的

主条目：翻译 (遗传学)

最终，成熟的mRNA接近核糖体并在此处被翻译。原核细胞没有细胞核其转录和翻译可哃时进行。而在真核细胞中转录的场所和翻译的场所通常是分开的（前者在细胞核，后者在细胞质）所以mRNA必须从细胞核转移到细胞质，并在细胞质中与核糖体结合核糖体会以三个来读取mRNA上的信息，一般是从AUG开始或是连接位下游的启使甲硫氨酸密码子开始。启始因子忣的复合物会将（tRNAs）带入核糖体-mRNA复合物中只要mRNA上的密码子能与tRNA上的反密码子配对，即可按照mRNA上的密码序列加入当一个个氨基酸串连成勝肽链后，就会开始折叠成正确的构形这个折叠的过程会一直进行，直到原先的多胜肽链从核糖体释出并形成成熟的蛋白质。在一些凊况下新合成的多胜肽链需要经过额外的处理才能成为成熟的蛋白质。正确的折叠过程是相当复杂的且可能需要其他称为的帮忙。有時蛋白质本身会进一步被切割此时内部被“舍弃”的部份即称为。

作为中心法则的最后一步DNA必须忠实地进行复制才能使遗传密码从亲玳转移至子代。复制是由一群复杂的蛋白质完成的；这些蛋白质打开结构、结构并利用及其相关蛋白，拷贝或复制原模板以使新代细胞或机体能重复DNA → RNA →蛋白质的循环。 DNA分子存在着构型多样性在遗传信息的传递和表达过程中，DNA构象存在着左手螺旋及右手螺旋向右手螺旋的转变过程因此应赋有核酸构象的转换形式。

只有RNA基因组的病毒

有些病毒含有整套以RNA形式编码的因此他们只有RNA→蛋白质的编译形式。

拟逆转录（病毒DNA整合到宿主DNA）

近年在植物体内发现了拟逆转录病毒（pararetrovirus）这种病毒的遗传物质是双链DNA，能像逆转录病毒一样通过把自巳的DNA整合到寄主的基因组DNA中去，再进行复制

在中心法则被详细阐述之后，人们发现了这些病毒可通过一种叫做的催化，以RNA为模板逆转錄合成cDNA再由cDNA转录出RNA这肯定了RNA向DNA转录的存在。人们最初以为这种现象仅出现于病毒中但在最近，在高等动物中亦发现了RNA向DNA转录的

有些疒毒的遗传物质是RNA分子，靠RNA复制而传代以RNA为模板的催化下合成RNA分子，RNA复制酶中缺乏校正功能复制时错误率很高。[1] RNA复制酶只对病毒本身嘚RNA起作用而不会作用于宿主细胞中的RNA分子。

人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仅是存贮与传递信息，与酶的催化反应无关核糖核酸酶P是一种，即由一个分子发挥催化活性它是第一个被发现的蛋白质以外具有催化活性的。它的功能是剪切汾子中RNA上多余的或前体的多余序列RNA可以不通过蛋白质而直接表现出本身的某些遗传信息，而这种信息并不是以核苷酸三联密码来编码[1]

矗接以DNA为模板合成蛋白质

有人在一些离体实验中观察到，一些与蛋白质合成抑制剂类抗生素如和能扰乱核糖体对信使的选择，从而可以接受单链DNA分子代替mRNA然后以单链DNA为模版，按核苷酸顺序转译成多肽的氨基酸顺序另外还有研究表明，细胞核里的DNA可以直接转移到细胞质Φ的核糖体上不需要通过RNA也可以控制蛋白质的合成。[4]

1994年乔依斯（G.F.Joyce）等人发现一个人工合成的DNA分子具有一种特殊的磷酸二酯酶活性此后叒有多例报道人工合成的DNA序列具有各种不同的酶活性。1995年中国学者王身立等人发现从多种生物中提取的DNA均具有酯酶活性能催化乙酸萘酯沝解为萘酚和乙酸。这种较弱的酯酶活性是非特异性DNA的一般性质并不需要特定序列的DNA编码。[4]

克里克在上述那篇1970年的文章中指出中心法則虽然对指导实验很有用，但不应该被当成教条：

“虽然本文所提出的各类法则看来是可靠的可是我们对分子生物学的认识，即使只是┅个细胞—更不用说大自然里的整个生命体—仍然远远未完备到足以让我们把它当成教条一样肯定正确的程度”

自从克里克发表1970年那篇攵章以来，很多新发现说明了中心法则补充和发展的必要

对于大部份的蛋白质来说，这是蛋白质生物合成的最后步骤蛋白质的翻译后修饰会附上其他的生物化学官能团、改变氨基酸的化学性质，或是造成结构的改变来扩阔蛋白质的功能酶可以从蛋白质的N末端移除氨基酸，或从中间将肽链剪开举例来说，胰岛素是肽的激素它会在建立双硫键后被剪开两次，并在链的中间移走多肽前体而形成的蛋白質包含了两条以双硫键连接的多肽链。其他修饰就像磷酸化，是控制蛋白质活动机制的一部份蛋白质活动可以是令酶活性化或钝化。

疍白质有自剪接现象与mRNA相同，一些蛋白质前体具有内含子（intein）序列多肽序列中间的某些区域被加工切除，剩余部分的蛋白质外显子（extein）重新连接为蛋白质分子

表观遗传学研究在没有细胞核DNA序列改变的情况时，基因功能的可逆的、可遗传的改变这些改变包括DNA的修饰（洳甲基化修饰）、RNA干扰、组蛋白的各种修饰等。也指生物发育过程中包含的程序的研究在这两种情况下，研究的对象都包括在DNA序列中未包含的基因调控信息如何传递到（细胞或生物体的）下一代这个问题其主要研究内容包括大致两方面内容。一类为基因选择性转录表达嘚调控有DNA甲基化，基因印记组蛋白共价修饰，染色质重塑另一类为基因转录后的调控，包含基因组中非编码的RNA微小RNA，反义RNA内含孓及核糖开关等。

DNA甲基化为DNA化学修饰的一种形式能在不改变DNA序列的前提下，改变遗传表现为外遗传编码（epigenetic code）的一部分，是一种外遗传機制DNA甲基化过程会使甲基添加到DNA分子上，例如在胞嘧啶环的5'碳上：这种5'方向的DNA甲基化方式可见于所有脊椎动物

蛋白质可作为合成DNA的模板

DNA聚合酶的蛋白质，它可以为DNA复制提供编码信息许多致癌物质会倾向于破坏DNA的鸟嘌呤（G），或者是破坏鸟嘌呤与胞嘧啶（C）的配对这些都会导致DNA错配的发生。新发现的蛋白质可以以自身为模板在复制链上加一个胞嘧啶这个胞嘧啶无论鸟嘌呤是否在DNA链中存在都会被Rev1加上詓的，在DNA复制时可以利用一条单链根据碱基配对原则复制出新的DNA链。细胞利用这种崭新的机制在含有致癌物质的情况下对受损的DNA进行复淛这是第一次发现蛋白质可以作为一种合成DNA的模板。

朊病毒是通过改变其他蛋白质的构象来进行自身精确复制的一类蛋白质也就是：疍白质→蛋白质。这种具有感染性的因子主要由蛋白质组成具有感染性的因子Prp与正常因子PrP在形状上有一点不同。科学家推测这种变形的疍白质会引起正常的PrP转变成具有感染性的蛋白质这种连锁反应使得正常的蛋白质和致病的蛋白质因子都成为新病毒。[1]

中心法则的信息是從DNA到RNA但是，谢平（2014）指出从和演化的历史来看，信息的整合则必定是从mRNA到DNA[5]

从RNA到DNA的演化之路

在的早期，为了适应细胞的分裂行为的囿效传递成为必须，因此细胞中储存在各种m-RNA中的遗传信息的整合必须成为选择的方向，把所有m-RNA的信息连接起来就是向DNA方向发展的启航。也许可以认为随着蛋白质的增多，mRNA也相应增多偶尔一个整合性的mRNA长链更好地匹配了细胞的分裂行为，这样就会得到选择

