最初的酶是蛋白质,还是核酸?

生命由三个要素构成。第一,生命同外界之间具有境界膜。生命存在于为这境界膜所隔离的微小环境下。现在的生物细胞膜组成以脂质和蛋白质为主。第二,生命具有自我复制能力,即具有产生的后代同自己相似的自我保存能力,这功能基于DNA携带的遗传信息。第三,生命具有自我维持功能,换句话说,就是能进行代谢活动。在现在的生物中,合成核酸和蛋白质的顺序是: DNA 转录 RNA 转译蛋白质这就是著名的中心法则。现有的生物都以这样的顺序从DNA生物合成(转录)RNA的,但最近有人认为在最初生命诞生时不用DNA、而是以RNA作为遗传信息体的。其根据有以下几个方面:1.各种RNA(如mRNA、rRNA、tRNA等)同蛋白质的生物合成关系密切,同DNA则无直接联系;2.DNA是RNA糖部分2’-OH的还原,就是说可以从RNA进行生物合成;3.DNA的生物合成过程中需要短链RNA引物;4.小病毒的遗传物质是RNA,大病毒是DNA;5.RNA病毒的逆转录酶也许是留有从RNA到DNA过渡期痕迹的化石;6.NAD和FAD那样的RNA诱导体作为辅酶参与酶作用;7.在前生物合成系统中,低聚核糖核苷酸比低聚脱氧核糖核苷酸更容易被合成;8.在RNA中有的具有酶作用,等等。     

病毒基因组的全核苷酸序列

在病毒DNA或病毒RNA的核苷酸序列中,隐藏着生命的重要秘密.许多热心探索生命秘密的科学家,都很重视测定核苷酸序列的工作.但DNA或RNA是由几千到几百万个核苷酸组成,而且排列毫无规则;因此在十年以前,人们感到测定核苷酸序列要比登天还难.历史也正是这样记载的:人类遨游太空已经将近二十年了,可是测定简单的病毒DNA或病毒RNA的全核苷酸序列才是最近二、三年的事情. 进入七十年代后,测定核苷酸序列的技术和方法有了可喜的突破.1970年以来各种限制性内切酶的应用以及1975年和1977年快速分析DNA片段一级结构的桑格尔-考尔森(Sanger-Coulson)法和马克山姆-吉尔伯特(Maxam-Gilbert)法的先后建立,促使     

以非天然核酸为遗传物质的人工生命构建

合成生物学/工程生物学通过设计、搭建生物部件甚至生物系统来构建具有新功能的人工生命.其研究内容主要分为3个层次:(1)将现有的天然生物模块进行设计和组装,构建不同于天然存在的调控网络,从而实现新功能;(2)通过人工基因组DNA的全合成进行新生命的构建;(3)通过化学合成部件(修饰核酸、蛋白质、脂类等)创建全新的生物系统乃至生命体.第3个层次的研究也称为化学合成生物学,本文主要集中讨论化学合成生物学中将非天然核酸替代DNA作为遗传物质从而构建人工生命的研究,简要介绍了非天然核酸化学修饰对其遗传物质功能的影响,及以其为基础的人工生命构建的研究现状.这将为我们探讨生命起源、进化甚至外星生命等问题提供新的思路.     

重迭基因——生物的奥妙之一

三十多年来,生物学研究证实,脱氧核糖核酸(DNA)是生命的基本特征——生长、发育、新陈代谢、繁殖,遗传以及变异的主要物质基础之一。因而,科学家以极大的兴趣研究DNA的结构与功能,取得了巨大的进展。 1977年,由英国剑桥桑格(F.Sanger)领导的研     

生命依赖数学

最近,科学家斯图尔德在其著作《生命的其他秘密》中指出了生命是什么?它不是脱氧核糖核酸(DNA),不是我们所说的那种DNA.例如血红蛋白蛋白质分子,它的蛋白质分子的形状受许多遗传密码控制.此种形状的显现遵循深奥的物理学法则,而这些法则是通过数学式子表达出来的.人们讲的所谓DNA是     

我们能复活猛犸象吗?

我们知道,地球上所有生物的生命特征都是由DNA决定的,DNA涵盖了生物的全部遗传信息,而且不同的生物对应不同的DNA序列,就像-本神奇的密码手册绝无重复.如果我们能够破解其中的信息,就有可能重塑生命.已灭绝的皮雷安野山羊的成功克隆冉度引起了人们的热议:我们能够复活已灭绝动物如猛犸象、恐龙吗?     

