生物专业英语第五章基因的化学本质
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Unit Five
Discovering the Chemical Nature of the Gene
基因化学本质的发现
Contents
• Warming–up • Words and phrases • Text Analysis
Warming–up
1.Structures and properties of DNA 2.Discovery of DNA 3. DNA Replication: An Overview
信息学派
• 1951年开始，沃森和克里克先后建立了三个DNA分子模 型。他们要求建立的模型既要满足物理、化学、数学 研究的最新事实，如X射线衍射结果、碱基配对的力学 要求，还要满足生化知识，如酮型、氢键、键角等， 更要使DNA能解释遗传学和代谢理论，这是一种很先进 的思想。 • 1953年2月28日，第一个DNA双螺旋结构的分子模型终 于诞生-第一个模型是一个三链的结构。这是在对实验 数据理解错误的基础上建立的，最终失败。但他们并 不气馁，继续搜集材料，查阅资料。 • 第二个模型是一个双链的螺旋体，糖和磷酸骨架在外， 碱基成对的排列在内，碱基是以同配方式即A与A，C与 C，G与G，T与T配对。由于配对方式的错误，这个模型 同样宣告失败。
结构学派
• 富兰克林--最早认定DNA具有双 螺旋结构，1952年，通过X射线 衍射拍摄到一张举世闻名的B型 DNA的X射线衍射照片，由此推算 DNA分子呈螺旋状. • 威尔金斯-- 计算出DNA分子螺旋 的直径与长度。他们二人还对 • DNA分子的结构作出了确切而关 键性的描述：磷酸根在螺旋的外 侧，碱基在螺旋内侧 . • 然而，他们却未能及时地将分析 资料转变为一个合理的结构模型.
7. nucleoside [ 'nju:kliəsaid ]
n. 核苷
A purine（嘌呤）or pyrimidine（嘧啶） base attached
to ribose（核糖） or deoxyribose（脱氧核糖）.
ribose ['raibəus] 核糖
核酸 nucleic acid 核苷酸 nucleotide 核苷 nucleoside 嘌呤碱 purine base 或 嘧啶碱 pyrimidine base （碱基 base） 磷酸 phosphate 核糖 ribose 或 脱氧核糖 deoxyribose （戊糖 amyl sugar）
C C A C T G G
G G T G A C C 复制
+
母链DNA
子代DNA
半不连续复制 (Semi-discontinous replication)
• 指DNA复制时，前导链上DNA的合成是连续的，后 随链上是不连续的，故称为半不连续复制。 前导链（The leading strand）：DNA复制时，
• 核酸广泛存在于所有动物、植物细胞、微生物内、 生物体内核酸常与蛋白质结合形成核蛋白。不同的 核酸，其化学组成、核苷酸排列顺序等不同。 • 根据化学组成不同，核酸可分为 • 核糖核酸，简称RNA和脱氧核糖核酸，简称DNA。 • DNA是储存、复制和传递遗传信息的主要物质基础， RNA在蛋白质合成过程中起着重要作用，其中转移 核糖核酸，简称tRNA，起着携带和转移活化氨基酸 的作用；信使核糖核酸，简称mRNA，是合成蛋白 质的模板；核糖体的核糖核酸，简称rRNA，是细胞 合成蛋白质的主要场所。
A point at which the two strands of a DNA double
helix are unwound and separated during replication.
是DNA复制时在DNA链上通过解旋、解链和SSB蛋白的结合 等过程形成的Y字型结构称为复制叉。在复制叉处作为模 板的双链DNA解旋，同时合成新的DNA链
以3‘→5‘走向为模板的一条链合成方向为5‘→3‘， 与复制叉方向一致
滞后链(the Lagging strand) ：另一条以5‘→3‘走
向为模板链的合成链走向与复制叉移动的方向相反，其 合成是不连续的，先形成许多不连续的片断（冈崎片 断），最后连成一条完整的DNA链。
Replication fork n. 复制叉
1.adenine [ 'ædəni:n ]
n. 腺嘌呤
A purine(嘌呤) base that is an essential constituent of the nucleic acids and also of such coenzymes as NAD and FAD.
NAD+:烟酰胺腺嘌呤二核苷酸
Semi-conservative mechanism
Semi-discontinous replication
Okazaki fragment
1.Chromosome and DNA
DNA is a Double Helix
5‘-3’
5 1
4
2
3
2.DNA分子双螺旋结构的发现历程
核酸的早期研究
another DNA molecule.
Thumb
Fingers
Palm
DNA polymerase
6. Double helix ['hi:liks] n. 双螺旋
The three-dimensional structure of double-stranded DNA.
dimensional [di'menʃənəl] 尺寸的，维的
n. 鸟嘌呤
A double-ring nitrogenous base molecule in DNA and RNA. It is the complementary base of cytosine.
4. thymine [ 'θaimi:n ]
n. 胸腺嘧啶
A single-ring nitrogenous base molecule of DNA but not RNA. It is complementary to adenine.
三大学派的代表
生物化学学派 美国加州理工学院 化学家鲍林实验室
结构学派 英国伦敦皇家学院 威尔金斯和 富兰克林
信息学派 剑桥大学的 沃森和克里克
生物化学学派
• 鲍林--最早认定DNA分子具有与氨 基酸链类似的螺旋结构的科学家， 而且研究的环境最优越 • 1950年，利用X射线技术研究蛋白 质结构，提出蛋白质是长链分子， 并发现了α螺旋结构。 • 1952年12月，鲍林宣布建立了DNA 分子的结构模型。但他错误地认 为DNA分子是由三股螺旋组成的， 这使他误入歧途，致使研究最终 以失败告终。
1953.Watsosn & Crick
• 1953年2月20日，沃森 灵光一现，放弃了碱基 同配方案，沃森和克里 克立即行动，马上在实 验室中联手开始搭建DN A双螺旋模型。 • 采用碱基互补配对方案， 3月18日终于成功地建 立了DNA分子双螺旋结 构模型。 • 因此，沃森和克里克获 得了1962年诺贝尔生理 学或医学奖。
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1962 "for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its significance for information transfer in living material"
Okazaki fragment ['ɔ:kɑ:'zɑ:ki:] ['frægmənt] n. 冈崎片段
A short sequence of DNA that is the primary product of
DNA polymerase during DNA replication.