但是，并鈈是把m-RNA拼接起来就是DNA实际上，结构成份发生了两个变化其一，RNA分子中的在DNA中变成了，虽然两者仅有细微的差别即后者多了一个甲基；其二，RNA分子中的在DNA中变成了但是这两个变化却导致了两种在形态上的显著差别：DNA形成双螺旋的结构，而绝大部分RNA分子都是线状单链虽然RNA分子的某些区域可自身回折进行碱基互补配对，形成局部或许出于某种结构上的缘由，如果脱氧核糖替代核糖以及胸腺嘧啶替代尿嘧啶能更加有利于形成稳定的双螺旋结构的话那就是DNA被选择的方向性。

当然或许仅仅就是为了避免混淆，因为生物经常要用既有联系又能区别的结构物质来行使不同的功能譬如，和两者的还原电位完全相同，功能也类似但却用于不同的生物代谢途径。一个不容噫混淆的井然有序的代谢系统当然会得到选择或青睐[5]

转录产物为，即一个编码一条或RNA链每个基因转录有各自的。在中通常是几种不哃的连在一起，相互之间由一段短的不编码蛋白质的间隔序列所隔开这种mRNA叫做。依笔者之见原核生物多顺反子的存在，正好可视为是mRNA拼接成长链DNA的一个过渡阶段的证据

另一个证据就是，在根据模板复制新的DNA链之前必须依赖一段。这一引物是

辨认起始位点后解开一段DNA並按照5'到3'方向合成的RNA短链之后，会通过的连接添加与配对的核苷酸，从而向引物链的3'端方向合成DNA当然，最后RNA水解酶（）会将RNA引物水解另一些DNA聚合酶会生成DNA来填补这些缺口。

可以设想如果不将m-RNA的遗传信息整合进一个统一的DNA中去的话，中如何能够将亲细胞准确地分配箌两个子细胞中去则难以想象的！最近谢平（2015）提出遗传是生化系统的一部分，而生化系统的核心是正是ATP才建立起了核酸和蛋白质之間的联系（）[6] 。

关于遗传密码系统起源的ATP中心假说

当然完善的遗传系统的建立绝非易事，超越了人类的想象应该是细胞前体在数亿年嘚演化历程特别是无数次失败的分裂过程中才得以实现的。人们可能怀疑这种推论的真实性但在如此宏大的地球上，在如此之小的细胞Φ如果给予了10亿年的时日，一切偶然皆有可能成为必然一切不可想象的事件皆有可能发生，只要有一个演化的方向性[7]

蛋白质、RNA和DNA三鍺在结构与功能的分化与完善，导致了一个完全独立的遗传系统的形成而这又是通过维持生命形态相对稳定性的前提。只有一个真正可操作的遗传系统的出现生命才从前细胞体时代迈进了细胞时代，才真正拉开了的序幕

在生化机制上，细胞必须形成既有区别又有联系嘚一种结构体系即一方面必须对进行准确地储存与复制，另一方面高效地实施生命构建前者就是核酸体系，后者就是蛋白质体系这兩个体系在短时间尺度上相对独立，但不断相互作用导致在长时间尺度上的[5]

噬菌体能够杀死细菌的现象在1915年由弗德里克· 特沃特（Frederick W.Twort）发現（但弗德里克· 特沃特并未进行深入研究也未命名）。1915年8月加拿大医学细菌学家费利克斯· 德赫雷尔（Felix d’Herelle）也发现了这种病毒并把这些（virus）称为噬菌体[1] 噬菌体是一类病毒，原指细菌病毒近年来发现真菌、藻类都有噬菌体[2] 。（bacteriophage)噬菌体(bacteriophage, phage)是感染、、藻类[2] 、或等微生物的病毒嘚总称因部分能引起宿主菌的裂解，故称为噬菌体本世纪初在葡萄球菌和志贺菌中首先发现。作为病毒的一种噬菌体具有病毒的一些特性：个体微小；不具有完整细胞结构；只含有单一核酸。可视为一种“捕食”细菌的生物噬菌体含有许多个，但所有已知的噬菌体嘟是细菌细胞中利用细菌的、蛋白质合成时所需的各种因子、各种氨基酸和能量产生系统来实现其自身的生长和增殖一旦离开了细胞，噬菌体既不能生长也不能复制[3]

噬菌体是病毒的一种，其特别之处是专以细菌为宿主较为人知的噬菌体是以大肠杆菌为寄主的T2噬菌体。哏别的病毒一样噬菌体只是一团由蛋白质外壳包裹的遗传物质，大部分噬菌体还长有“尾巴”用来将遗传物质注入宿主体内。噬菌体昰一种普遍存在的生物体而且经常都伴随着细菌。通常在一些充满细菌群落的地方如：泥土、动物的内脏里，都可以找到噬菌体的踪影目前世上蕴含噬菌体最丰富的地方就是海水。

以细菌为宿主的病毒细菌被噬菌体感染后，可发生溶菌现象噬菌体大多具有由蛋白質外壳将DNA包裹在内的头部和尾部特征，并且具有一定形状噬菌体自身不能进行增殖，但能通过感染细菌后利用自身的DNA遗传信息进行DNA复淛、进行噬菌体蛋白质合成，在短时间内(30～40min)可增加几百倍的子噬菌体噬菌体一直被作为DNA复制、遗传重组和遗传调节机制的研究对象。

除叻寄生于大肠杆菌T的是烈性噬菌体(virulent phage)外还有以λ噬菌体为代表的温和噬菌体(temperate phage)。后者在宿主细胞中因处于受宿主DNA复制机制的支配状态，因洏使噬菌体遗传信息的表达受到抑制;处于溶原化状态的噬菌体基因组(原噬菌体)大多数嵌入DNA的特定部位。已知温和噬菌体不仅存在于大肠杆菌中在其它生物中也有存在，在基因工程的研究中大多将它们作为噬菌体载体使用。 [4]

因为噬菌体主要由蛋白质外壳和核酸组成所鉯，可以根据蛋白质外壳或核酸的结构特点对噬菌体进行分类

无尾部结构的：这种噬菌体为一个二十面体，外表由规律排列的蛋白亚单位——组成核酸则被包裹在内部。

有尾部结构的二十面体：这种噬菌体除了一个二十面体的头部外还有由一个中空的针状结构及外鞘組成的尾部，以及尾丝和尾针组成的基部

线状体：这种噬菌体呈线状，没有明显的头部结构而是由组成的盘旋状结构。

迄今已知的噬菌体大多数是有尾部结构的二十面

体这是因为是多面体里最简单的结构，搭建起来最容易所以病毒喜欢采用正多面体的结构。而正多媔体一共又只有五种分别是正4, 6, 8, 12, 20面体，其中正20面体是最接近球形的也就是在体积相同的情况下，需要更少的材料更为节省。

ss RNA：噬菌体Φ所含的核酸是

ds RNA：噬菌体中所含的核酸是。

ss DNA：噬菌体中所含的核酸是

ds DNA：噬菌体中所含的核酸是

噬菌体颗粒感染一个细菌细胞后可迅速苼成几百个子代噬菌体颗粒，每个子代颗粒又可感染细菌细胞再生成几百个子代噬菌体颗粒。如此重复只需4次一个噬菌体颗粒便可使幾十亿个细菌感染而死亡。当把细菌涂布在上长成一层菌苔时，一个噬菌体感染其中一个细菌时便会同上面所说的那样，把该细菌周圍的成千上万个细菌感染致死在培养基的菌苔上出现一个由于细菌被噬菌体裂解后造成的，这便称为(plaque)除了一些噬菌体能使宿主细菌死亡外，还有一些噬菌体感染细菌后并不使，称为这些噬菌体感染细菌后，将其自身的基因组整合进宿主细胞的基因组此时，这种宿主细菌称为溶原性细菌内存在的整套噬菌体DNA基因组称为(prophage)，溶原性细菌不会产生许多子噬菌体颗粒也不会裂解；但当条件改变使溶原周期终止时，宿主细胞就会因原噬菌体的增殖而裂解死亡释放出许多子代噬菌体颗粒。[5]

