中心法則是一個框架,用于理解遺傳信息在生物大分子之間傳遞的順序,對于生物體中三類主要生物大分子:DNA、RNA和蛋白質,有9種可能的傳遞順序。法則將這些順序分為三類,3個一般性的傳遞(通常發生在大多數細胞中),3個特殊傳遞(會發生,但只在一些特定條件下發生),3個未知傳遞(可能不會發生)。
法則中3類遺傳信息的傳遞順序
轉錄
主條目:轉錄
轉錄(Transcription)是遺傳信息由DNA轉換到RNA的過程。轉錄是信使RNA(mRNA)以及非編碼RNA(tRNA、rRNA等)的合成步驟。轉錄中,一個基因會被讀取、復制為mRNA;這個過程由RNA聚合酶(RNA polymerase)和轉錄因子(transcription factor)所共同完成。
編輯
主條目:RNA編輯
RNA編輯(RNA editing)是指在RNA水平上的改變遺傳信息的加工過程,導致成熟的RNA編碼序列和它的轉錄模板DNA序列之間的不相匹配。在真核生物的tRNA、rRNA和mRNA中都發現了RNA編輯這種現象。RNA編輯有核苷酸的刪除或插入編輯、堿基替換編輯2種類型。這種改變影響了基因的表達,生成不同的氨基酸以及新的開放讀碼框。編輯可在多種水平被調節,并且與一些人類疾病有一定的相關性。
剪接
主條目:剪接 (遺傳學)
在真核細胞中,原始轉錄產物(mRNA前體)還要被加工:一個或多個序列(內含子)被剪出除去。選擇性剪接的機制使之可產生出不同的成熟的mRNA分子,這取決于哪段序列被當成內含子而哪段又作為存留下來的外顯子。并非全部有mRNA的活細胞都要經歷這種剪接;剪接在原核細胞中是不存在的。
翻譯
主條目:翻譯 (遺傳學)
最終,成熟的mRNA接近核糖體,并在此處被翻譯。原核細胞沒有細胞核,其轉錄和翻譯可同時進行。而在真核細胞中,轉錄的場所和翻譯的場所通常是分開的(前者在細胞核,后者在細胞質),所以mRNA必須從細胞核轉移到細胞質,并在細胞質中與核糖體結合。核糖體會以三個密碼子來讀取mRNA上的信息,一般是從AUG開始,或是核糖體連接位下游的啟使甲硫氨酸密碼子開始。啟始因子及延長因子的復合物會將氨酰tRNA(tRNAs)帶入核糖體-mRNA復合物中,只要mRNA上的密碼子能與tRNA上的反密碼子配對,即可按照mRNA上的密碼序列加入氨基酸。當一個個氨基酸串連成勝肽鏈后,就會開始折疊成正確的構形。這個折疊的過程會一直進行,直到原先的多勝肽鏈從核糖體釋出,并形成成熟的蛋白質。在一些情況下,新合成的多勝肽鏈需要經過額外的處理才能成為成熟的蛋白質。正確的折疊過程是相當復雜的,且可能需要其他稱為分子伴侶的幫忙。有時蛋白質本身會進一步被切割,此時內部被“舍棄”的部份即稱為內含肽。
DNA復制
主條目:DNA復制
作為中心法則的最后一步,DNA必須忠實地進行復制才能使遺傳密碼從親代轉移至子代。復制是由一群復雜的蛋白質完成的;這些蛋白質打開超螺旋結構、DNA雙螺旋結構,并利用DNA聚合酶及其相關蛋白,拷貝或復制原模板,以使新代細胞或機體能重復DNA → RNA →蛋白質的循環。 DNA分子存在著構型多樣性,在遺傳信息的傳遞和表達過程中,DNA構象存在著左手螺旋及右手螺旋向右手螺旋的轉變過程,因此應賦有核酸構象的轉換形式。
只有RNA基因組的病毒
有些病毒含有整套以RNA形式編碼的基因組,因此他們只有RNA→蛋白質的編譯形式。
擬逆轉錄
主條目:擬逆轉錄
近年在植物體內發現了擬逆轉錄病毒(pararetrovirus),這種病毒的遺傳物質是雙鏈DNA,能像逆轉錄病毒一樣,通過把自己的DNA整合到寄主的基因組DNA中去,再進行復制。