大多數生物的遺傳物質是DNA。DNA通過自我複製使遺傳信息從DNA到DNA，經過轉錄將遺傳信息由DNA轉移到RNA，再經翻譯傳遞給蛋白質，這就是1957年克裏克最初提出的中心法則的主要內容，是基因在所有有細胞結構的生物中發揮作用的最一般程序。
然而，1970年以來，人們發現有些病毒不含DNA，隻含RNA，這些病毒稱為RNA病毒，當它們侵入寄主細胞後能進行自我複製。即不僅DNA可以自我複製，RNA也具有自我複製的能力。還有些能夠致癌的RNA病毒在宿主細胞中先以病毒的RNA為模板合成DNA，這一過程稱為逆轉錄，再以DNA為模板合成新的病毒RNA。
DNA必須具有以自身為模板進行準確複製的能力，才能完成其作為遺傳物質的使命。DNA的複製是一個邊解旋邊複製的過程。DNA在複製過程中堿基間的氫鍵首先斷裂，兩條單鏈從中間分開，就像拉開衣服上的拉鏈一樣，每條鏈分別作模板合成新鏈，產生的每個子代DNA分子一條鏈來自親代，另一條鏈是新合成的，所以稱之為半保留複製。
DNA複製是一個精確而複雜的過程，複製時嚴格按照堿基配對原則進行，模板鏈是A時，新鏈上與之對應的堿基必定是T，若模板鏈是G，新鏈必定是C，整個過程還需要有大量的酶參與。
遺傳信息從DNA到RNA的過程叫轉錄，即以雙鏈DNA中的一條鏈為模板，以4種核苷三磷酸為原料，在RNA聚合酶催化下合成RNA的過程。生物按照從DNA轉錄得到的mRNA分子中堿基排列順序合成氨基酸的過程稱為翻譯，又叫蛋白質生物合成。參與蛋白質合成的因素很多，主要有核糖體、mRNA、tRNA和許多酶。
核糖體是蛋白質合成的加工廠。mRNA相當於合成蛋白質的圖紙。三聯體密碼組成RNA的64個密碼與組成蛋白質的20種氨基酸之間的對應關係，經美國生物化學家尼倫伯格曆時5年的研究，已於1966年全部闡明。其中包括1個起始密碼（AUG）、3個終止密碼（UAA、UGA、UAG）及其他60個編碼不同氨基酸的密碼。tRNA是在翻譯過程中負責把合成蛋白質的原料——氨基酸運輸到加工廠的小分子RNA。
蛋白質生物合成可分為五個階段：①氨基酸的活化；②多肽鏈合成的起始；③肽鏈的延長；④肽鏈的終止和釋放；⑤蛋白質合成後的加工修飾。
基因轉錄及翻譯的過程稱為基因表達。至此，遺傳信息被表達成蛋白質發揮生物效應。
由於RNA複製隻在RNA病毒中存在，逆轉錄隻在RNA致癌病毒及少數類型的細胞中存在，至於遺傳信息從DNA到蛋白質的過程隻是理論上的推測，在活細胞中尚未發現，均用虛線箭頭表示。DNA的複製、轉錄和翻譯普遍存在於所有生物細胞中，用實線箭頭表示。作為現代生物學中最重要最基本的規律之一，中心法則在探索生命現象的本質及普遍規律方麵起了巨大的作用，是現代生物學的理論基石，極大地推動了現代生物學的發展，在生物科學發展過程中占有重要地位。
6.2存同求異——遺傳機製
6.2.1孟德爾與豌豆
遺傳學發展史上有一個非常重要的人物，他就是遺傳學傑出的奠基人孟德爾。他對遺傳學的形成和發展做出了十分重要的貢獻。下麵咱們就一起來了解一下吧！
當我們把紅墨水和藍墨水混合在一起，得到的混合液是一種分不清是紅是藍的液體，但大家想想，要是兩種顏色的花雜交後，它們的後代是什麼顏色的呢？我們能不能事先知道結果呢？那麼，就讓我們一起到孟德爾的修道院看看，聽聽他怎麼說。
