8.1中心法则现在,我们可以把遗传信息流程图示为:DNA→RNA→蛋白质。这被称作为分子遗传学的中心法则。中心法则原意是指圣经的中心教义,其他教义都可以从中心教义找到出处或被解释。中心法则这一涵义说明了分子生物学发展生命的全部历史,分子生物学的其他发展都是围绕中心法则的,是对它的发展、补充和完善。
中心法则这一形象而伟大的概念是由克里克在1958年的一篇论文中杜撰的,这篇文章的题目是:“论蛋白质的合成”。在这篇论文中,克里克断言:遗传信息只能从核酸传到核酸,或从核酸传到蛋白质,但不能从蛋白质传到核酸。当时只是知道DNA的复制,至于转录和翻译则还没有人想到过,足见克里克对科学的理性直觉之敏锐!
据沃森在《双螺旋》一书中回忆,早在1952年,他在剑桥时就写出中心法则的图式:DNA→RNA→蛋白质,并张帖在他办公桌上方的墙壁上。也许克里克进去他办公室时看过这个图式。因为性格差异(沃森办事谨慎),并没有公布他的不成熟的想法,况且当时他们关注的是DNA的结构而不是功能。克里克思维活跃,新想法不断,并常常醉心于自己的想法,两次水漫布喇克爵士的走廊就是因为耽于思想造成的。克里克能发表大胆的猜测与他的性格是有关的。
8.2中心法则的修改中心法则是神圣不可冒犯的吗?肯定的答案盛行于60年代,但到了70年代,这一神话就得修改了。
40年代就发现了RNA病毒。病毒是一类只含有核酸和蛋白质外壳的生命体,它接近于非生命,自己不能合成蛋白质,只能靠寄主的代谢系统合成蛋白质(借鸡生蛋)。病毒分为DNA病毒和RNA病毒两类,我们前面提到的噬菌体就是DNA病毒,它的遗传物质是DNA。
沃森1952年曾经研究过烟草花叶病毒,它的遗传物质是RNA。如果这种病毒要遗传下去,意味着RNA也能自行复制,所以沃森在他的中心法则图式中表明RNA也能复制。
很早(1911年),病毒学家劳斯就发现了一类能够导致肿瘤(癌症)的RNA病毒。巴尔的摩和他的老师达尔贝克,以及他的师兄梯明一直从事这类病毒的研究。1964年,梯明用一种转录抑制剂处理RNA病毒:一般的不致癌的RNA病毒能繁殖,而致癌的RNA病毒却不能繁殖。让我们看看沃森的中心法则:DNA∥→RNA→蛋白质。“∥”表示抑制剂阻碍作用。如果RNA也自行复制,那么转录抑制剂就不会对繁殖起抑制作用,因为它与DNA无关;现在致癌RNA病毒既然受转录抑制剂影响,说明它的繁殖与DNA有关。
梯明提出了一个大胆的猜想,这类RNA病毒的繁殖是这样的,首先是RNA→DNA,然后再从DNA→RNA,经过一个“坐回头车”的过程。在转录抑制剂处理时,RNA
→DNA不受阻碍,而DNA→RNA受到了阻碍,所以不能繁殖。梯明把RNA病毒的DNA状态叫“前病毒”。他的猜想被称作“前病毒假说”。
遗传信息从RNA→DNA,这与当时确立的中心法则是矛盾的,因此“前病毒”更多的时候是一个带有嘲弄味的贬义词。但梯明不予理睬,他在设法证明自己的设想。我们知道从RNA→DNA实际上是以RNA为模板合成DNA,是一种生物化学反应;我们也知道,生物化学反应必须有酶(天使)的参与,如果能够找到这样的酶,那就能说明问题了。
1970年,决定性的时刻到了,梯明和巴尔的摩几乎同时找到了这种酶,他们提取的酶与RNA病毒混合并加入单个脱氧核苷酸,结果生成了单链DNA分子!这个结果意味着什么呢?意味着遗传信息可以从RNA→DNA逆流,这个过程叫逆(反)转录,这种酶叫逆转录酶。至此,中心法则被修改为:
DNARNA→蛋白质。
现在,逆转录酶已被广泛地运用于基因工程中。因为中心法则的这一重大修改,梯明、巴尔的摩和达尔贝克师生仨分享了1975年诺贝尔生理医学奖。
§§第六章 生命的和谐,基因调控
对于我们在身体内部进行的那些复杂、协调、奇巧无比的操作。我们不需要学习任何事情。我们的平滑肌细胞生来。根据整个系统的要求开启或关闭管道。荷尔蒙被发送出去,跟细胞膜不声不响地进行反应,使其他信号开了又关。这是一个万无一失的机制。
――刘易斯・托马斯