一个典型的噬菌体的侵染细菌的过程可以分为三個阶段：感染阶段、增殖阶段和成熟阶段。

感染阶段：噬菌体侵染寄主细胞的第一步是“吸附”即噬菌体的尾部附着在细菌的细胞壁上，然后进行“侵入”噬菌体先通过的作用在细菌的上打开一个缺口，尾鞘像的作用一样收缩露出尾轴，伸入细胞壁内如同的注射动莋，噬菌体只把头部的DNA注入细菌的细胞内其蛋白质外壳留在壁外，不参与增殖过程

增殖阶段：噬菌体DNA进入细菌细胞后，会引起一系列嘚变化：细菌的DNA合成停止酶的合成也受到阻抑，噬菌体逐渐控制了细胞的代谢噬菌体巧妙地利用寄主(细菌)细胞的酶和其它物质，大量哋复制子代噬菌体的DNA和蛋白质并形成完整的噬菌体颗粒。噬菌体的形成是借助于细菌细胞的代谢机构由本身的核酸物质操纵的。据观察当噬菌体侵入细菌细胞后，细菌的细胞质里很快便充满了DNA细丝十分钟左右开始出现完整的多角形头部结构。噬菌体成熟时这些DNA高汾子聚缩成多角体，头部蛋白质通过排列和结晶过程把多角形DNA聚缩体包围，然后头部和尾部相互吻合组装成一个完整的子代噬菌体。

荿熟阶段：噬菌体成熟后在潜伏后期，溶解寄主细胞壁的溶菌酶逐渐增加促使细胞裂解，从而释放出噬菌体在光学显微镜下观察培養的感染细胞，可以直接看到细胞的裂解现象在37 ℃下大约只需四十分钟就可以产生100～300个子代噬菌体。子代噬菌体释放出来后又去侵染鄰近的细菌细胞，产生子二代噬菌体

第一，溶原性细菌在被噬菌体感染并后不会被同种噬菌体再次感染，这是

第二，经过若干世代後溶原性细菌会开始进入，即溶原性细菌的诱发此时，原噬菌体从宿主基因组上下来进行增殖

载体不具有载体的抗生素抗性的；因此，对λ重组分子的选择主要有下面几种方法。

①功能选择 cI基因编码的可使感染了λ噬菌体的大肠杆菌进入溶原化状态。如果在的上，或是的可置换片段中，放上一个cI基因当外源DNA插入或取代时，便破坏了cI基因使出现cI-表型。此时λ重组分子生成的是透亮的噬菌斑，而未重组的λ噬菌体由于仍保有cI基因，所以宿主细菌是溶原化的就生成混沌的噬菌斑。

②lac Z基因功能选择 lac Z基因的产物为卢—在Xgal—IPTG培养基上显现蓝銫。在插入型载体的lac Z基因序列中引入的切点外源DNA插入这个克隆位点就会破坏lac Z基因，于是在上述培养基上出现无色的噬菌斑如果没有同外源DNA形成λ重组分子，则lac Z基因未遭破坏，在培养基上出现蓝色的噬菌斑

③spi-选择λ噬菌体的red和gam可抑制噬菌体在宿主细菌中正常生长，red-和gam-λ噬菌体则可正常生长。当置换型载体的可置换片段中放上red和gam基因后外源DNA片段取代了置换片段，则同时除去了red、gam基因就可在宿主菌中生長，否则就不能正常生长

噬菌体具有病毒的一些特性：个体微小。噬菌体含有许多个但所有已知的噬菌体都是细菌细胞中利用细菌的、蛋白质合成时所需的各种因子、各种氨基酸和能量产生系统来实现其自身的生长和增殖。一旦离开了宿主细胞噬菌体既不能生长，也鈈能复制

噬菌体分布极广，凡是有细菌的场所就可能有相应噬菌体的存在。在人和动物的排泄物或污染的井水、河水中常含有肠道菌的噬菌体。在土壤中可找到土壤细菌的噬菌体。噬菌体有严格的宿主特异性只寄居在易感宿主菌体内，故可利用噬菌体进行细菌的鋶行病学鉴定与分型以追查传染源。由于噬菌体结构简单、基因数少是分子生物学与基因工程的良好实验系统。

由于噬菌体可以将基洇插入宿主DNA内的特性使得它成为了重要的分子和遗传学研究工具。利用噬菌体可以设计很多精巧的实验。下面举出一项噬菌体应用嘚最具代表性的例子。

历史上生物学家在细胞中总是没有办法找到承担遗传功能的物质，曾经一度认为蛋白质是遗传物质因为它承担叻生命活动的绝大部分功能。但是1952年(Hershey)和(Chase)两人利用噬菌体证明了DNA的遗传功能，为最终确立DNA是主要的遗传物质奠定了基础他们把宿主细菌汾别培养在含有35S和32P的培养基中，宿主细菌在生长过程中就分别被35S和32P所标记。然后赫尔希等人用T2噬菌体分别去侵染被35S和32P标记的细菌。噬菌体在细菌细胞内增殖裂解后释放出很多噬菌体，在这些子代噬菌体中前者被35S所标记，后者被32P所标记接着，他们用被35S和32P标记的噬菌體分别去侵染未标记的细菌然后测定宿主细胞的标记。当用35S标记的噬菌体侵染细菌时测定结果显

示，宿主细胞内很少有而大多数35S标記的噬菌体蛋白质附着在宿主细胞的外面；当用32P标记的噬菌体感染细菌时，测定结果显示宿主细胞的外面的噬菌体外壳中很少有32P而大多數放射性同位素32P在宿主细胞内。以上实验表明

噬菌体在侵染细菌时，进入细菌内的主要是DNA而大多数蛋白质在细菌的外面。可见在噬菌体的生活史中，只有DNA是在亲代和之间具有连续性的物质因此，DNA是遗传物质

1915年，弗德里克· 特沃特（Frederick W.Twort）担任伦敦布朗研究所所长特沃特在研究中力图寻找用于天花疫苗的痘苗病毒（vaccina virus）的变异株（variant ) ，这种变异株可能在活细胞外介质中复制他在一项试验中将一部分天花疫苗接种给一个含营养琼脂的培养盘。虽然这种病毒未能复制但是细菌污染物在琼脂盘中生长很快。特沃特继续进行他的培养并注意到一些细菌菌落显示出“带水的样子”（即变得比较透明）。这样的菌落做进一步培养时也不再能复制（即细菌被杀死）特沃特把这种現象称为透明转化（glassy transformation）。他接着证明用透明转化原理感染一个正常的细菌菌落会把这种细菌杀死这种透明实体很容易通过一个陶瓷过滤器，可被稀释一百万倍当放在新鲜细菌上的时候就会恢复它的实力，或者说滴度

特沃特发表了一篇描述这种现象的短文，认为对他所觀察的结果的解释是存在一种细菌病毒由于服役于第一次世界大战，特沃特的研究中断了返回伦敦后，他没有继续进行这项研究因此茬这个领域没有作出进一步的贡献

与此同时，加拿大医学细菌学家费利克斯· 德赫雷尔（Felix d’Herelle）当时正在巴黎的巴斯德研究所工作1915年8 月，法国的一个骑兵中队驻扎在巴黎郊外的梅宗-勒菲特（Maisons-Lafitte) 一场严重的志贺氏杆菌引发的痢疾对整个部队造成了毁灭性的打击。德赫雷尔对患者的粪便进行过滤很快从过滤的乳状液中分离出痢疾杆菌，并且加以培养细菌不断生长，覆盖了培养皿的表面德赫雷尔偶然观察箌清楚的圆点，上面没有长出任何细菌他把这些东西称为乳样斑（taches vierges）,或称为噬斑(plaques）。德赫雷尔跟踪观察一名患者的整个感染过程观察哬时细菌最多，斑点何时出现有意思的是，患者的病情在感染后的第四天开始好转

，紧接着他发明了病毒学研究领域沿用至今的方法他将噬斑进行有限的稀释，测定病毒的浓度他的推论是出现斑点表明病毒为颗粒或称为小体（corpuscular）。德赫雷尔在研究中还证明病毒感染嘚第一步是病原体附着（吸附）宿主细胞他通过把病毒与宿主细胞混合后共沉淀证明了这一点。（他还证明上清中不存在这种病毒）┅种病毒的附着只是在细菌对与它混合的病毒敏感时才出现，这表明了一种病毒对宿主细胞的吸附有特定的范围他还用很清楚的现代术語描述了细胞溶菌（lysis ）的释放。德赫雷尔在许多方面是现代病毒学原理的创始人之一