孟德爾是奧地利神父，在修道院裏種豌豆把他推到了遺傳學的前沿。他采用不同的豌豆品種，經連續8年的雜交試驗，觀察了7對相對性狀的表現，以實驗結果加上自己的合理假設檢驗發表了《植物雜交試驗》，發現了遺傳的兩個基本定律——分離定律和自由組合定律。
（1）分離現象
動植物千千萬，為何孟德爾選豌豆作為試驗對象呢？
因為豌豆具有與眾不同的特點，它穩定且具有特別容易區分的性狀，比如種子形狀分圓滑和皺縮，子葉顏色分黃、綠等。而且豌豆花大，容易做人工試驗，豌豆又是自花傳粉、閉花授粉，所以，在自然狀態下均是純種。這為孟德爾的試驗大大減少了幹擾因素，使得試驗進行得相對很順利。
性狀是生物在形態結構、生理特征以及行為等方麵表現出來的特征的總稱。生物體都具有許多具體的性狀，如花的顏色、種子的形狀、身體的高度等，這些被區分開的每一個具體性狀稱為單位性狀。每一個單位性狀的不同表現形式稱為相對性狀，所謂相對性狀，是指同種生物的同一性狀的不同表現類型，如花的顏色有紅和白，種子的形狀有圓形和皺形等。
孟德爾用具有相對性狀的純合體為親本進行雜交，在雜種一代（簡稱F1）中，每對相對性狀都隻有一種性狀表現出來，如用紅花與白花品種雜交，F1全是紅花，孟德爾把在一對相對性狀中，F1能夠表現出來的性狀，如紅花，叫作顯性性狀；F1未能表現出來的性狀，如白花，叫作隱性性狀。孟德爾讓F1紅花豌豆自花授粉（自交）得到的種子（簡稱F2）於次年再播種下去，結果出現了兩種類型：一種開紅花（顯性性狀），一種開白花（隱性性狀），即一對相對性狀的兩種不同表現形式——紅花和白花性狀在F2都表現出來了，孟德爾稱之為性狀分離，並且顯性性狀與隱性性狀的比例約為3∶1，孟德爾在其他6對相對性狀的雜交試驗中，也都得到了類似的結果。這種現象被孟德爾稱為分離現象。
（2）分離現象的解釋——遺傳因子分離假說
為了解釋上述雜交試驗的結果，孟德爾提出了遺傳因子的分離假說，其主要內容是：生物的性狀由遺傳因子控製（後來被稱為基因），每種遺傳因子控製著一種性狀，顯性性狀由顯性因子控製，隱性性狀由隱性因子控製。遺傳因子在體細胞內成對存在，一個來自父本，另一個來自母本。在形成配子時，成對的遺傳因子彼此分離，各自進入到一個配子中，從而導致在每個配子中隻含有成對遺傳因子中的一個成員，經受精後才會恢複到成對的狀態。
個體的性狀表現由遺傳因子的組成情況（基因型）決定，兩個遺傳因子一樣的個體稱為純合體，不一樣的個體稱為雜合體。兩個遺傳因子均為顯性因子（顯性純合）或一個為顯性因子另一個為隱性因子（雜合）時，表現顯性性狀，隻有兩個遺傳因子都是隱性因子（隱性純合）時才表現隱性性狀。在雜種F1的體細胞中，兩個遺傳因子的組成不同，一個為顯性因子，另一個為隱性因子，所以表現顯性性狀。
F1經減數分裂產生兩種等量的不同類型的配子，各種不同類型的雌、雄配子的隨機結合，使得F2出現3∶1的性狀分離比。孟德爾的分離假說可用遺傳因子圖解來說明。大寫字母C代表決定紅花的顯性遺傳因子，小寫字母c代表白花的隱性遺傳因子。
F1的C、c兩種雌、雄配子隨機結合產生了三種組合CC、Cc和cc，它們之間的比例接近於1∶2∶1，而在性狀表現上紅花∶白花接近3∶1。因此，孟德爾的遺傳因子假說，使得豌豆雜交試驗所得到的結果有了科學、圓滿的解釋。
