主宰生命奧秘的分子主宰生命奧秘的分子

第一節 核酸的發現第二節 核酸的構造與複製第三節 基因與蛋白質的合成第四節 基因的表現第五節 遺傳工程第六節 突變

核 酸 的 發 核 酸 的 發 現現

證明核酸為遺傳物質

1. 性狀轉變（格里夫茲）

2. 證實 DNA造成性狀轉變（艾佛瑞）

3. 證實噬菌體的遺傳物質是 DNA，不是蛋白質（赫雪、蔡斯）

1. 1928 年，英國，格里夫茲2.肺炎球菌：

(1)R 型：　菌落粗糙　細胞壁外無莢膜　不致病

(2)S 型：　菌落光滑　細胞壁外有莢膜　會致病

性狀轉變（格里夫茲）S R S S+R S

由上述實驗，格里夫茲推論：S 型菌的某種物質，使 R 型發生性狀轉變成為 S 型

死的 S 型菌活的 R 型菌

＋

活的 S 型菌

艾佛瑞實驗

將細胞打

將細胞打

碎碎

取出萃取物

1.DNA 分解酶

2.RNA 分解酶

3. 蛋白質分解酶

＋

＋

＋

S 型菌 R 型菌

R 型菌

R 型菌

R 型菌

S 型菌

S 型菌

由上述實驗，艾佛瑞推論：造成肺炎雙球菌性狀轉變的遺傳物質是 DNA

赫雪和蔡斯證實 DNA是遺傳物質

1. 1952 ，赫雪和蔡斯2.實驗過程：

(1) 以噬菌體和大腸桿菌為材料(2) 應用放射性同位素

　 35S 標識蛋白質　 32P 標識 DNA

赫雪、蔡斯推論 : DNA 為遺傳物質

35S 標定

32P 標定

使附著於細菌表面的病毒外殼脫離

懸浮液離心↓

測試沉澱物及上清液的 放

射性活性

35S

32P

無

無

核酸的構造與複製核酸的構造與複製

DNA 及 RNA的基本組成與構造

DNA的複製

RNA的種類

RNA的修飾

DNA構造的發現1950 年代美國 察加夫提出察加夫法則

DNA 分子中， A 、 T 比例相同， C 、 G 比例相同1952 英國 富蘭克林以實驗取得 DNA 分子結晶的 X 射線繞射圖譜

DNA構造的發現

察加夫法則富蘭克林 DNA 分子結晶的 X 射線繞射圖譜

1953 美國 華生、克立克建構出 DNA 三度空間結構模型

核酸的化學組成核酸由核苷酸分子組成核苷酸由 五碳糖

磷酸根 含氮鹼基

OCH2

O

O

-O P

O-

含氮鹼基

1’

2’3’

4’

5’

組成

DNA ：磷酸根 + 去氧核糖 + A 、 T 、 C 、 G ，為雙股 RNA ：磷酸根 + 核糖 + A 、 U 、 C 、 G ，為單股

構成 DNA的四種核苷酸 : dAMP, dTMP, dGMP, dCMP

DNA 雙股螺旋構造

2 nm

3.4 nm

0.34 nm

氫鍵

共價鍵

DNA的基本構造如何？ 華生和克立克的雙螺旋結構

(1) 兩股多核苷酸鏈反向平行再形成螺旋結構(2) 骨架：五碳糖與磷酸的共價鍵(3) 橫梯：互補鹼基對的氫鍵(4) 察加夫法則：

　 DNA 中的 A/T=1 ， C/G =1

A = TC G

試試看某一細菌質體 DNA 中，腺嘌呤的比例為 24% ，則其中胞嘧啶之比例為何？

A=24%→T=24% ∴C=G=(100-48)/2=26%

RNA的基本組成 1. RNA 的基本構造單位是核苷酸

(1)4 種核苷酸 AMP 、 UMP 、 CMP 、 GMP

2. RNA 為單股多核苷酸鏈3.適不適用察加夫法則 ?

DNA 及 RNA的核苷酸差異

DNA 與 RNA的比較

RNA的種類 3. RNA 有三種：

(1) 核糖體 RNA （ rRNA ）：　構成核糖體　含量最多

(2) 傳訊 RNA （ mRNA ）：　分子量最大　自 DNA 轉錄遺傳訊息　三個鹼基成為一組密碼子　可有 64 組密碼子

(3) 轉送 RNA （ tRNA ）：　分子量最小　攜帶胺基酸　反密碼

子

5’ 3’