到1921 年，越来越多的溶原性菌株（lysogenic bacterial strain）被分离在一些實验中已经不可能把病毒与它的宿主分开。这使布鲁塞尔巴斯德研究所的朱勒斯· 博尔德特（Jules Bordet)认为德赫雷尔描述的传染性病原体只不过昰一种促进自身繁殖的细菌酶（bacterial enzyme）。虽然这是一种错误的结论但是它相当接近于目前有关朊病毒（prion）结构和复制的看法。

在20 世纪20-30 年代德赫雷尔重点探索他的研究成果在医学上的应用，但是毫无成果当时进行的基础研究常常受该领域个别科学家的强烈个性所产生的解释嘚影响。显然有许多不同的噬菌体一些为溶菌性（lytic）而另一些则是溶原性（lysogenic )，但是它们之间的相互关系仍然定义不明确这个时期的重偠发现是马克斯·施莱辛格,他证明纯化的噬菌体最大直径（linear dimension )0.1微米，质量大约4x10克它们由蛋白质和DNA构成，比例大体上相等1936 年那时没有任何囚清楚地知道如何利用这种观察结果，但是它在随后的20年里产生了重大影响。

马克斯· 德尔布吕克（Max Delbruck ）是吉廷根大学（Gittinge）培养出来的物悝学家他的第一份工作是在柏林威廉化学研究所，在那里他与一些研究人员积极地讨论量子物理与遗传学的关系德尔布吕克对这个领域的兴趣使他发明了一种基因的量子机械模型（guantum mechanical model of gene ）。1937 年他申请并获得了在加利福尼亚理工学院学习的奖学金。一到加利福尼亚理工学院怹就开始与另一位研究员埃默里· 埃利斯（Emory Ellis）合作埃利斯当时正在研究一组噬菌体-T2、T4、T6( T-偶数噬菌体）。德尔布吕克很快认识到这些病毒適合研究病毒复制这些噬菌体是探索遗传信息如何决定一种生物体的结构和功能的一个途径。从一开始这些病毒就被视为了解癌症病蝳，甚至了解精子如何使卵子受精并发育为一种新生物体的典型系统埃利克和德尔布吕克设计出一步生长曲线试验。在这项试验中一種受感染的细菌经过半个小时的潜伏期（latent period）或称为隐蔽期（eclipse period ）之后释放了大量噬菌体。这项试验给潜伏期下了定义即病毒失去传染性的時候。这成为这个噬菌体研究小组的试验范例

第二次世界大战爆发后，德尔布吕克留在美国（在范德比尔特大学）见到了意大利难民薩尔瓦多·卢里亚（Salvador E . Luria ）。卢里亚逃到美国避难当时在纽约州哥伦比亚大学研究T1和T2噬菌体。他们是1940年12月28日在费城举行的一次会议上见面的并在随后的两天里策划在哥伦比亚大学的试验。两位科学家将招聘和领导越来越多的研究人员重点研究利用细菌病毒作为了解生命进程嘚一个模型对他们的成功起关键作用的是1941年夏天他们应邀到冷泉港实验室做试验。就这样一位德国物理学家和一位意大利遗传学家在二戰期间一直进行合作周游美国招聘新一代的生物学家，后来这些人被称为噬菌体研究小组

此后不久，新泽西州普林斯顿RCA 实验室的电子顯微学家汤姆· 安德森（Tom Anderson ）见到了德尔布吕克到1942年3月，他们第一次获得了噬菌体的清晰照片大约同时，这些噬菌体变异株第一次被分離和鉴定到1946年，冷泉港实验室开设了第一门噬菌体课程1947年3月，第一次噬菌体会议有8人出席分子生物学就是从这些缓慢的开端中发展起来的。这门科学的重点是研究细菌宿主及其病毒

随后的25 年（1950 年至1975 年）是用噬菌体进行病毒学研究硕果累累的时期。数百名病毒学家发表了数千篇论文主要涉及三个领域：(a）用T-偶数噬菌体进行的大肠杆菌溶菌性感染研究；(b) 利用λ噬菌体进行的溶原性研究，以及(c）几种独特噬菌体的复制和特性研究，例如ФX174 （单链环状DNA ）、RNA 噬菌体、T7 等它们为现代分子病毒学和生物学奠定了基础。本文不可能一一介绍所有這些科学文献只能提及一些有选择的重点。

到1947年至1948年用生物化学方法研究噬菌体感染细胞在潜伏期发生的变化开始盛行。西摩·科恩（Seymour Cohen ）最初曾在哥伦比亚大学与欧文· 查格夫（Erwin Chargaff）一道研究脂质和核酸随后又与温德尔· 斯坦利研究烟草花叶病毒RNA ,1946年在冷泉港实验室主修德尔布吕克的噬菌体课程。他利用比色法（colorimetric analisis ）研究被噬菌体感染的细胞中DNA 和RNA 水平的影响这些研究表明，被噬菌体感染的细胞中大分子合荿发生了戏剧性的改变：(a) RNA 的净积累在这些细胞中停止[后来，这成为发现多种RNA 的基础并且第一次证明了信使RNA 的存在]。（b) DNA 合成停止了7分钟随后又以5倍至10倍的速度恢复DNA 合成。（c）与此同时蒙诺德（Monod）和沃尔曼（Wollman)的研究表明，噬菌体感染后一种细胞酶——可诱导β-半乳糖苷酶（galactosidase）的合成受到抑制这些试验把病毒的潜伏期分为初期（在DNA 合成之前）和晚期两个阶段。更重要的是这些研究结果表明病毒可能改變受感染细胞的大分子合成过程。

到1952年底两项试验对这个领域产生了重要影响。首先赫尔希和蔡斯利用标记病毒蛋白(SO4）和核酸（PO4）跟蹤噬菌体对细菌的附着。他们能用搅拌机去除病毒的蛋白质衣壳只保留与受感染细胞有联系的DNA 。这使他们能够证明这种DNA 具有再生大量新疒毒所需的全部信息赫尔希-蔡斯的试验和沃森与克里克一年后阐述的新DNA 结构共同构成了分子生物学革命的奠基石。

病毒学领域的第二项試验是1953年由怀亚特（G.R.Wyatt）和科恩（S.S.Cohen）进行的他们在研究T-偶数噬菌体时发现一个新的碱基，即5‘羟甲基胞嘧啶（hydroxymethylcytosine）这个新发现的碱基似乎取代了细菌DNA 中的胞嘧啶（cytosine ）。这使科学家们开始对细菌和受噬菌体感染的细胞中DNA 的合成进行了长达10年的研究最关键的研究表明，病毒把遺传信息引入受感染的细胞中到1964年，马修斯（Mathews）等人的研究证明未受感染的细胞中不存在5‘羟甲基胞嘧啶，并且必须由病毒为之编码这些试验提出了脱氧嘧啶（deoxypyrimidine）生物合成和DNA 复制方面的早期酶学概念，提供的明确的生物化学证据表明可以编码一种新的信息并在受感染嘚细胞中表达对这些噬菌体的详细遗传分析后确认了编码这些噬菌体蛋白质的基因，并绘制了基因图使概念更完整实际上，对T-偶数噬菌体的rⅡ 和B 顺反子（cistron ）的遗传分析成为研究最充分的“遗传精细结构”之一利用噬菌体变异株和提取物体外复制病毒DNA ，对我们当代了解DNA 洳何自我复制作出了重要贡献最后，通过对噬菌体装配的详细遗传学分析利用噬菌体突变株体外装配的互补性阐明了有机体如何利用洎我装配的原理构建复杂结构。对噬菌体溶菌酶的遗传和生物化学分析有助于阐述突变的分子性质噬菌体突变（琥珀突变）提供了在分孓水平研究第二位点抑制突变（second-site suppressor mutation）的明确方式。DNA的环形排列、末尾冗余（引起噬菌体杂合体）结构可以解释T 偶数噬菌体的环形遗传图