利用磁镊研究促旋酶与DNA的结合

促旋酶(gyrase)在原核生物的生命活动中扮演着重要的角色,它是已知拓扑异构酶中,唯一能够向DNA引入负超螺旋的酶.本文中,我们利用磁镊(magnetic tweezers)对促旋酶和DNA的相互作用进行了单分子实时观测.实验发现,在不加入ATP时,促旋酶能够同时与两段DNA(G片段和T片段)结合,但这种结合较弱,施加0.7pN的外力就能逐渐破坏两者的结合;但加入高浓度的诺氟沙星后,促旋酶与DNA的结合明显增强,甚至能够抗衡5.9pN的外力.促旋酶还会影响超螺旋的几何尺度:不加入促旋酶时,DNA超螺旋的几何尺度由DNA所受拉力决定,而加入促旋酶后,超螺旋DNA几何尺度变小,并且主要由DNA与促旋酶的相互作用而不再是所受拉力所决定.而且促旋酶与正负超螺旋的结合能力不同,它更容易与正超螺旋结合.同时,发现促旋酶从DNA上解离的时间符合双指数分布.我们提出的模型能够很好地解释这个分布,并与他人提出的模型的结果进行了比较.     

核酸,能否主宰我们生老病死

人们在发现核酸之前,曾认为蛋白质是生命的基础,因为生命活动中的新陈代谢、免疫功能等,都是通过蛋白质的不同作用体现出来的.然而,当人们发现核酸以后才知道,在复杂的生命活动中,需要合成哪些蛋白质来参与新陈代谢或免疫功能,是根据带有遗传信息的脱氧核糖核酸(DNA)所发出的指令,由核糖核酸(RNA)具体参与合成过程来完成的.     

重组LacZ′基因的非常规表达

从DNA→mRNA→蛋白质的过程是极其复杂的,原核生物及真核生物细胞合成的某些蛋白质的氨基酸顺序并不总能按通用的三联密码框架从DNA或mRNA顺序中推导出来,推导的顺序与真正的顺序的差异可能来源于转录后加工过程,也可能来源于翻译过程,这些包括RNA剪接(RNA splicing)、RNA编辑(RNA editing)、翻译的重新起动(reinitiation)及核糖体移码(ribosomal frameshifting)等.这些基因表达方式的发现大大推动了对生命规律的认识,并已经成为生命科学的重要基石.     

DNA缩短法计算模型求解最大独立集问题

提出了一种基于环形DNA缩短法的新型计算模型. 该模型可以求解n个顶点m条边的图的最大独立集. 算法的时间复杂度是O(n+m). 随着问题规模的增大, 计算所需的试管数量呈线性增长. 在计算模型的生物操作中, 有两个主要技术: DNA分子内环化和DNA长度逐步缩短. 结合反向PCR(聚合酶链式反应), 磁珠吸附和环化酶催化等多种方法, 在求解步骤中, DNA分子的结构在线性双链DNA(dsDNA)、线性单链DNA(ssDNA)和环形单链DNA之间进行循环变化. 利用环形DNA分子的结构特点, 在计算过程中避免了DNA分子间重组. 为了证实该DNA计算模型的可行性, 利用其求解了一个最大独立集问题的实例.     

蛋白质演化的新理论

剑桥的研究人员提出一个新理论:生命早期的脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)分子可能在没有核蛋白体(核蛋白体本身就是蛋白质)的帮助下就开始制造蛋白质了。转移核糖核酸(tRNA)可能通过假定具有两种构型的五个碱基对勾住信使核糖核酸(mRNA),而不是由三个碱基对勾住信使核糖核酸。     

第二套遗传密码

1953年沃森(Warson)和克里克(Crick)提出了DNA分子的双螺旋模型,从而揭开了分子遗传学的序幕,人们开始从分子水平去认识生命遗传特征的机理。     

植物高纯度大分子量核DNA的快速、简便制备方法

大分子量DNA(Megabase-size)的制备是构建YAC(Yeast artificial chromosome),BAC(Bacterial artificial chromosome)等大分子量基因组文库的前提,是绘制大尺度物理图谱的基础,还可以应用于重复序列的宏观研究.但因DNA在制备过程中易被机械剪切和核酸酶消解,所以制备大分子量DNA是比较困难的.最初制备植物大分子量DNA是采用低熔点琼脂糖包埋原生质体的方法,但存在明显的不足:(Ⅰ)植物原生质体的培养费时、费力、费财;(Ⅱ)适应范围有限;(Ⅲ)细胞器DNA污染严重.随后出现的包埋纯化后完整细胞核的制备方法,虽然较好地克服了包埋原生质体方法的缺点,但其制备步骤仍然繁琐,制备的大分子量DNA与细胞残渣、酚类物质(例如苹果)、细胞器DNA及小分子量核DNA混在一起,严重地干扰后续的分子生物学分析与操作.为此,我们利用脉冲电泳技术探索和建立了完善的高纯度大分子量核DNA的制备方法,能有效地克服上述缺点.     

