Transcript 生命的探索
第3單元：生命的「核」心問題 生命的核心問題 齊肖琪 【本著作除另有註明外，採取創用CC「姓名標示 －非商業性－相同方式分享」台灣2.5版授權釋出】 雙股螺旋體 DNA 原子(電子+ 核子) 核子 (中子 + 質子) Wiki Mortdefides (核能電廠,核子武器) 細胞核 染色體 (DNA+蛋白質) Volume Ratio Cell radius (r) 1 cm 10 cm Surface area (4πr2) 12.57 cm2 1257 cm Volume (4πr3/3) 4.189 cm3 4189 cm3 Wiki MesserWoland & Szczepan1990 染色體條碼 染色體的條碼 基因圖書館 分類 (茶樹, 果樹) 管理 (綠茶, 果汁) Wiki Steffen Dietzel Flickr kat m research DNA double helix 腺嘌呤（Adenine） 胸腺嘧啶（Thymine） 磷酸骨架 胞嘧啶（Cytosine） 鳥糞嘌呤（Guanine） Wiki Richard Wheeler (Zephyris) 核苷酸上碳的編號 Wiki user: Kauczuk 磷酸二酯鍵結 5‘ 3‘ Wiki Boumphreyfr 華生(Watson) 和 克里克 (Crick) 去氧核糖核酸 (DNA)的構造 詹姆士華生(James Watson) 23歲取得博士學位 研究領域是細菌與病毒的遺傳學 對探究DNA結構有高度熱忱– 認為能解出 DNA結構是研究遺傳更根本的問題, 若能研 究出來, 一定有機會得諾貝爾獎 (洞見) 卻對X光繞射相關知識一無所知. 默里斯威爾金斯(Maurice Wilkins) 先是英國醫生 後轉為生物化學家 在劍橋大學國王學院從事研究工作 得到合成的DNA纖維 以DNA經由X繞射而得的模式圖 由他的助理雷蒙 高斯林 (Raymond Gosling), 幫助他拍攝了第一張 DNA 分子照片. (雖然 不是最好的照片) 他是克里克 (Crick)的朋友 華生(Watson) 的洞見 旅途中, 聽到威爾金斯(Wilkins) 一堂課 首次看到DNA的結晶圖 威爾金斯(Wilkins)的論點: DNA結構將是解 開基因如何運作的曙光 華生(Watson)的洞見: 如果DNA能形成結晶, 它的構造必是規則且相對 簡單 弗蘭西斯克里克(Francis Crick) 31歲, 博士生, 有妻小 於劍橋大學, 卡帆地施(Cavendish) 實驗室從 事研究 以 X-繞射技術研究血球蛋白的構造, 是放方 面研究的先趨. 華生(Watson)的下一步 由於本身對 X 繞射一無所知, 又想解開DNA 自哥本哈根轉戰倫敦劍橋 讀到林奈發表的文章– 蛋白質有α螺旋體的構 造 和克里克(Crick) 有大量的討論, 並一直想說服 克里克協助他一起研究DNA的構造 克里克(Crick)的回應 只有意願和華生(Watson)討論DNA但無意願開 始DNA的研究工作 仍計畫先完成博士學位, 然後找份工作養妻小. 學術倫理 是威爾金斯(Wilkins) 的朋友 克里克(Crick)所在的 Cavendish 研究室, 和威 爾金斯(Wilkins)所在的 國王(King)研究室是 姊妹研究室 DNA 的研究主題是屬於國王研究室的 羅莎琳‧法蘭克林 女士 (Rosalin Franklin) 極有天份的工業物理化學方面的權威 奠定了碳纖維研究技術的基石 改良了X 繞射技術，並建立以數學模式分 析所拍得的相片 羅莎琳‧法蘭克林 她研究得到了最佳品質DNA X-繞射照片 數據 (1951) 發現是螺旋體, 直徑 2 nm 每隔 3.4 nm 就有一個螺旋 發現 DNA 的對稱性 DNA 是雙股, 且方向互補 可惜無遺傳學背景. 在當時,她是唯一 發現DNA 像梯子, 繞著一中軸旋轉 的科學家 約翰蘭德爾(John Randall) 劍橋大學國王學院院長 聘請法蘭克林(Franklin)來協助建立 x 繞射 結晶實驗室, 好從事DNA構造之研究工作. 指定之前威爾金斯(Wilkins)的助理雷蒙德戈 斯林(Raymond Gosling)成為她的助理. 該院長造成 20世紀最糟的學術衝突 蘭德爾(Randall)的錯誤 未事先告知 法蘭克林(Franklin) 有關 威爾金斯 (Wilkins ) 已經開始從事 DNA構造之研究計畫， 並且 威爾金斯(Wilkins) 認定這是他的研究主題. 一開始並未介紹 法蘭克林(Franklin) 給 威爾金斯 (Wilkins) 認識, 即便威爾金斯(Wilkins) 的研究室 就在樓下. 