对双螺旋的了解开拓了一个广阔的、激动人心的研究新领域,可以毫不夸张的说,由于这一发现的结果,分子生物学在随后的...
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对双螺旋的了解开拓了一个广阔的、激动人心的研究新领域,可以毫不夸张的说,由于这一发现的结果,分子生物学在随后的 15 年中完全左右了生物学。 Ernst Mayr (1904~). DNA 的故事 The Story of DNA. 第 14 讲. 第 14 讲 DNA 与分子生物学. 核酸与蛋白质. 遗传物质. 发现双螺旋. 遗传密码. 核酸与蛋白质. 遗传物质. 发现双螺旋. 遗传密码. 1869 年 : 发现核酸 ( 核素 , nuclein). 米切尔 (瑞士) Friedrich Miescher (1844-1895). - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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对双螺旋的了解开拓了一个广阔的、激动人心的研究新领域,可以毫不夸张的说,由于这一发现的结果,分子生物学在随后的 15 年中完全左右了生物学。
Ernst Mayr (1904~)
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第 14 讲
DNA 的故事The Story of DNA
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第 14 讲 DNA 与分子生物学第 14 讲 DNA 与分子生物学
• 遗传物质• 发现双螺旋
• 遗传密码
• 核酸与蛋白质
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• 核酸与蛋白质
• 发现双螺旋
• 遗传密码
• 遗传物质
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米切尔(瑞士)
Friedrich Miescher (1844-1895)
• 1869 年 : 发现核酸 ( 核素 , nuclein)• 不被看作是遗传信息的载体
• 20 世纪初 : 植物和动物细胞中普遍存在核酸
• 核酸分子含有四种碱 ( 两个嘌呤和两个嘧啶 ), 一个磷酸 , 一个糖。
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莱文(美国)Phoebus A.T. Levene
(1869-1940)
• 1920 年代 : 发现两类不同的核酸
• RNA( 核糖核酸 )
• DNA( 脱氧核糖核酸 , 比 RNA 的核糖少一个氧原子 )
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• 核苷酸 : 核酸的基本构件
含氮碱基
戊糖
磷酸
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鸟嘌呤
腺嘌呤
胸腺嘧啶
胞嘧啶
尿嘧啶
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腺嘌呤脱氧核苷酸
磷酸糖
碱基
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• 核酸 : 四种碱基的克分子数相等• 多核苷酸 : 由某种确定的、排列顺序不变的单元组成
• 1929 年 : DNA 的化学成分和基本结构的四核苷酸假说
ATCG ATCGATCGATCG
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• 氨基酸 amino acids: 生命的基本构件
• 蛋白质是由氨基酸组成的多肽链
• 一个氨基酸的氨基 (NH2) 释放一个氢原子 , 另一个氨基酸的羧基 (COOH) 释放一个 OH 基团 , 形成一个肽键。
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• 主流意见 : 基因是由蛋白质构成的, DNA 只不过在遗传过程中发挥某些辅助的生理作用
• 1868 年 : 赫胥黎 (T. H. Huxley, 1825~1895)
• 蛋白质是“生命的物质基础”。
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• 1930~1940s: DNA 分子的分子量是 50 万到 100 万 , 比蛋白质分子还要大。
• DNA 与蛋白质 :
• 谁是遗传信息载体?