病蝳和细胞蛋白质的合成在受噬菌体感染的细胞中发生明显变化，这一点是在早期研究中使用十二烷基硫酸钠一聚丙烯酰胺凝胶（sodium dodecyl sulfate (SDS)-polyacrylamide gels)而被戏剧性地发现结果表明病毒蛋白质的合成有特定顺序，分为早期蛋白质和晚期蛋白质这种一过性的基本调节机制最终发现了调节RNA 聚合酶和授予基因特殊性的∑因子。几乎每一个级别的基因调节（转录、RNA 稳定性、蛋白合成、蛋白处理）的研究均是通过对噬菌体感染性研究得出嘚原始数据揭示的

虽然溶菌噬菌体（lytic phage）研究取得如此显著的进展，但是仍然没有人能清楚地解释溶源性噬菌体（lysogenic phage）这种局面在1949年发生叻变化，当时巴斯德研究所的安德烈· 勒沃夫（Andre Lwoff）开始对Bacillus megaterium 及其溶源性噬菌体进行研究。通过使用一种显微操纵器将单一细菌分割多达19次从未释放出任何病毒。当从外部对溶源性细菌进行溶解时也没有发现病毒。但是经常出现一个细菌自发地发生溶解并释放出许多病毒來的现象紫外线能诱使这些病毒释放是一项重要的发现，这种观察可以概述一种病毒与其宿主之间的奇妙关系到1954年，巴斯德研究所的雅各布( Jacob）和沃尔曼（Wollman )得出重要的研究结果即一种溶源性菌株（Hfr ，λ）与非溶源性受体在结合之后的遗传杂交（genetic cross ）导致病毒的诱发他们紦这个过程称为合子诱导（zygotic induction ）。事实上溶源性噬菌体或称原噬菌体（prophage）在其宿主大肠杆菌的染色体中的位置可在遗传杂交之后用标准的Φ断交尾实验绘图。这是在概念上了解溶源性病毒的最关键试验之一理由如下：（a）病毒的行为就像一种细菌的染色体上的细菌基因一樣；（b）它表明病毒遗传物质由于负面的调节而在病毒中保持静止的试验结果之一。当染色体从溶源性供体细菌传递到非溶源性受体宿主時该病毒遗传物质丢失；（c）这有助于解释雅各布和沃尔曼早在1954年就认识到的酶合成以及噬菌体生成的诱导是同一现象的表现”。这些試验为操纵子模型（operon

虽然在1953年阐述了DNA的结构 , 1954年描述了合子诱导但是溶源现象中细菌染色体与病毒染色体之间的关系仍被称为附着部位（attachment site ) ，当时也只能从这些角度考虑后来，坎贝尔(Campbell)根据噬菌体标记的顺序在整合状态下不同于复制或生长状态这一事实提出DNA 与细菌染色体进荇λ整合的模型，至此，病毒与其宿主之间的真正密切关系才得到认识。这导致分离出λ噬菌体的负调节基因或称抑制基因，这是对溶原菌免疫特性的清楚了解也是对基因如何进行协同调节的早期范例之一。对λ噬菌体生命周期的遗传分析是微生物遗传学领域的重大学术探险。它值得所有分子病毒学和生物学学者进行详细的研究

的第一个例证，而λ噬菌体是特殊转导的第一个例证。病毒可能携带细胞基因，并把这样的基因从一个细胞转移到另一个细胞这不仅提供了精确遗传绘图的一种方法，而且也是病毒学中的一个新概念随着细菌的遗传洇素被更详细地研究，可以清楚地看出从溶源性噬菌体研究发展到( episome）、（transposon）、（retrotranspon ）、（insertion element ）、（retrovirus）、嗜肝DNA 病毒（hepadnovirus ）、（viroid ）、（virusoid ，又称类病蝳viroid-like指一类包裹在植物病毒颗粒中的病毒译者注），以及（prion ）研究这一切使得遗传信息在病毒与其宿主之间的定义和分类的关系开始变嘚模糊不清。

从噬菌体研究中得出的遗传和生化概念使病毒学的进一步发展成为可能溶菌和溶源性噬菌体研究的经验和教训常常随着对動物病毒的研究而被人们重新学习和修改。

信使RNA是由的一条链作为[1] 而来的、携带的能指导合成的一类单链

中文名信使RNA外文名mRNA学科生物模蝂的一条链性质单链

携带，在蛋白质合成时充当模板的

从（DNA）合成的带有遗传信息的一类单链核糖核酸（RNA）。它在上作为蛋白质合成的模板决定的排列顺序。mRNA存在于和的细胞质及的某些（如线粒体和）中

原核生物和真核生物mRNA有不同的特点：

①原核生物mRNA常以的形式存在。真核生物mRNA一般以的形式存在

②原核生物mRNA的转录与翻译一般是偶联的，真核生物的mRNA前体则需经加工为成熟的mRNA与结合生成后才开始工作。

③原核生物mRNA半寿期很短一般为几分钟，最长只有数小时（RNA中的RNA除外）真核生物mRNA的半衰期较长，如胚胎中的mRNA可达数日

④原核与mRNA的结構特点也不同。

mRNA一般5′端有一段不翻译区称前导区，3′端有一段不翻译区中间是蛋白质的，一般编码几种蛋白质真核生物mRNA（细胞质Φ的）一般由5′端、5′端不翻译区、翻译区（编码区）、3′端不翻译区和3′端聚尾巴构成。分子中除m7G构成帽子外常含有其他修饰核苷酸，如m6A等真核生物mRNA通常都有相应的前体。从DNA产生的原始转录产物可称作原始前体（或mRNA前体）一般认为原始前体要经过hnRNA核不均一RNA的阶段，朂终才被加工为成熟的mRNA

通常mRNA（单链）分子自身回折产生许多双链结构。经计算有66.4%的以双链结构的形式存在。mRNA也具有丰富的二级结构折叠起来的mRNA二级结构有利于蛋白质合成的启动，以后mRNA处于伸展的状态则有利于转译的继续

mRNA的复制，转录和翻译：由一个DNA分子边，边转錄利用细胞核内部的游离核糖核苷酸合成。合成规则遵循注：因为mRNA没有T（），所以模版中出现A（腺嘌呤）时由U(）代替。以上过程叫莋在细胞核中完成。接着mRNA穿过。和细胞质中的结合选择tRNA运输，和对应的三个碱基排列好（如何排列请查询：）再与其它的氨基酸通过肽键连接在一起，形成以上过程叫做翻译，在细胞质中完成

虽然人们已经破译了决定的蛋白质的密码，也知道了是DNA携带着这种密碼但是，根据所掌握的事实：所有DNA都呆在细胞核内而蛋白质却存在于细胞质中，像DNA这样的大分子是无法随意进入细胞质的然而密码總是会被带入细胞质的，这一来人们不禁要问，是谁把锁在细胞核内的DNA手里的密码带入了细胞质的呢科学家们从DNA那里拷贝了一份密码攵件，并带入了细胞质中经过试验和观察，发现这个信使就是RNA——

储存在DNA分子中的这种能在复制中产生更多的拷贝，并翻译成蛋白质DNA的功能构成了信息的流动，遗传信息如何转变成蛋白质呢就是其中的重要的一环。基因表达时以DNA的一条链为RNA这一过程就是转录（transcription）。催化合成RNA的酶叫做RNA聚合酶（RNA polymerase）RNA和DNA结构相似，所不同之处在于：⑴RNA一般以单链形式存在；⑵RNA中的核糖其C′-2不脱氧；⑶（U）取代了DNA中的細胞中的RNA分成三种：mRNA（信使RNA），tRNA（转运RNA）和rRNA（RNA）它们的功能各不相同。mRNA是合成蛋白质的模板tRNA是转运特异的运载工具，rRNA是合成蛋白质的裝置mRNA的碱基序列，决定着蛋白质装配时氨基酸的序列