模板股

模板股

編碼股

密碼子

反密碼子

試試看核苷酸有幾種 含氮鹽基有幾種

dAMPdTMPdCMPdGMP

AMPUMPCMPGMP

A 腺嘌呤 T 胸腺嘧啶

G 鳥糞嘌呤

C 胞嘧啶

U 脲嘧啶

DNA 的複製 :以親代 DNA 分子為模板，合成子代 DNA 的過程，此一過程在有絲分裂和減數第一次分裂時隨著染色體的複製而完成

複製

3’

5’

5’

3’

3’

5’

5’

3’

3’

5’

5’

3’

3’

5’

5’

3’

全保留複製？

半保留複製？

分散式複製？

美國 梅瑟森和斯塔爾以 15N 證實 DNA 的複製法

全保留 半保留 分散

15N培養基

14N培養基

複製 1 次

複製 2 次

超高速離

心

超高速離

心

細菌

將 E.Coli 培養於 N15 的培養液，移至 N14 的培養液中，培養三代後，則第三代細菌 DNA 雙股為N14-N14 與 N14-N15 的比例為何

第 0 代

第 1 代

第 2 代

第 3 代

15N

14N

14N15N

14N

14N14N － 15N

14N

14N14N － 15N

(N14-N14):(N14-N15)=6:2N14:N15=14:2

DNA的複製

方式：半保留

新股合成方向： 5'→3'

酵素：螺旋酶、 DNA聚合酶、 DNA連接酶

原料： dNTP　(dATP,dTTP,dGTP,dCTP)、引子

岡崎片段：複製時不連續的 DNA片段，約幾百個鹼基對

真核細胞如何複製 DNA？ 1. DNA 複製過程：

(1) 螺旋酶分開 DNA 雙股(2) 以兩股為鑄模，製造引子 (primer)

(3)DNA 聚合酶聚合新股　原料：

dATP ， dGTP ， dTTP ， dCTP

　依鹼基配對原則　新股依 53 的方向增長　接合酶連接岡崎片段

(4) 多處同時進行雙向複製

DNA 分子的延長因為 DNA 聚合酶只能始作用在 free 3’OH 上，催化 dNTP 5’ 的磷酸基接到原有 DNA 分子的 3’-OH ，因此新股合成方向：沿新股的5’→ 3’

鹼基

鹼基

O

H2C

核苷酸鏈鹼基

鹼基

模板股 磷脂鍵

鹼基

鹼基 鹼基H2C

-O

O

OP

鹼基O

核苷酸鏈

H2C

O 模板股

PPi

DNA的複製

3’

5’

5’

3’

領先股

延遲股岡崎片段

5’

3’

5’

3’複製叉

原雙股

DNA

新雙股 DNA

新雙股 DNA由 DNA 連接酶將之接合

DNA 複製方向

分子生物學中心教條 - 中心法則

DNA 分子能自我複製 , 並經轉錄和轉譯而形成蛋白質

基因 -gene約翰生 ( 強生 )1909

創立『基因 gene 』此名詞現代遺傳學：

基因是有意義的 DNA片段, 一個 DNA分子往往 　　　　包含數千個基因 DNA上的遺傳單位 控制生物性狀的功能和構造單位 DNA中某段核苷酸序列，含有合成一特殊

蛋白質的遺傳訊息

原核細胞的基因：為連續的核苷酸序列

真核細胞的基因：基因的核苷酸序列大多不連續•與製造蛋白質有關的序列稱為外顯子 (exon)•與製造蛋白質無關的序列稱為內含子 (intron)，介於外顯子之間

ATGGGCCGGTTGATTCGCCCGG

ATG

GGCG.. ..CCC... ….. …. …..內含子 外顯子

修正中心法則：RNA cDNA

反轉錄作用

反轉錄作用cDNA

cDNA: 互補 DNAcomplementary DNA

不具內含子，只具外顯子基因

基因組 Genome人類基因組有含 3 萬 ~4 萬個基因

人類基因組計畫 (Human Genome Project)1990 年美國國家衛生研究院發起多國共同參與分析 24 個單套染色體， 30 億個核苷酸對2003 年完成人類所有鹼基定序

人類基因組計劃未來用途：

1. 了解基因的運作2. 阻止遺傳疾病發生3. 研發新藥物

人類基因組計劃臺灣榮陽團隊：榮民總醫院 + 陽明大學核苷酸定序第 4 對染色體， why?