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• 遗传物质
• 发现双螺旋
• 遗传密码
• 核酸与蛋白质
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格里菲斯 ( 英国)Fredrick Griffith, 1877~1941
• 1928 年• 将一种活的无毒细菌菌株和死的有毒细菌菌株同时注射到宿主体内,某些无毒的细菌菌株就变成了有毒的。
• 1923 年 : 两种肺炎双球菌
• R 型 ( 无包膜 , 粗糙 ): 无害 ( 无传染性 )
• S 型 ( 有包膜 , 光滑 ): 有害 ( 有传染性 )• 死的 S 型 + 活的 R 型 →活的 S型• S 型细菌中的转化物质 : R 型 → S 型
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Oswald T. Avery 1877~1955
Colin MacLeod 1909~1972
Maclyn McCarty1911~
• 1944 年• 成功地证明 DNA 可能是“转化因子的基本单位”
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艾弗里(美国) Oswald Avery 1877~1955
• 艾弗里的实验结果引起了一场“雪崩”式的核酸研究热潮
• 局面扭转 : 轮到反对派来反驳艾弗里的论述
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德尔布吕克( 左 ) Max Delbrück ( 美国 )1906~1981
卢里亚 ( 美国 )Salvador Luria1912~
• 1938~1952
• 噬菌体小组
• 沉湎于四核苷酸学说,不相信 DNA 能够具有遗传物质所必需的复杂性。• 他们的怀疑态度具有相当大的影响,因为在当时的分子生物学领域中他们占有支配地位。
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查伽夫 (奥地利 )Erwin Chargaff
1905~
• 1950 年 : 碱基含量• 腺嘌呤 A= 胸腺嘧啶T
• 鸟嘌呤 G= 胞嘧啶 C
• 查伽夫的发现彻底否定了列文的四核苷酸假说
• 困难 :从细胞中提纯 DNA
• 纸层析技术 : 氨基酸排序
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赫尔希 -蔡斯 试验
噬菌体用放射性硫跟踪蛋白质表层
用放射性磷跟踪核心的DNA
侵染
搅拌
分离 细胞中无硫
外表有硫
细胞中有磷
外表无磷
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赫尔希Alfred Hershey
1908~1997蔡斯
Martha Chase1927~
• 1952: 赫尔希与蔡斯利用病毒证实,传递遗传信息的是 DNA
• 噬菌体的 DNA具备自催化与异催化两种功能
• DNA如何实现这样两种功能?
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• 发现双螺旋
• 核酸与蛋白质
• 遗传密码
• 遗传物质
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沃森与克里克• 1953 年初 : 遗传学三大难题• 基因是何种形态
• 基因是如何复制(自催化)• 基因是如何提供信息来产生蛋白质的(异催化)
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美国加州理工学院的鲍林实验室
鲍林(美国)Linus Pauline, 1901~1994
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弗兰克林(英国)Rosalind Franklin
1920~1958
维尔金斯(英国)
Maurice Wilkins,1916~
伦敦皇家学院的威尔金斯小组
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布拉格(英国)Lawrence Bragg1890~1971
鲍林(美国)Linus Pauline
1901~1994
• 威尔金斯小组的专长是 X 射线结晶学• 引出的问题• DNA 分子的骨架 : 直的还是螺旋的?• 一条螺旋 : 碱基联在骨架的外边?• 多条螺旋 : 碱基在骨架的里边?它们彼此间如何相联?
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剑桥大学的沃森 - 克里克小组
沃森克里克
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薛定谔(奥地利)Erwin Schrodinger
1887~1961 1944 年 : 生命是什么?
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克里克 ( 英国 )
Francis Crick 1916~
• 1938 年 : 伦敦大学学院物理学硕士•《生命是什么?》的印象 : 可以用精确的概念,即物理学和化学的概念,来考虑生物学的本质问题。
• 克里克 : 伟大的事情就在角落里• 1949 年 : 加入佩卢兹小组
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沃森(美国)James D. Watson, 1929~
卢里亚(美国)Salvador Luria, 1912~
• 1944 年• 芝加哥大学• 动物学
• 1948 年• 印第安那大学
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德尔布吕克(美国)Max Delbrück,1906~1981
• 1948 年第一次与德尔布吕克见面,就被噬菌体学派的目标与方法“钩住了”
• 1950 年,哥本哈根• “欧洲那步子较慢的传统更有利于产生第一流的思想。”
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沃森(美国)James D. Watson, 1929~
佩鲁兹(英国)
Max Perutz, 1914-2002
• 1951 年 5月• 那不勒斯• 维尔金斯• DNA 的 X 射线的研究报告• DNA 是遗传物质
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• 鲍林 : 建立模型,再用 X 射线检验
• 1952 年 7月 , 查伽夫访问剑桥