蛋白质核酸分子在固体介质中能形成专一结合的复合物

为阐明生命活动的一些基本过程,如DNA复制、重组及基因调控等,归根结蒂,需要对蛋白质核酸的相互作用有详尽的了解。近年来用凝胶电泳定量研究蛋白质核酸的相互作用已有重大突破,所用方法非常灵敏,蛋白质和核酸的浓度只需10~(-12)—10~(-14)mol/L。其基本原理如下:一般先将有关的DNA片段用放射性同位素标记,然后用它与细胞抽提物混合,细胞抽提物中能与DNA专一结合的蛋白质就与DNA形成蛋白质核酸复合物,它在凝胶电泳中     

生命的旋律--"DNA音乐"

细胞是生命的基本单位。在任何生物的细胞核中,都含有一套由遗传物质去氧核糖核酸(DNA)组成的染色体。分子生物学家已经探明,染色体是由两条DNA长链缠绕而成的双螺旋结构。DNA含有四种类型的碱基,即腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)。每条DNA长链上的腺嘌呤和胞嘧啶配对互补,而鸟嘌呤则和胞嘧啶配对互补。互补的碱基间以氢键联结,成为两条DNA长链间的纽带。     

运行于磁珠表面的可编程DNA计算机

后基因组时代涌现出DNA操作技术一系列新的应用, 其中包括建立在DNA分子基础上的生物计算机. 至今还没有在固体表面实现基于自动机原理的DNA计算的相关报道. 本文描述了一种可编程的DNA计算装置——具有图灵机部分功能的有限自动机, 并且将计算过程转移到了固体表面. DNA计算机主要由DNA分子(输入分子, 输出状态检测分子和充当软件的状态转移分子等)、DNA限制性内切酶及连接酶和所需的缓冲液组成, 可以自动地解决计算问题. 将荧光标记在输入分子的5′端, 以便于动态跟踪监测反应过程中的各种中间产物. 这些工作具有如下的特点: (1) 成功地在磁珠表面实现了可编程的DNA计算机——有限状态自动机. (2) 通过毛细管电泳直接监测所有的DNA计算中间产物. DNA计算机的超大并行计算能力具有通过自动控制来得以实现的可行性, 为在不久的将来把大规模的DNA计算和功能基因组研究结合起来奠定了基础.     

DNA变异结构的扫描隧道显微镜研究

脱氧核糖核酸(DNA)是生命活动的主要遗传物质,它在不同的环境下可以产生结构变化,如经加热处理等会使DNA的舣螺旋发生解旋等变化。 最近有人用扫描隧道显微镜(STM)在人气下直接观察了裸露的B,A,Z-DNA的双螺旋结构和单链DNA的结构,证明了STM是研究核酸结构的有力工具。但经过变性处理     

核酸中的诺贝尔奖

鹰击长空,鱼跃江海,桃红柳绿,花吐芬芳。面对万物霜天竞自由的生命世界,人们不禁要问:地球上的生物是怎样出现的呢? 今天,科学家告诉我们,大千世界“芸芸众生”的诞生,无不是由核酸起着决定性的作用,核酸(DNA)是生命活动的中心。     

生命“字母表”迎来4名新成员

<正>地球生命的DNA包含4种碱基,现在,美国科学家通过调整普通碱基——鸟嘌呤、胞嘧啶、腺嘌呤和胸腺嘧啶(G、C、A、T,其中A与T配对、C与G配对)的分子结构,创建出两对新碱基:S和B、P和Z。随后,研究人员将合成碱基与天然碱基结合,得到了由8个碱基组成的DNA。实验表明,合成序列与天然DNA     

共同祖先的遗传物质、细胞特性与代谢特征的探讨

关于生命的起源和演化对于公众和学术界都是一个深刻的问题.最初的生命可能起源于原始的地球环境,也可能来自星际间的尘埃、彗星和陨石等.生命的本质是一个化学过程,其最基本的特征是能够自我复制和新陈代谢.在前生命时期地球特定的物理化学条件下,由有机小分子的相互作用聚合形成了主宰生命的核酸、蛋白质及其他大分子物质,之后逐渐演化形成具有新陈代谢、自我复制能力的原始生命体,最终产生生命的基本单元细胞.1859年,英国博物学家查尔斯·达尔文在《物种起源》一书中提出了进化论的观点,并且认为所有现存的和已灭绝的生物都有一个共同的起源,后人将之称为所有现存物种的共同祖先(last universal common ancestor,LUCA).生命的起源和演化是一个极其复杂的问题,本文主要从这3个方面入手:(1)LUCA的遗传物质是DNA还是RNA?(2)LUCA是简单的还是复杂的?(3)LUCA的代谢特征有哪些?希望能让读者对LUCA和关于LUCA的讨论有一个大体的认识.