竟然派幫威爾金斯(Wilkins) 拍到第一張 DNA結晶 照片的助理賈斯琳(Gosling)去擔任法蘭克林 (Franklin) 的助理. 威爾金斯(Wilkins) 對法蘭克林(Franklin) 的認知 視法蘭克林(Franklin) 為一高級技術人員, 勝 過視她為科學家 以為院長聘她是為了協助自己 X繞射結晶圖 的研究工作 把自己最好的DNA纖維材料交給了 法蘭克 林(Franklin) 後來因著對 法蘭克林(Franklin) 的錯誤認知, 而在背後不斷批評 法蘭克林(Franklin) 法蘭克林(Franklin)的處境 視威爾金斯(Wilkins)為同事 視他為朋友, 會激烈和他討論有關DNA構 造的不同看法 因為身為女性, 無法參與該學院只有男性 可以參加的下午茶社交活動, 因此少了很 多互動與了解. 蘭德爾(Randall) 院長如何面對同仁不合 法蘭克林(Franklin) 一向喜歡人和的研究環境, 但她無法和威爾金斯(Wilkins)建立友誼 威爾金斯(Wilkins)開始轉向其他主題發展 蘭德爾(Randall)院長知道這兩位同仁的心結, 他本可化解, 卻袖手旁觀, 任憑局面惡化. DNA模型 華生(Watson) 聽過法蘭克林(Franklin)的 演講, 卻傳遞錯誤訊息給克里克(Crick) . 華生(Watson)和克里克(Crick)建立好第一 個DNA模型 (三股螺旋, 脊骨在內), 曾請 法蘭克林(Franklin)及威爾金斯(Wilkins) 指正. DNA模型 保林(Pauling) 及 克雷(R. Corey) 宣稱發現 了DNA構造, 是由三股螺旋構成. 法蘭克林(Franklin) 指出了這模型錯在何 處, 克里克(Crick) 馬上聽懂了法蘭克林 (Franklin) 的指正，並且認為她是對的。 法蘭克林(Franklin) 最重要的研究成果是發現 溼態DNA 的構型 (編號 51) 威爾金斯(Wilkins)取得該照片, 並給華生 (Watson) 看 根據該照片所呈現的結果，華生(Watson)下結 論說DNA一定是螺旋體. 然而威爾金斯(Wilkins)騙華生(Watson)說 ,法蘭 克林(Franklin) 不相信DNA是螺旋體. Wiki Bstlee Wiki 3dscience 華生(Watson)自此相信DNA 是由兩條鏈所組成, 這樣複製容易, 但仍認為DNA的骨幹(backbond) 在螺旋體的內側. 克里克(Crick) 去翻閱之前法蘭克林(Franklin) 演講但未投稿發表的數據，因而肯定了 DNA 是兩條鏈, 且以反方向互補排列. 1953, 克里克(Crick) 終於根據 法蘭克林 (Franklin) 的建議, 說服華生(Watson) 將DNA 骨 幹由內側轉至外側. Wiki Boumphreyfr 磷酸二酯鍵結 （Phosphodiester bond） 糖類與磷酸骨架 （Sugar-phosphate backbone） Chargaff’s rule (1955) A:T = C:G Wiki Boumphreyfr 克里克(Crick) 仍未解決雙股如何藉這四種含氮 鹼基在中央排列?. 法蘭克林(Franklin) 的數據顯示, DNA雙股螺旋 體的直徑從頭到尾一致. 查加夫 (Chargaff) (1930) 曾發表, 細胞中的核酸, A含量永遠等於 T, 又 G 含量永遠和 C一致. 克里克(Crick)根據查加夫規則, 解釋兩兩含氮鹼 基的互補關係, 即 A:T = C:G 的組合可以穩合法 蘭克林(Franklin)的數據, 也能解釋DNA如何複 製. DNA double helix Wiki Richard Wheeler (Zephyris) 法蘭克林的實驗工作 克里克的理論工作 華生的熱情 要解開DNA，三者缺一都可能完成的。 蘭德爾(Randall) 要求法蘭克林(Franklin) 立刻離 職, 雖然她離解開 DNA結構只差一步. 威爾金斯(Wilkins)要華生(Watson) 和克里克 (Crick) 在發表DNA 構造的文獻時, 不放法蘭克 林(Franklin) 於作者名單中 . 當法蘭克林(Franklin) 讀到 華生(Watson) 及 克里 克(Crick) 發表的文章時, 還特地搭火車去看他 們的模型, 她很為他們感到高興, 也很羨慕克里 克(Crick) 的天份. 法蘭克林(Franklin) 於1958 (37歲) 過逝. 