DNA：生物学的“建筑材料”—生物学家埃里克·温弗里谈DNA独特的化学特性

电子计算机的威力人所尽知，但涉及到与物理世界有关的复杂任务—比如某种昆虫的构成—还得寄望于对DNA的深入研究。曾于2000年获得“麦克阿瑟天才奖”的埃里克·温弗里（Erik Winfree），一直在潜心研究存储遗传生命信息的DNA；而人类的细胞正是利用这类遗传分子的信息来构建蛋白质，形成了我们的身体结构并做着与生命存在相关的几乎所有工作。目前，温弗里正在利用DNA独特的化学特性，旨在使其像计算机那样来处理信息（被称为DNA分子计算或DNA分子编程的新颖学科），甚至以DNA分子为“脚手架”构建起有用的结构。不久前，温弗里就其对生命起源的理解以及DNA的化学特性对未来可能产生的影响，接受了《发现》杂志资深编辑斯蒂芬·卡斯（Stephen Cass）的采访。     

基因测序、基因治疗与精准医疗

正精准医疗的概念是建立在大规模基因组测序和分析的基础上的。基因是生命的密码基因是DNA上的功能片段。根据生物科学的中心法则:基因指导蛋白质合成,蛋白质实现生命活动。基因是遗传物质,生物世代繁衍传递的是DNA,因此可以说,地球生物的繁荣,本质上是DNA的多姿多彩的演绎。通过研究各种生物基因组的序列,我们就能知道草履虫与人是在13亿年前分离的;人是由300~400万年前的一种猴子进化而来的;人类     

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     

DNA:生物学的"建筑材料"——生物学家埃里克·温弗里谈DNA独特的化学特性

电子计算机的威力人所尽知,但涉及到与物理世界有关的复杂任务--比如某种昆虫的构成--还得寄望于对DNA的深入研究.曾于2000年获得"麦克阿瑟天才奖"的埃里克·温弗里(Erik Winfree),一直在潜心研究存储遗传生命信息的DNA;而人类的细胞正是利用这类遗传分子的信息来构建蛋白质,形成了我们的身体结构并做着与生命存在相关的几乎所有工作.     

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     

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。     

生物技术的新领域

蛋白质工程可以说,生命活动必需的蛋白质由DNA设计.由于氨基酸序列中的顺序是由DNA决定的,所以DNA基本序列的部分改变,会引起氨基酸序列的改变,结果会造成改变后的蛋白质结构,从而形成新的功能。实际上,我们知道,通过改变DNA的基本结构,酶的1个氨基酸的改变就会导致产生该种酶的新的性质,或增强其活性。这种技术称之为“基因诱变”,由于DNA     

蛋白质降解机制揭秘

蛋白质是生命存在的物质基础。受新陈代谢的规律制约。它们完成了一定功能作用后若不及时降解。就成为体内垃圾，堆积起来会扰乱有序的生命活动，导致各种病理性变化。长期以来，蛋白质合成得到重视。五次诺贝尔奖均归于从事这方面研究的科学家。而关于蛋白质降解的研究却难与之比肩。     

问：生命是如何起源的？

1953年，科学家通过一系列实验演示了在地球演化的初始阶段构成生命体的基本化学物质(如氨基酸等)自发形成的过程。人们进而猜测原始的海洋可能就是孕育生命的摇篮。这种观点受到许多人的支持。然而50年过去了，这个观点仍因缺少相应的论证而显得缺乏说服力。日寸至今日科学家也无法解释原始海洋自发生成的基本生命物质是如何转化成记录生命构成的脱氧核糖核酸DNA和蛋白质。     

核糖体蛋白质对信使RNA的选择性

生命的两大支柱蛋白质和核酸是生命的两大支柱。脱氧核糖核酸(DNA)以密码的形式记录着遗传信息,负责传种接代。然而它所记录的只是密码,就和电报纸上的数字密码一样,并不直接表达电报内容,读起来索然无味。DNA密码必须经过转录(分子遗传学借用转录一词,来表示由DNA密码转抄成核糖核酸(RNA)密码)和翻译(分子遗传学借用翻译一词,表示将RNA密码翻译成蛋白质)的过程,就如同把电码译成电文那样,才能把那份电报的内容表达出来。DNA链、RNA链上的密码子顺序和蛋白质多肽链上的氨基酸顺序严格对应。生物界种类繁多,千变万化。但生物的一切性状,     

向生物小分子进军

随着人类基因组计划和人类蛋白质组计划的实施，从科学家到普通民众，都对生物体中的生物大分子——核酸和蛋白质的重要性有了深刻认识。核酸和蛋白质是生命的物质基础和功能基础。然而，对生命体中的各种化学小分子也不应该忽略。首先，小分子是生物大分子的基本“砖块”，如DNA和RNA是由成千上万的碱基和核糖连接而成的，蛋白质则通常由几十到数百个氨基酸组成。     

