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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~)

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).

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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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Presentation Transcript

  1. 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。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~)

  2. DNA的故事The Story of DNA 第 14 讲

  3. 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

  4. 核酸与蛋白质 • 遗传物质 • 发现双螺旋 • 遗传密码

  5. 1869年:发现核酸(核素, nuclein) 米切尔（瑞士）Friedrich Miescher (1844-1895) • 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。

  6. 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)

  7. 核苷酸: 核酸的基本构件 磷酸 戊糖 含氮碱基

  8. 腺嘌呤 胞嘧啶 胸腺嘧啶 尿嘧啶 鸟嘌呤

  9. 腺嘌呤脱氧核苷酸 碱基 磷酸 糖

  10. 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 ATCG ATCG ATCG ATCG • 1929年: DNA的化学成分和基本结构的四核苷酸假说

  11. 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。

  12. 1868年: 赫胥黎(T. H. Huxley, 1825~1895) • 蛋白质是“生命的物质基础”。 • 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

  13. 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？

  14. 遗传物质 • 核酸与蛋白质 • 发现双螺旋 • 遗传密码

  15. 1923年:两种肺炎双球菌 • 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。 格里菲斯(英国）Fredrick Griffith, 1877~1941 • 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

  16. Colin MacLeod 1909~1972 Maclyn McCarty 1911~ Oswald T. Avery 1877~1955 • 1944年 • 成功地证明DNA可能是“转化因子的基本单位”

  17. 艾弗里的实验结果引起了一场“雪崩”式的核酸研究热潮艾弗里的实验结果引起了一场“雪崩”式的核酸研究热潮 艾弗里（美国）Oswald Avery 1877~1955 • 局面扭转: 轮到反对派来反驳艾弗里的论述

  18. 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。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。 德尔布吕克(左)Max Delbrück (美国)1906~1981 卢里亚(美国) Salvador Luria 1912~ • 1938~1952 • 噬菌体小组

  19. 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 • 困难:从细胞中提纯DNA • 纸层析技术: 氨基酸排序 • 查伽夫的发现彻底否定了列文的四核苷酸假说

  20. 噬菌体 用放射性磷跟踪核心的DNA 用放射性硫跟踪蛋白质表层 侵染 搅拌 分离 细胞中无硫 细胞中有磷 外表有硫 外表无磷 赫尔希-蔡斯试验

  21. 1952: 赫尔希与蔡斯利用病毒证实，传递遗传信息的是DNA 赫尔希Alfred Hershey1908~1997 • 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？ 蔡斯 Martha Chase 1927~

  22. 发现双螺旋 • 核酸与蛋白质 • 遗传物质 • 遗传密码

  23. 1953年初: 遗传学三大难题 沃森与克里克 • 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）

  24. 美国加州理工学院的鲍林实验室 鲍林（美国）Linus Pauline, 1901~1994

  25. 弗兰克林（英国）Rosalind Franklin1920~1958 维尔金斯（英国）Maurice Wilkins,1916~ 伦敦皇家学院的威尔金斯小组

  26. 引出的问题 布拉格（英国）Lawrence Bragg1890~1971 • 威尔金斯小组的专长是X射线结晶学 • 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？ 鲍林（美国） Linus Pauline 1901~1994

  27. 剑桥大学的沃森-克里克小组 克里克 沃森

  28. 薛定谔（奥地利）Erwin Schrodinger1887~1961 1944年: 生命是什么？

  29. 1938年: 伦敦大学学院物理学硕士 克里克(英国)Francis Crick 1916~ • 《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

  30. 1944年 • 芝加哥大学 • 动物学 卢里亚（美国） Salvador Luria, 1912~ 沃森（美国）James D. Watson, 1929~ • 1948年 • 印第安那大学

  31. 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。”

  32. 佩鲁兹（英国）Max Perutz, 1914-2002 沃森（美国）James D. Watson, 1929~ • 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

  33. 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

  34. 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) • 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。 • 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。

  35. 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 多诺休（美国）Jerry Donohue，1920~1985

  36. 沃森与克里克

  37. Nature • 1953年4月25日 • A structure for Deoxyribose Nucleic Acid

  38. 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

  39. 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 Matthew Meselson 1930~ Franklin W. Stahl 1929~

  40. 1953年初: 遗传学三大难题 双螺旋 • 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）

  41. 遗传密码 • 核酸与蛋白质 • 遗传物质 • 发现双螺旋

  42. 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 • DNA: 四个碱基（A、G、C、T） • 蛋白质: 20种氨基酸 • 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 伽莫夫（美国）George Gamow 1904~1968 • 三联体: 三个碱基对应一种氨基酸

  43. 1957: 《论蛋白质合成》中心法则 Central dogma 蛋白质

  44. F. Jacob, 1920~ J. Monod, 1910~1976 • 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 • 1960年夏: 发现信使RNA(mRNA)

  45. 多核苷酸磷酸化酶 • 人工制取核酸 奥乔亚（美国）Severo Ochoa 1905-1993 • AAAAAA… • Poly-A • Poly-C: (CCCC…) • Poly-G: (GGGG…) • Poly-U: (UUUU…)

  46. 1961年5月22日 尼伦贝格（美国）Marshall Nirenberg 1927~ • mRNA: poly-U (UUUU…) • 只含一种氨基酸(苯丙氨酸)的蛋白质: • phe.phe .phe .phe …. (poly-phe) • Poly-U 被翻译成poly-phe

  47. 1962年诺贝尔奖获得者 James Watson John Kendrew Francis Crick John Steinbeck Max Perutz Maurice Wilkins

  48. 1961年Nature: • “蛋白质遗传密码的一般性质” S. Brenner, 1927~ • 1955~1956年: 伽莫夫的三联体 • 1952年:罗切斯特大学杜恩斯(A. Dounce) • 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。 F. Crick, 1916~

  49. 1966年: 阐明遗传密码 柯拉那（美国）Har Gobind Khorana,1922~ 霍利（美国）Robert Holley, 1922-1993

  50. 遗传密码Genetic code • 1963年: 20种氨基酸的遗传密码全部测出 UUU=苯丙氨酸(Phe) GAU=天冬氨酸(Asp) 起始号: AGG AUG=甲硫氨酸(Met) 终止号: UAA=UAG=UGA • 1966年: 64种遗传密码的含意全部弄清

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