現代科學應力圖合作 得(Get) 與 忘(Forget) 給 (Give) 與 饒恕 (Forgive) DNA 複製 DNA 雙股分開 每股各自為模板複製一 條新的DNA 一舊一新合成新的一對 子代雙股DNA Wiki user: Deneapol 半保留複製（Semiconservative replication） 轉錄 (mRNA) 轉譯 蛋白質 Wiki Daniel Horspool DNA 表達蛋白質訊息 雙股DNA 中的特定一股作為模版，合成一股 新的訊息RNA (mRNA) (翻譯官) 3個核苷酸(nucleotides) 代表一個密碼 (coden) ，每一個密碼都對應特定一個胺基酸。 通用翻譯語言(Universal langue) 起始點 訊息核糖核酸(mRNA) 密碼 (codon) 內容 AUGCAUGCA AUG 通用密碼(universal codons) 對應的氨基酸: 特定密碼對應的氨 基酸種類 蛋氨酸 (Met) AUG 蛋氨酸(Methionine) UGC半胱氨酸 (Cystein) 起始點 GCA 丙氨酸 (Alanine) CAU組氨酸 (Histidine) 訊息核糖核酸(mRNA) 密碼 (codon) 內容 特定密碼對應的氨 基酸種類 AUGCAUGCA UGC 半胱氨酸 (Cystein) Wiki Daniel Horspool 43 RNA 有三種 訊息RNA (mRNA) 特定的氨基酸 (a.a.) 傳輸RNA (tRNA) 核糖RNA (rRNA) 臺灣大學 齊肖琪 mRNA 的修飾 初級轉錄產物 外顯子 （exon） 內插子 （intron） 編輯後的 成熟轉錄產物 臺灣大學 齊肖琪 內含子(Intron) 似逗點,並不是垃圾. 下雨天，留客天，留我不留? 下雨，天留客，天留，我不留。 Wiki Yikrazuul 每個 tRNA 會接上一個特定的 Amino acid Wiki Boumphreyfr 特定的氨基酸 (a.a.) 傳輸RNA (tRNA) 反密碼 (Anti-codon): AAC 核糖 RNA (rRNA) 訊息 RNA (mRNA) 密碼 (codon): UUG 臺灣大學 齊肖琪 核苷酸語言轉變成氨基酸語言的動畫 基因如何表現成蛋白質? 臺灣大學 齊肖琪 DNA的特質: 速率 DNA 聚合酶(polymerase) 複製 DNA 的 速率是每秒500個核甘酸 無誤 DNA 聚合酶 會複製同時也會修正錯誤 調節 不同時間不同的基因被開啟表現 DNA的特質 無誤 DNA 聚合酶會複製同時也會修正 錯誤 調節 不同時間不同的基因被開啟表現 基因 (Gene) 能表現功能或結構蛋白質的一段DNA 一個基因 一個多肽 (polypeptide) (功 能性或結構性多肽) 基因和 Genesis (創世記)是同源字 Generating 創作 Generation 世代 不同的DNA次序 不同的生命體 “DNA 語言(LANGUAGE) 怎麼來的” 比 “DNA” 怎麼來的更令人費解! 臺灣大學 齊肖琪 臺灣大學 齊肖琪 臺灣大學 齊肖琪 臺灣大學 齊肖琪 臺灣大學 齊肖琪 臺灣大學 齊肖琪 推薦影片: 小宇宙 2: 基因狂想曲 Genesis: The Very Beginning 作者 ：克勞德．努荷薩尼/ 馬希．貝荷盧 Nuridsany, Claude/ Perennou, Marie 出版社 ： 齊威國際多媒體股份 出版日期 ： 2006/04/24 商品語言 ： 法文 館藏地：台灣大學圖書館 多媒體服務中心(4F) 索書號 ：(VV) 387.7 9033-1 disc 1 and 2 版權聲明 作品 授權條件 作者/來源 Wiki Mortdefides http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Atom111.gif 2010/05/08 visited Wiki MesserWoland & Szczepan1990 http://en.wikipedia.org/wiki/File:Biological_cell.svg 2010/05/08 visited Wiki “National Human Genome Research Institute” http://en.wikipedia.org/wiki/File:NHGRI_human_male_karyotype.png 2010/05/08 visited Wiki Steffen Dietzel http://en.wikipedia.org/wiki/File:HumanChromosomesChromomycinA3.jpg 2010/05/08 visited Wiki Cnickelfr