生命的核心问题50

生命的探索--生命的核心问题齐肖琪双股螺旋体DNA原子(电子+核子)核子(中子+质子)(核能电厂,核子武器)细胞核染色体(DNA+蛋白质)Cellradius(r)1cm10cmSurfacearea(4πr2)12.57cm21257cmVolume(4πr3/3)4.189cm34189cm3VolumeRatio染色体条形码染色体的条形码基因图书馆分类(茶树,果树)管理(绿茶,果汁)DNAdoublehelix腺嘌呤（Adenine）胸腺嘧啶（Thymine）鸟粪嘌呤（Guanine）胞嘧啶（Cytosine）磷酸骨架核苷酸上碳的编号磷酸二酯键结5‘3‘华生(Watson)和克里克(Crick)脱氧核糖核酸(DNA)的构造詹姆士华生(JamesWatson)23岁取得博士学位研究领域是细菌与病毒的遗传学对探究DNA结构有高度热忱–认为能解出DNA结构是研究遗传更根本的问题,若能研究出来,一定有机会得诺贝尔奖(洞见)却对X光绕射相关知识一无所知.默里斯威尔金斯(Maurice

Wilkins)先是英国医生

后转为生物化学家在剑桥大学国王学院从事研究工作得到合成的DNA纤维以DNA经由X绕射而得的模式图由他的助理雷蒙高斯林

(RaymondGosling),帮助他拍摄了第一张DNA分子照片.(虽然不是最好的照片)他是克里克(Crick)的朋友华生(Watson)的洞见旅途中,听到威尔金斯(Wilkins)一堂课首次看到DNA的结晶图威尔金斯(Wilkins)的论点:DNA结构将是解开基因如何运作的曙光

华生(Watson)的洞见:

如果DNA能形成结晶,它的构造必是规则且相对简单弗兰西斯克里克(FrancisCrick)31岁,博士生,有妻小于剑桥大学,卡帆地施(Cavendish)实验室从事研究以X-绕射技术研究血球蛋白的构造,是放方面研究的先趋.华生(Watson)的下一步由于本身对X绕射一无所知,又想解开DNA自哥本哈根转战伦敦剑桥读到林奈发表的文章–蛋白质有α螺旋体的构造和克里克(Crick)有大量的讨论,并一直想说服克里克协助他一起研究DNA的构造克里克(Crick)的回应只有意愿和华生(Watson)讨论DNA但无意愿开始DNA的研究工作仍计划先完成博士学位,然后找份工作养妻小.学术伦理

是威尔金斯(Wilkins)的朋友克里克(Crick)所在的Cavendish研究室,和威尔金斯(Wilkins)所在的

国王(King)研究室是姊妹研究室DNA的研究主题是属于国王研究室的罗莎琳‧法兰克林

女士

(RosalinFranklin)极有天份的工业物理化学方面的权威奠定了碳纤维研究技术的基石改良了X绕射技术，并建立以数学模式分析所拍得的相片罗莎琳‧法兰克林她研究得到了最佳质量DNAX-绕射照片数据(1951)发现是螺旋体,直径2nm每隔3.4nm就有一个螺旋发现DNA的对称性DNA是双股,且方向互补可惜无遗传学背景.在当时,她是唯一发现DNA像梯子,绕着一中轴旋转的科学家约翰兰德尔(JohnRandall)剑桥大学国王学院院长聘请法兰克林(Franklin)来协助建立x绕射结晶实验室,好从事DNA构造之研究工作.指定之前威尔金斯(Wilkins)的助理雷蒙德戈斯林(RaymondGosling)成为她的助理.该院长造成20世纪最糟的学术冲突未事先告知法兰克林(Franklin)有关威尔金斯(Wilkins)已经开始从事DNA构造之研究计划，并且威尔金斯(Wilkins)认定这是他的研究主题.一开始并未介绍法兰克林(Franklin)给威尔金斯(Wilkins)认识,即便威尔金斯(Wilkins)的研究室就在楼下.竟然派帮威尔金斯(Wilkins)拍到第一张DNA结晶照片的助理贾斯琳(Gosling)去担任法兰克林(Franklin)的助理.兰德尔(Randall)的错误威尔金斯(Wilkins)对法兰克林(Franklin)的认知视法兰克林(Franklin)为一高级技术人员,胜过视她为科学家以为院长聘她是为了协助自己X绕射结晶图的研究工作把自己最好的DNA纤维材料交给了法兰克林(Franklin)后来因着对法兰克林(Franklin)的错误认知,而在背后不断批评法兰克林(Franklin)法兰克林(Franklin)的处境视威尔金斯(Wilkins)为同事视他为朋友,会激烈和他讨论有关DNA构造的不同看法因为身为女性,无法参与该学院只有男性可以参加的下午茶社交活动,因此少了很多互动与了解.兰德尔(Randall)