• 1952 年 6月 , 格里菲斯 (John Griffith): 计算同类碱基之间的吸引力• 理论上 : 不同碱基之间的相互吸引
• 克里克 : 不同类型的碱基配对可能是 DNA 分子结构的基础
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• 1953 年 1月 30日星期五伦敦
• 弗兰克林 1952 年得到的最好的 DNA 的 X 射线照片 (51号 )
• X 射线的数据与密度的测量结果符合 DNA 是双链的可能性 ; 糖 - 磷酸骨架一定位于 NDA 链的外侧。
• 沃森 : 我简直目瞪口呆。照片中…反射出的黑十字只能是螺旋结构的结果。
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多诺休(美国) Jerry Donohue , 1920~1985
• 沃森 : 教科书 • 碱基 : 烯醇式互变异构
• 1953.2.20
• 多诺休 : 氢键专家• 碱基 : 酮式互变异构
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沃森与克里克
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• Nature • 1953 年 4月 25日• A structure for Deoxyribose Nucleic Acid
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DNA复制
• DNA结构发现之后的早期争论主要集中在“解旋问题”上
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Matthew Meselson1930~
Franklin W. Stahl 1929~
• 1958年 : 梅塞尔森和斯塔尔用同位素标记和超速离心分离实验证明了 DNA复制的半保留特性
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双螺旋• 1953 年初 : 遗传学三大难题• 基因是何种形态
• 基因是如何复制(自催化)• 基因是如何提供信息来产生蛋白质的(异催化)
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• 遗传密码
• 发现双螺旋
• 核酸与蛋白质
• 遗传物质
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伽莫夫(美国)George Gamow1904~1968
• 1954 年 : 遗传性状可以表现为一长串用四进位系统写成的数字
• 遗传密码 : 双螺旋上的一串碱基如何翻译成蛋白质上的一串氨基酸
• 三联体 : 三个碱基对应一种氨基酸
• DNA: 四个碱基( A 、 G 、 C 、T )• 蛋白质 : 20 种氨基酸
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• 1957: 《论蛋白质合成》 中心法则 Central dogma
蛋白质
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• 1960 年 4月剑桥 : 核糖体是一个阅读磁头 , 通过一种 RNA 信使从 DNA表达出来
J. Monod, 1910~1976
• 1960 年夏 : 发现信使RNA(mRNA)
F. Jacob, 1920~
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奥乔亚(美国)Severo Ochoa
1905-1993
• 多核苷酸磷酸化酶• 人工制取核酸
• Poly-C: (CCCC…)
• Poly-G: (GGGG…)
• Poly-U: (UUUU…)
• AAAAAA…• Poly-A
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尼伦贝格(美国)Marshall Nirenberg 1927~
• 1961 年 5月 22日• mRNA: poly-U (UUUU…)
• Poly-U 被翻译成 poly-phe
• 只含一种氨基酸 (苯丙氨酸 ) 的蛋白质 :
• phe.phe .phe .phe …. (poly-phe)
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1962 年诺贝尔奖获得者
Francis Crick
Maurice Wilkins
John Steinbeck
James Watson
Max Perutz
John Kendrew
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F. Crick, 1916~S. Brenner, 1927~
• 1961 年 Nature:• “ 蛋白质遗传密码的一般性质”
• 三个一组的碱基为一个氨基酸编码,碱基序列从一个固定的起始点读取,有些氨基酸必须对应多个三联体。
• 1955~1956 年 : 伽莫夫的三联体• 1952 年 :罗切斯特大学杜恩斯 (A. Dounce)
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柯拉那(美国)Har Gobind Khorana,1922~
霍利(美国)Robert Holley, 1922-1993
• 1966 年 : 阐明遗传密码
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• 遗传密码 Genetic code
终止号 : UAA=UAG=UGA
起始号 : AGG
AUG=甲硫氨酸 (Met)
UUU=苯丙氨酸 (Phe)GAU=天冬氨酸 (Asp)• 1963 年 : 20 种氨基酸的遗传密码全部测出
• 1966 年 : 64 种遗传密码的含意全部弄清
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蛋白质氨基酸
密码子
DNA链(模版 )
转录
翻译
DNA 分子
蛋白质合成 • UGG • 色氨酸 Trp
• UUU • 苯丙氨酸 Phe
• GGC• 甘氨酸 Gly
• UCA• 丝氨酸 Ser
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蛋白质合成 2
核糖体
蛋白质 tRNA
氨基酸
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霍利 柯拉那尼伦伯格
1968 年诺贝尔颁奖典礼
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The End