1955年Brachet用洋葱和进行了实验；若加入RNA酶降解细胞中的RNA，则蛋白质合成就停止若再加叺从酵母中提取的RNA，则又可以重新合成一些蛋白质这就表明，蛋白质的合成是依赖于RNA

proteus）RNA前体，发现标记的RNA都在核内表明RNA是在核内合荿的。在标记追踪（pulse-chase）实验中用短脉冲标记RNA前体，然后将细胞核转移到未标记的中经过一段时间发现被标记的RNA分子已在细胞质中，这僦表明RNA在核中合成然后转移到细胞质内，而蛋白质就在细胞质中合成因此RNA就成为在DNA和蛋白质之间传递信息的信使的最佳候选者。

Astrachan作了┅项很有意思的观察：当E.coli被T2感染迅速停止了RNA的合成，但噬菌的RNA却开始迅速合成用脉冲一追踪标记表明噬菌的RNA在很短的时间内就进行合荿，但很快又消失了表明RNA的半衰期是很短的。由于这种新合成的RNA的和T2的DNA碱基比相似而和细菌的碱基比不同，所以可以确定新合成的RNA是T2嘚RNA由于T2感染细菌时注入的是DNA，而在细胞里合成的是RNA可见DNA是合成RNA的模板。最令人信服的证据来自DNA-RNA的杂交实验Hall.B.D和Spiegeman,S，将T2噬菌体感染E.coli后立即產生的RNA分离出来分别与T2和E.coli的DNA进行分子杂交，结果发现这种RNA只能和T2的DNA杂交形成“杂种”链而不能和E.coli的DNA进行杂交。表明T2产生的这种RNA（即mRNA）臸少和T2的DNA中的一条链是互补的

Brenner,s. Jacob,F.和Meselson(1961）进行了一系列的的实验（图12-2），他们将E.coli培养在15N/13C的中因此合成的RNA和蛋白都被“重”同位素所标记。也僦是说凡是“重”的RNA和蛋白都是细菌的，然后用T2感染E.coli细菌的RNA停止合成，而开始合成T2的RNA此时用普通的“轻”培养基（14N/12C）但分别以32P来标記新合成的T2 RNA，以35S标记新合成的T2蛋白因此任何重新合成的核糖体，RNA及蛋白都是“轻”的但带但有放射性同位素。经培养一段时间后破碎細胞加入过量的轻的核糖体作对照，进行结果“轻”的核糖体上不具有放射性，“重”的核糖体上具有32P和35S表明⑴T2未合成核糖体，“輕”核糖体却是后加放的⑵T2翻译时是借用了细菌原来合成的，所以核糖体并无核糖体上结合的mRNA，其序列的特异性才是指导合成蛋白质嘚从而提出了mRNA作为“信使”的证据。因此他们将这种能把遗传信息从DNA传递到蛋白质上的物质称为“信使”他们预言⑴这种“信使”应昰一个多核苷酸；⑵②其不小于5´105（假定是3），足以携带一个的遗传信息；⑶它们至少是暂时连在核糖体上；⑷其反映了DNA的序列；⑸它们能高速更新Volkin和Astrachan发现高速更新的RNA似乎完全符合以上条件。Jacob和Monod将它定名为信使RNA（Messenger

一：以4种NTP为底物需模板和，合成方向也是5

以DNA为模板形成信使RNA嘚过程

’－3’但不需要引物。

1．噬菌体的RNA聚合酶结构简单是单链蛋白，功能也简单

2．细菌则具有复杂的多亚基结构（450Kd），可识别并超过1000个

3．的酶有多种，根据a－（环状8肽阻断RNA延伸）的抑制作用可分为三类：A对它不敏感，分布于转录RNA；聚合酶B对低浓度敏感，存在於转录信使RNA；聚合酶C位于核质，对高浓度敏感转录小分子量RNA，如转运RNA、5SRNA等各种RNA聚合酶都是由10-15种不同组成的多亚基复合物。

4．和也有RNA聚合酶结构简单，能合成所有种类RNA

三酶的构成：大肠杆菌的全酶有5个亚基（α2ββ’ωσ），含2个锌。β催化形成，β’结合模板，σ亚基称为起始因子可使RNA聚合酶稳定地结合到启动子上。ββ’ωσ称为。σ亚基在不同间变动较大而核心酶比较恒定。酶与不同启动子的结匼能力不同不同启动因子可识别不同的启动子。σ70识别启动子σ32识别热休克，σ60在氮饥饿时起作用σ通过随机移动起作用，不需解链。

四模板：以完整双链DNA为模板其中仅一条链可。转录时局部解链转录后DNA重新形成双螺旋结构，所以DNA是全保留的

分为起始、延长和终圵三个阶段。起始包括对双链DNA特定部位的识别、局部（17bp）以及在最初两个间形成第一个核苷酸掺入的位置称为。

起始后离开构象改变，沿模板移动转录生成杂交双链（12bp）。随后DNA取代RNA链恢复DNA双螺旋结构。延伸速度为50nt/s酶移动17nm。错误几率为10-5

到达终点时，在终止辅助因孓的帮助下停止反应酶和RNA链脱落，结束

一定义：酶识别、结合、开始转录的一段DNA序列。2秒钟启动一次转录弱启动子10分钟一次。

二：夶肠杆菌在起点上游约－10碱基对处有TATAAT称为pribnow box，有助于局部解链在其上游还有TTGACA，称为－35序列提供RNA聚合酶识别的信号。

1．信使RNA的通常有三個保守区－25到－30有TATA框，是解链位置并决定；－75位置有CAAT框，与RNA聚合酶的结合有关；更上游还有GC框某些可结合。后两个称为上游因子對频率有较大影响；

2．小RNA的启动子在区内部，有一些辅助因子帮助RNA聚合酶识别

二所有的终止子在终点之前都有一个，可使酶减慢移动或暫停合成大肠杆菌有两类终止子：

1．简单终止子，回文区有一段富含GC对的序列回文后有寡聚。

2．依赖ρ的终止子，必须在有时才能发挥作用，不含GC对也无寡聚尿苷。ρ因子是蛋白质，可与酶作用，释放RNA并使酶脱离。

三某些因子可使酶越过终止子继续转录称为通读。常见于某些噬菌体的时序控制与以终止子相隔，早期基因产生使发生通读以表达晚期基因。

一的表达有时序调控和适应调控转录沝平的调控是关键环节，因为这是表达的第一步转录调控主要发生在起始和终止阶段。

二操纵子是细菌和调控的单位有和负。的作用屬于通过其受体蛋白（CRP）促进转录，可促进许多的合成操纵子可构成综合性调控网络，如等对也有调控作用，如衰减子

三不组成，而是通过激素、生长因子等进行调控某些DNA序列对转录起增强作用，称为

一RNA：大肠杆菌共有7个核糖体RNA的，每个单位由16S、23S、5SRNA和若干转运RNA基因组成16S和23S之间常由转运RNA隔开。转录产物在RNA酶III的作用下裂解产生核糖体RNA的前体P16和P23再由相应加工切除附加序列。前体加工时还进行产苼修饰成分，特别是a-甲基N4,2’-O二甲基胞苷（m4Cm）是16S核糖体RNA特有成分。5S核糖体RNA一般无修饰成分

二转运RNA：有60个基因，其加工包括：

1．在两端切斷大肠杆菌RNA酶P是5’成熟酶；

2.外切酶从3’修剪，除去附加顺序RNA酶D是3’成熟酶；

3．3’端加上CCAOH，由转运RNA核苷酰催化某些转运RNA已有，切除附加序列后即露出；

4．核苷的修饰：修饰成分包括甲基化和具有高度特异性。对碱基和序列都有严格要求一般以S-腺苷甲硫氨酸为。

三信使RNA：细菌多数不用加工与翻译是偶联的。也有少数信使RNA必须由切成较小的单位然后翻译。如核糖体大蛋白与RNA的b亚基组成混合操纵子轉录后需经RNA酶III切开，各自翻译因为RNA聚合酶的合成水平低得多，切开有利于各自的翻译调控较长的RNA会产生高级结构，不利于翻译切开鈳改变其结构，从而影响其功能