书讯

《蛋白质芯片》(影印版)著者:M.Schena出版:科学出版社2005年5月9日定价:65元生物芯片技术是一种高通量检测技术,它包括基因芯片、蛋白芯片及芯片实验室三大领域.蛋白质芯片以蛋白质代替DNA作为检测目的物,比基因芯片更接近生命活动的物质层面,能直接测定蛋白质的相对水平及与其他分子的交互作用情况,以定量化的方式反映基因的活动情况,因而蛋白质芯片有着比基因芯片更加直接的应用前景.本书对蛋白质芯片技术进行了全面细致的阐述,包括技术原理、生产方法、表面化学、检测策略、以及抗原、抗体数据分析,同时全书图文并茂,提供了许多生物学…     

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.     

揭开DNA信息制造蛋白质之谜

“2009年度诺贝尔化学奖授予了对一种关键生命过程的研究，即核糖体如何利用DNA的信息制造蛋白质，进而制造生命。这项研究扫清了目前抗生素研究中的许多障碍，研究成果可以立即被采用，这为日常生活带来许多实质性的创新，也为科学探索提供了新的工具。”     

逞怪炫奇的生命现象

我们生活的这个地球,充满了奇异和神秘。它蕴含着流光溢彩的不解之谜。怪异又美妙,使人悚然惊叹。在这里,让我们来看一看逞怪炫奇的生物吧!滚水里繁殖的细菌1982年,科学家在地球上首次发现了一种细菌。这种细菌来自生命无法存在的炽热的海底火山口。从这些火山口里喷涌出来的高温海水,温度已超过300℃。按例,在这样高的温度下,任何生命想要存在下来都是绝不可能的。因为蛋白质和 DNA 会发生     

蛋白质与生命

一百年前,恩格斯提出生命是蛋白质存在的形式,蛋白质新陈代谢的过程是生命活动的过程的科学论断。但是科学是在不断发展的,人类对自然界认识在不断深化,今天科学对生命的认识与一百年前相比,是大大发展了,这是科学发展,人类进步的可喜结果。本期所载《蛋白质与生命》一文中,作者根据现代生物学的新发现,提出了自己的看法,可供参阅。     

生物信息学与21世纪的生物学

约35亿年以前,地球上开始出现生命.最先出现的是原核蓝藻类;以后,经过漫长的演化,出现动、植物,形成了多种多样、千姿百态的各种生物.虽然生物的种类多种多样,形状千差万别,但是现代分子生物学的研究表明,组成各种生物的最基本的分子却是完全相同的.简单说,核酸是遗传信息的携带者,蛋白质则是遗传信息转化为生物结构与功能的表达者.而决定遗传信息的核酸(DNA和RNA)是由含4种不同碱基,即腺嘌呤(Adenine,缩写为A)、鸟嘌呤(Guanine,G)、胞嘧啶(Cytosine,C)和胸腺嘧啶(Thymine,T;在RNA中则为尿嘧啶,Uracil,U)的四种核苷酸组成.当遗传信息翻译为蛋白质时,它们都遵循统一的遗传密码,即每三个核苷酸翻译成蛋白质中一个特定的氨基酸,通常称为三联体密码子.这些密码子编码20种氨基酸,而不同氨基酸组成的肽链就形成不同结构的蛋白质,产生多种多样的生物功能.核酸和蛋白质构成生命活动的物质基础,要了解生命现象,揭开生命的奥秘就必须深入了解核酸与蛋白质.     

DNA坐彗星来地球

对一块已有45亿年历史的澳大利亚陨石的新研究表明,地球生命的一些原材料很可能起源于太空。科学家在这块陨石中发现了有机分子鸟嘌呤和黄嘌呤,同时证实了它们不可能是在地球上形成的。这两种分子都属于碱基,而碱基是DNA的前身,DNA则是地球上生物体的基因指令。鸟嘌呤和黄嘌呤还可能是RNA的基石,RNA则为生物体制造蛋白质。     

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.     

基因外遗传的研究者们正在揭示蛋白质与RNA改变基因活性的多种方式——基因表达的幕后

有些难以解释的遗传现象与基因本身几乎没有关系.诚然,几十年来,基因作为编码生命所需蛋白质的DNA单位,在生物学舞台上扮演着主角.但基因虽在演员名单上似乎总是明星,过去几年的研究却表明,它们不过是傀儡而已.一批蛋白质,有时还包括一批RNAs才是幕后牵线者.是它们指令基因何时、何处,开动或关闭.