（3）遺傳因子分離假說的驗證——測交
孟德爾對分離現象的解釋，畢竟隻是建立在一種假說基礎之上，要使假說上升為科學真理，還必須用試驗的方法進行驗證。
孟德爾設計的一種驗證方法是測交。測交就是讓F1與隱性類型雜交，用來測定F1的基因型。按照孟德爾對分離現象的解釋，F1（Cc）一定會產生帶有遺傳因子C和c的兩種配子，並且兩者的數目相等；而隱性類型（cc）隻能產生一種帶有隱性遺傳因子c的配子，這種配子不會抑製F1中遺傳因子的作用。所以，測交產生的後代應當一半是紅花（Cc），一半是白花（cc），即兩種性狀之比應為1∶1。實際的測交結果是166株後代中，紅花85株，白花81株，性狀分離比接近1∶1，試驗結果符合預先設想。對其他幾對相對性狀的測交試驗，也都得到了近似於1∶1的分離比，從而雄辯地證明了遺傳因子分離假說的正確性和科學性。
於是孟德爾得出結論，分離規律的實質是雜合體中決定某一性狀的成對遺傳因子，在減數分裂過程中，彼此分離，從而產生數目相等的、兩種類型的配子，且獨立地遺傳給後代。
（4）自由組合現象
隨後，孟德爾選取了具有兩對相對性狀的豌豆為研究對象，顯性親本的性狀是黃色圓形，隱性親本的性狀是綠色皺形，得到的子一代F1表現黃色圓形。讓F1自交，在F2中出現了明顯的分離和自由組合現象。在得到的556顆F2種子中，有四種不同的表現類型——黃色圓形、綠色圓形、黃色皺形和綠色皺形，其數目分別為315顆、101顆、108顆和32顆。如果以數量最少的綠色皺形32作為比例數1，那麼F2的四種表現型的數字比例大約為9∶3∶3∶1。
若將顏色及形狀分別考慮，可發現黃色∶綠色=（315+101）∶（108+32）≈3∶1，圓形∶皺形=（315+108）∶（101+32）≈3∶1，表明這兩對性狀的遺傳，分別是由兩對遺傳因子控製，其傳遞方式仍然符合分離規律。
如果把這兩對性狀聯係在一起考慮，F2表現型的分離比應該是它們各自F2表現型分離比（3/4∶1/4）的乘積，表明控製黃、綠和圓、皺兩對相對性狀的兩對遺傳因子，既能彼此分離，又能自由組合。
（5）自由組合現象的解釋與驗證
為解釋這種現象，孟德爾提出了不同對的遺傳因子在形成配子時自由組合的理論。因為最初選用的親本都是純合的，顯性親本黃色圓形的遺傳組成為YYRR（Y代表黃色，R代表圓形），由於它們都是顯性，故用大寫字母表示。隱性親本綠色皺形的遺傳組成為yyrr（y代表綠色，r代表皺形），由於它們都是隱性，所以用小寫字母來表示。
由於這兩個親本都是純合體，它們都隻能產生一種類型的配子，即YYRR→YR，yyrr→yr，二者雜交，YR配子與yr配子結合，所得後代F1的遺傳組成為YyRr。由於遺傳因子的顯、隱性關係，所以F1全為黃色圓形。雜合的F1在形成配子時，根據分離規律，Y與y分離，R與r分離，分離後的各對因子之間進行隨機地自由組合，產生YR、Yr、yR和yr四種不同類型但數量相等的配子。F1自交時，這四種不同類型的雌、雄配子隨機結合，在F2中產生16種組合、9種遺傳組成的合子。由於顯、隱性遺傳因子的存在，F2隻有四種表現型，即黃色圓形、黃色皺形、綠色圓形、綠色皺形。它們之間的比例為9∶3∶3∶1。這個假說圓滿地解釋了他觀察到的試驗結果。這就是孟德爾發現的第二個遺傳定律——自由組合規律，又叫獨立分配規律。