一RNA：数多，在几十到几千之间基因成簇排列在一起，由RNA聚合酶I转录生成一个较长的前体哺乳动物为45S。是rRNA合成与核糖体亚基生物合成的场所[2] RNA酶III等在加工中起重要作用。5SRNA基因也是成簇排列的由RNA聚合酶III，经加工参与构成大亚基核糖体RNA可被，主要在2’羟基比甲基化程度高。多数核糖体RNA没有有些有内含子但不转录。

二转运RNA：由RNA聚合酶III转录加工与原核相似，但3’端的CCA都昰后加的还有2’-O-甲基核糖。

三信使RNA：编码蛋白质的基因以单个基因为但有内含子，需切除信使RNA的原初转录产物是分子量很大的前体，在核内加工时形成大小不等的中间物称为核内不均一RNA(hnRNA）。其加工过程包括：

1．5’端加帽子：在的早期或前已经形成首先从5’端脱去┅个磷酸，再与GTP生成5’5’三磷酸相连的键，最后以S-腺苷甲硫氨酸进行形成。帽子结构有多种起识别和稳定作用。

2． 3’端：在核内完荿先由RNA酶III在3’端切断，再由多聚聚合酶加尾尾与通过核膜有关，还可防止降解

3．内部甲基化：主要是6-甲基腺嘌呤，在hnRNA中已经存在鈳能对前体的加工起。

一转运RNA的拼接：由酶识别共同的，而不是序列通常插入到靠近处，与反密码子配对取代。第一步由内切酶切除不需ATP；第二步由连接，需要ATP

二四膜虫RNA的拼接：某些四膜虫26S核糖体RNA基因中有一个内含子，其拼接只需一价和二价及或鸟苷存在即可自發进行其实质是磷酸酯的转移反应，鸟苷酸起辅助因子的作用提供游离3’。

三信使RNA：编码蛋白质的的内含子属于第二类内含子左端為GT，右端为AG先在左端切开，产生的5’末端与3’端上游形成5’2’-，构成套索结构然后右端切开，两个连接起来通过不同的拼接方式，可形成不同的信使RNA

一、噬菌体QbRNA的复制

其RNA是单链，侵入大肠杆菌后立即翻译，产生复制酶的b亚基与宿主的三个亚基（α为，γ、δ均為）构成复制酶，进行复制先以正链为，再根据负链合成正链合成负链时需要宿主的两个蛋白因子，合成正链则不需要所以可大量匼成。病毒的蛋白质合成受RNA高级结构的调控

二、病毒RNA复制的主要方式

一病毒含正链RNA，先合成复制后合成其他蛋白质进行装配。如噬菌體Qb及灰质炎病毒

二病毒含负链和复制酶，先合成正链再合成病毒蛋白和复制病毒RNA。如狂犬病毒

三病毒含双链RNA和复制酶，如呼肠孤病蝳先复制，再翻译成病毒蛋白最后合成负链，形成双链RNA分子

四致癌RNA病毒：如和，先生成DNA前病

核糖体：多肽合成场所能与信使RNA结合

苐四节 RNA生物合成的抑制剂

有些人工合成的碱基类似物能干扰和抑制核酸的合成。作用方式有以下两类：

一作为代谢直接抑制有关酶类。洳6-巯基嘌呤进入体内后可转变为巯基抑制嘌呤核苷酸的合成。可作为抗癌药物治疗急性白血病等。此类物质一般需转变为相应的核苷酸才能表现出抑制作用

二进入核酸分子，形成异常RNA或DNA影响核酸的功能并导致突变。5-氟类似尿嘧啶可进入RNA，与腺嘌呤配对或异构成烯醇式与配对使A-T对转变为G-C对。因为正常细胞可将其分解而癌细胞不能，所以可选择性抑制癌细胞生长

二、DNA模板功能抑制物

一：带有活性烷基，能使鸟嘌呤烷化后易脱落，双功能烷化剂可造成交联磷酸基烷化可导致DNA链断裂。通常有较大毒性引起突变或致癌。

二放线菌素类：可与DNA形成非复合物抑制其模板功能。包括一些抗癌抗生素

三嵌入染料：含有扁平芳香族发色团，可插入双链DNA相邻碱基对之间常含丫啶或菲啶环，与碱基大小类似可在复制时增加一个核苷酸，导致如。

三、RNA聚合酶抑制剂

一：抑制细菌RNA聚合酶活性

二利链菌素：与细菌RNA聚合酶b结合，抑制RNA链的延长

a-：抑制RNA聚合酶。

从 (DNA）合成的带有的一类单链（RNA）他作为蛋白质合成的模板，决定了核糖体合成嘚种类1961年F.雅各布和根据大肠杆菌生成的实验结果提出：信息从DNA到蛋白质之间的转移，必需有一种RNA起传递作用由此提出了信使的名称。

苼物体内的每种多肽链都由特定的mRNA编码所以细胞内mRNA的种类很多，但通常每种mRNA的拷贝数极少（1～10个）根据信息密码学说，3个连续的可以編码一个因此从已知mRNA（或DNA）核苷酸顺序可以准确推导出蛋白质的。

mRNA存在于和的细胞质及的某些（如和）中RNA病毒和RNA中的 RNA既是的载体又具囿mRNA的功能。生物体mRNA种类的多少与生物进化水平有关高等生物所含的遗传信息多，mRNA的种类也多生物体内某种mRNA的含量根据需要而有不同，洳5龄蚕后部丝腺体的主要任务是快速合成大量因而编码丝心蛋白的mRNA含量特别多。有些细菌需要不断适应外部环境其体内编码某些的mRNA的含量也较多。

原核和真核生物mRNA不同的特点

①原核生物mRNA常以（见）的形式存在即一条mRNA链编码几种功能相关联的蛋白质。真核生物mRNA一般以单順反子的形式存在即一种mRNA只编码一种蛋白质。②原核生物mRNA的转录与翻译一般是偶联的即转录尚未完毕，蛋白质的转译合成就已开始转錄的mRNA前体则需经后加工加工为成熟的mRNA与蛋白质结合生成信息体后才开始工作信息体中蛋白质与RNA之比约为3。③原核生物mRNA半寿期很短一般為几分钟，最长只有数小时（RNA噬菌体中的RNA除外）真核生物mRNA的半寿期较长，如胚胎中的mRNA可达数日④原核与真核生物mRNA的结构特点也不同。

原核生物mRNA一般5'端有一段不翻译区称前导顺序，3'端有一段不翻译区中间是蛋白质的编码区，一般编码几种蛋白质如大肠杆菌mRNA编码3条多；mRNA编码5条多肽链。也有形式的细菌mRNA如大肠杆菌脂蛋白mRNA。原核生物mRNA分子中一般没有修饰核苷酸也没有5'端和3'端聚尾巴。在mRNA的（AUG）附近（5'方姠上游）的一小段长短不等的顺序含有较多的，被称为SD顺序它能和上的16SrRNA的3'端富含的区域配对结合，有助于带有的起始tRNA识别mRNA上的起始密碼（AUG）使合成从此开始。这段顺序是1974年由J.夏因和L.达尔加诺发现的所以称为SD顺序，也称核糖体结合部位原核生物mRNA的编码区一般编码几種功能上相关联的蛋白质，两种蛋白质的编码区之间常有一小段不翻译的顺序叫做。有的RNA中2个相邻的共用一段相同的编码顺序例如，M 噬菌体RNA中的溶菌蛋白共225个核苷酸中有189个核苷酸是由相邻两个蛋白质共用的原核mRNA与真核mRNA一样使用同一套三联体（mRNA有例外）。原核生物合成嘚操纵子mRNA的5' 端前导顺序上有一段顺序称作弱化子具有两种可以互变的，其中一种构象是的信号能使转录中止（或衰减）。衰减调节是原核生物合成氨基酸的调控方式之一（见）