http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chromosome.gif 2010/05/08 visited Flickr kat m research http://www.flickr.com/photos/36128932@N03/3339221708/ 2010/05/08 visited Wiki user: Roybb95 http://en.wikipedia.org/wiki/File:Dna-split.png 2010/05/08 visited 版權聲明 作品 授權條件 作者/來源 Wiki Medium69 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DNA_As_Structure_Formula_(french).PNG 2010/05/08 visited Wiki Richard Wheeler (Zephyris) http://en.wikipedia.org/wiki/File:DNA_orbit_animated_static_thumb.png 2010/05/08 visited Wiki user: Kauczuk http://en.wikipedia.org/wiki/File:Ribose_structure_2.png 2010/05/09 visited Wiki Boumphreyfr http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dna_syn4_1.png 2010/05/09 visited Wiki user: AutisticPsycho2 http://en.wikipedia.org/wiki/File:DNA-structure-and-bases.png 2010/05/09 visited Wiki Bstlee http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DNA_chemical_structure_zh.png 2010/05/09 visited Wiki 3dscience http://commons.wikimedia.org/wiki/File:3DScience_DNA_structure_labeled_a.jpg 2010/05/09 visited 版權聲明 作品 授權條件 作者/來源 Wiki Boumphreyfr http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dna_strand.png 2010/05/09 visited Wiki Mrs Brace's Wiki http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DNA.three-models.1.jpg 2010/05/09 visited Wiki Bstlee http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DNA_replication_zh.png 2010/05/09 visited 臺灣大學 齊肖琪 臺灣大學 齊肖琪 Wiki Daniel Horspool http://en.wikipedia.org/wiki/File:Extended_Central_Dogma_with_Enzymes.jpg 2010/04/19 visited Wiki Yikrazuul http://en.wikipedia.org/wiki/File:TRNA-Phe_yeast_en.svg 2010/05/09 visited 版權聲明 作品 授權條件 作者/來源 臺灣大學 齊肖琪 臺灣大學 齊肖琪 Wiki Boumphreyfr http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Charge_tRNA.png 2010/05/09 visited 臺灣大學 齊肖琪 臺灣大學 齊肖琪 臺灣大學 齊肖琪 臺灣大學 齊肖琪 版權聲明 作品 授權條件 作者/來源 臺灣大學 齊肖琪 臺灣大學 齊肖琪 臺灣大學 齊肖琪 Wiki Rosalind Franklin http://en.wikipedia.org/wiki/File:Rosalind_Franklin.jpg 2010/04/19 visited