院长如何面对同仁不合法兰克林(Franklin)一向喜欢人和的研究环境,但她无法和威尔金斯(Wilkins)建立友谊威尔金斯(Wilkins)开始转向其他主题发展兰德尔(Randall)院长知道这两位同仁的心结,他本可化解,却袖手旁观,任凭局面恶化.DNA模型华生(Watson)听过法兰克林(Franklin)的演讲,却传递错误讯息给克里克(Crick).华生(Watson)和克里克(Crick)建立好第一个DNA模型(三股螺旋,脊骨在内),曾请法兰克林(Franklin)及威尔金斯(Wilkins)指正.DNA模型保林(Pauling)及克雷(R.Corey)宣称发现了DNA构造,是由三股螺旋构成.法兰克林(Franklin)指出了这模型错在何处,克里克(Crick)马上听懂了法兰克林(Franklin)的指正，并且认为她是对的。法兰克林(Franklin)最重要的研究成果是发现溼态DNA的构型(编号51)威尔金斯(Wilkins)取得该照片,并给华生(Watson)看根据该照片所呈现的结果，华生(Watson)下结论说DNA一定是螺旋体.然而威尔金斯(Wilkins)骗华生(Watson)说,法兰克林(Franklin)不相信DNA是螺旋体.华生(Watson)自此相信DNA是由两条链所组成,这样复制容易,但仍认为DNA的骨干(backbond)在螺旋体的内侧.克里克(Crick)去翻阅之前法兰克林(Franklin)演讲但未投稿发表的数据，因而肯定了DNA是两条链,且以反方向互补排列.1953,克里克(Crick)终于根据法兰克林(Franklin)的建议,说服华生(Watson)将DNA骨干由内侧转至外侧.磷酸二酯键结（Phosphodiesterbond）糖类与磷酸骨架（Sugar-phosphatebackbone）Chargaff’srule(1955)

A:T=C:G克里克(Crick)仍未解决双股如何藉这四种含氮硷基在中央排列?.法兰克林(Franklin)的数据显示,DNA双股螺旋体的直径从头到尾一致.查加夫(Chargaff)(1930)曾发表,细胞中的核酸,A含量永远等于T,又G含量永远和C一致.克里克(Crick)根据查加夫规则,解释两两含氮硷基的互补关系,即A:T=C:G的组合可以稳合法兰克林(Franklin)的数据,也能解释DNA如何复制.DNAdoublehelix法兰克林的实验工作克里克的理论工作华生的热情要解开DNA，三者缺一都可能完成的。兰德尔(Randall)要求法兰克林(Franklin)立刻离职,虽然她离解开DNA结构只差一步.威尔金斯(Wilkins)要华生(Watson)和克里克(Crick)在发表DNA构造的文献时,不放法兰克林(Franklin)于作者名单中.当法兰克林(Franklin)读到华生(Watson)及克里克(Crick)发表的文章时,还特地搭火车去看他们的模型,她很为他们感到高兴,也很羡慕克里克(Crick)的天份.法兰克林(Franklin)于1958(37岁)过逝.现代科学应力图合作得(Get)与忘(Forget)给(Give)

与饶恕

(Forgive)DNA复制DNA双股分开每股各自为模板复制一条新的DNA一旧一新合成新的一对子代双股DNA

半保留复制（Semiconservativereplication）(mRNA)转录转译蛋白质双股DNA中的特定一股作为模版，合成一股新的讯息RNA(mRNA)(翻译官)3个核苷酸(nucleotides)代表一个密码(coden)，每一个密码都对应特定一个胺基酸。通用翻译语言(Universallangue)

DNA

表达蛋白质讯息蛋氨酸(Met)讯息核糖核酸(mRNA)密码(codon)内容AUGCAUGCA起始点AUG特定密码对应的氨基酸种类讯息核糖核酸(mRNA)密码(codon)内容AUGCAUGCA起始点特定密码对应的氨基酸种类半胱氨酸(Cystein)

UGC

通用密码(universalcodons)对应的氨基酸:AUG

蛋氨酸(Methionine)UGC半胱氨酸(Cystein)GCA丙氨酸(Alanine)CAU组氨酸(Histidine)43RNA

有三种特定的氨基酸(a.a.)台湾大学齐肖琪讯息RNA(mRNA)传输RNA(tRNA)编辑后的成熟转录产物

初级转录产物

内含子(Intron)似逗点,并不是垃圾.

下雨天，留客天，留我不留?下雨，天留客，天留，我不留。mRNA的修饰

内插子（intron）

外显子（exon）每个tRNA会接上一个特定的Aminoacid特定的氨基酸

(a.a.)传输RNA(tRNA)核糖

RNA(rRNA)讯息

RNA(mRNA)反密码(Anti-codon):AAC密码(codon):UUG台大学齐肖琪核苷酸语言转变成氨基酸语言的动画

基因如何表现成蛋白质?速率DNA聚合酶(polymerase)复制DNA的速率是每秒500个核甘酸无误DNA聚合酶

会复制同时也会修正错误调节不同时间不同的