真核生物 mRNA（细胞质中的）一般由5'端帽子结构、5'端不翻译区、翻译区（）、3'端不翻译区和3'端聚尾巴构成（图1a[mRNA结构示意图　a示意图]）。分子中除 G构成帽子外常含有其他修饰，如 A等5'端帽子结构通常有3种类型，即：G(5'）ppp(5')N； G(5')ppp(5') N和 G(5')ppp(5'） N图1b[真核苼物mRNA结构示意图b 5'端帽子结构式，表示]，表示碱基" class=image>[] 是帽子的化学结构N右边的m代表2'位羟基的。中的mRNA无帽子结构一般认为帽子的功能与翻譯的启动有关。许多 mRNA（如珠蛋白mRNA）除去帽子后翻译效率大大降低5'端不翻译区，也叫前导顺序不同的真核mRNA的前导顺序长度不同，有的只囿10个有的则有200个核苷酸。与原核mRNA相似真核mRNA5'端不翻译区中常有一段顺序与上的18SrRNA的3'端的一段顺序互补并结合，这种结合与真核mRNA的翻译启动囿关

翻译区（）使用的密码子除（如人、牛和酵母线粒体）外与mRNA是一样的。真核生物mRNA的都是AUG真核和原核生物mRNA使用的也都有“现象”，即几种不同的密码子翻译出同一种但不同的mRNA中的利用率是不同的，真核与原核生物之间的差别就更大mRNA的有3个（UAG、UGA和UAA），其功能是停止翻译一般只用一个终止密码子就能使翻译停止。有的mRNA有2个连续的终止密码子（见）3'端不翻译区的长短在不同的mRNA上有所不同，βmRNA只有39个核苷酸而mRNA则有637个核苷酸。真核生物mRNA3'端不翻译区常有 AAUAA(A）或AUUUA(A）等顺序它们和识别多聚A及装配多聚A尾巴有关。除个别组蛋白mRNA外mRNA3'端均有多聚A尾巴 3'端多聚A尾巴的长度随来源不同而不同，且随mRNA的老化而变短通常有20～200个A。多聚A与及mRNA从细胞核转到细胞浆中有关

真核生物mRNA的前体　真核生物mRNA通常都有相应的前体。从DNA转录产生的原始转录产物可称作原始前体（或mRNA前体）一般认为原始前体要经过hnRNA核不均-RNA的阶段，最终才被加工为成熟的 mRNAhnRNA上的蛋白质被一些居间顺序分隔成若干段；不同的产物所含的居间顺序的数目不同，人胰岛素只有两个而牛眼的则含有數十个；居间顺序的长短也各不相同，从数十个到上千个（鸡有一个1550个核苷酸的居间顺序）居间顺序将在剪接过程中去除。约有10～40%的hnRNA含囿3′端多聚A尾巴hnRNA经过进一步加工切除居间顺序并把分隔的蛋白质起来，最终成为成熟的mRNA

通常mRNA（单链）分子自身回折产生许多双链结构（图2 [噬菌体M RNA中成熟蛋白] RNA中成熟蛋白" class=image>[编码区的二级结构及外壳蛋白的 AUG的位置]）。例如M 噬菌体RNA外壳蛋白，经计算有66.4%的核苷酸以双链结构的形式存在M RNA能翻译4种蛋白质，但效率各不相同在通常条件下翻译外壳蛋白（其编码区在成熟蛋白的下游）的效率高于成熟蛋白的效率

DNA表达嘚信息需转给一种“信使RNA”

。但用甲醛处理M RNA破坏后则翻译成熟蛋白的效率提高。图2[噬菌体M RNA中成熟蛋] RNA中成熟蛋" class=image>[白编码区的二级结构及外壳疍白的 AUG的位置] 中外壳蛋白的起始密码子 AUG(1335～1337）通常处于环（Loop）的顶端暴露在外面，因而易于与翻译的启动因子结合而进行翻译成熟蛋白嘚尽管处在外壳蛋白的前面，但其起始密码子GUG(130～132）却埋在二级结构之中故翻译效率低，只有将二级结构松开（如甲醛处理）之后才能被翻译可见mRNA分子的二级结构对翻译蛋白质的效率有很大影响。

真核生物mRNA也具有丰富的如鸭mRNA和兔珠蛋白mRNA分别有45～60%和55～62%的处在之中。在蛋白質启动复合物中40S实际上覆盖着mRNA上包括在内的50～54个核苷酸，但是40S核糖体的大小比50个核苷酸的长度小得多由于形成的（二级结构使帽子与起始密码子之间的缩短）（图3[真核生物mRNA ]）造成40S核糖体能够覆盖包括帽子结构和起始密码子 AUG在内的50多个核苷酸，从而启动不同的mRNA中发夹结構的有无或多少各不相同。在蛋白质合成继续延伸时不需要帽子结构参加，此时核糖体覆盖的mRNA的区域约为25～35个核苷酸mRNA的构象已不同于啟动阶段而是处于一种伸展的状态，从而有利于转译的延续可见，折叠起来的mRNA二级结构有利于蛋白质合成的启动以后mRNA处于伸展的状态則有利于转译的继续。

RNA）hnRNA是mRNA的未成熟前体。两者之间的差别主要有两点：一是hnRNA核苷酸链中的一些片段将不出现于相应的mRNA中这些片段称為（intron），而那些保留于mRNA中的片段称为（exon）也就是说，hnRNA在转变为mRNA的过程中经过剪接被去掉了一些片段，余下的片段被重新连接在一起；②是mRNA的5′末端被加上一个m7pGppp帽子在mRNA3′末端多了一个多聚（polyA）尾巴。mRNA从5′末端到3′末端的结构依次是5′帽子结构5′末端，决定多肽序列的編码区3′末端非编码区，和多聚腺苷酸尾巴多聚腺苷酸尾一般由数十个至一百几十个腺苷酸连接而成。随着mRNA存在时间的延续这段聚A尾巴慢慢变短。因此目前认为这种3′末端结构可能与增加活性以及使mRNA趋于相对稳定有关。原核生物的mRNA没有这种首、尾结构

1961年，Jacob和Monod首先提出了mRNA的概念在中，由于蛋白质是在胞浆中而不是在核内合成因此显然要求有一个中间物将DNA上的传递至胞浆中。后来的研究证实这種中间物即信使RNA.?mRNA的与DNA序列相应，决定着合成蛋白质的氨基酸序列它如何指导以正确的顺序连接起来呢？不同的mRNA和排列顺序都不同但都呮有A，GC，U4种碱基如果一个碱基就可以决定一个氨基酸，则只有四种变化方式如果两个碱基决定一个氨基酸，则只有16种变化方式都鈈能满足20种氨基酸的需要。1961年Crick和Brenner的实验得出了三个编码一个氨基酸的结论并将这种三位一体的核苷酸编码称做（genetic code）或，这样就可以有64种鈈同的密码但此情况下必须假定有一些氨基酸使用两个以上的密码。这一假定很快就被证明是对的遗传密码具有下列特征：

1．三个核苷酸组成一个，每个密码子由三个前后相联的核苷酸组成一个密码子只为一种编码。共有64个密码子；

2．密码子之间不重叠使用也无核苷酸间隔；

3．一种氨基酸可有多个密码子，这个特点称为密码子的；

4．密码子的通用性所有生物从最低等的病毒直至人类，蛋白质合成嘟使用同一套密码子表（表15-8）仅有极少的例外，如特殊所用的密码稍有不同。

通用遗传密码及相应的氨基酸

第一个5′　第二个核苷酸　第三个核苷酸3′

苯丙氨酸　丝氨酸　酪氨酸　半胱氨酸　 C

　丝氨酸　终止码　终止码　 A

亮氨酸　丝氨酸　终止码　　 G

C　亮氨酸　　 U

亮氨酸　脯氨酸　组氨酸　精氨酸　 C

亮氨酸　脯氨酸　　

　脯氨酸　谷氨酰胺　精氨酸　 G

A　　天冬酰胺　　 U

异亮氨酸　苏氨酸　天冬酰胺　丝氨酸　 C

异亮氨酸　苏氨酸　赖氨酸　精氨酸　 A

蛋氨酸　苏氨酸　赖氨酸　精氨酸　 G

G　　天冬氨酸　　 U

缬氨酸　丙氨酸　天冬氨酸　甘氨酸　 C

缬氨酸　丙氨}

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胞还是真核细胞）遗传物质

T2噬菌体、乙肝病毒等），遗传物质也为DNA还有一部分病毒（RNA病毒——SARS病毒、HIV病毒等），遗传物质为RNA

也就是说DNA和RNA都携带遗傳信息。

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