Words and phrases
Okazaki fragment
DNA的半保留复制 （semi-conservative replication）
A G G T A C T G C C A C T G G T C C A T G A C G G T G A C C AT GC GC TA AT CG TA GC CG CG AT CG TA GC GC AT GC GC TA AT CG TA GC CG CG AT CG TA GC GC
• 1868年，瑞士科学家米歇尔（Miescher）由脓细胞分离 得到细胞核，并从中提取出一种富含磷和氮的物质，并 由其导师赛勒（F.Hoppe-Seyler）证实，称为“核素”, 后来人们发现它呈酸性，因此改叫“核酸”。 • 20世纪初，德国科赛尔和他的学生琼斯和列文的研究， 确定核酸的基本化学结构，它是由许多核苷酸组成的大 分子。 • 核苷酸是由碱基、核糖和磷酸构成的。 • 碱基4种（腺瞟吟A、鸟嘌吟G、胸腺嘧啶T、胞嘧啶C）， 核糖有两种（核糖、脱氧核糖）， • 因此核酸分为核糖核酸（RNA）、脱氧核糖核酸（DNA）
Rosalind Franklin (1920-1958)
1953.Watsosn & Crick
Right-handed B- DNA Double helix Model
这个模型得到科学家们的公认， 并用以解释复制、转录等重要的 生命过程。 经深入研究，发现因湿度和碱基 序列等条件不同，DNA双螺旋可 有多种类型，主要分成A、B和Z3 大类。
DNA是遗传物质
• 1928年，格里菲斯的肺炎双球菌实验核酸是 “转化因子” 20世纪50年代初期，美国科学家艾弗里和赫尔希及其 学生蔡斯，通过实验已经证明DNA是生物体的遗传物质 查加夫（chargaff）碱基比定律 1952年 查加夫应用纸层析及紫外分光光度计对各种生 物DNA的碱基组成进行了定量测定 所有DNA中腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔含量相等，即A=T； 鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔含量相等，即G=C。 因此，嘌呤的总含量与嘧啶的总含量相等，即 A+G=C+T。
A-DNA、B-DNA和Z-DNA存在结构差异
A
B
Z
The double helix model for DNA by Watson and Crick
3. DNA Replication: An Overview
Semi-conservative mechanism Semi-discontinous replication
诺贝尔史上的遗憾， 永远的英伦玫瑰
Franklin的贡献是毋庸置疑的： 分辨出了DNA的两种构型 成功拍摄DNA的X射线衍射照片 Watson在1968年出版的《双螺旋》 一书中坦承， “Franklin没有直接给我们她的 数据”。而Crick在很多年后也承 认，“她离真相只有两步”。 目前，科技界对Franklin的工作 给予较高评价，对Wilkins是否有 资格分享发现DNA双螺旋结构的殊 荣存在很大争论。
FAD:黄素腺嘌呤二核苷酸
2. cytosine [ 'saitəsi:n ]
n. 胞嘧啶
A single-ring nitrogenous base molecule in DNA and
RNA. It is complementary to guanine（鸟嘌呤）.
3. guanine [ 'gwɑ:ni:n ]
Francis Harry Compton James Dewey Watson Maurice Hugh Frederick Crick (46y) Wilkins(46y) (34y ) Great Britain Great Britain institute of Molecular USA Biology Cambridge, Great Harvard University University of London Britain Cambridge, MA, USA London, Great Britain 1916 1928 1916 -
嘧啶
胞嘧啶
尿嘧啶
C
U
胸腺嘧啶 T
嘌呤
腺嘌呤Adenine A
鸟嘌呤guanine G
碱基配对
5. DNA polymerase [ 'pɔliməLeabharlann Baidureis ]
n. DNA 聚合酶
An enzyme that brings new DNA triphosphate
nucleotides（核苷三磷酸） into position for bonding on
Discovering the Chemical Nature of the Gene
基因化学本质的发现
Contents
• Warming–up • Words and phrases • Text Analysis
Warming–up
1.Structures and properties of DNA 2.Discovery of DNA 3. DNA Replication: An Overview
信息学派
• 1951年开始，沃森和克里克先后建立了三个DNA分子模 型。他们要求建立的模型既要满足物理、化学、数学 研究的最新事实，如X射线衍射结果、碱基配对的力学 要求，还要满足生化知识，如酮型、氢键、键角等， 更要使DNA能解释遗传学和代谢理论，这是一种很先进 的思想。 • 1953年2月28日，第一个DNA双螺旋结构的分子模型终 于诞生-第一个模型是一个三链的结构。这是在对实验 数据理解错误的基础上建立的，最终失败。但他们并 不气馁，继续搜集材料，查阅资料。 • 第二个模型是一个双链的螺旋体，糖和磷酸骨架在外， 碱基成对的排列在内，碱基是以同配方式即A与A，C与 C，G与G，T与T配对。由于配对方式的错误，这个模型 同样宣告失败。
结构学派
• 富兰克林--最早认定DNA具有双 螺旋结构，1952年，通过X射线 衍射拍摄到一张举世闻名的B型 DNA的X射线衍射照片，由此推算 DNA分子呈螺旋状. • 威尔金斯-- 计算出DNA分子螺旋 的直径与长度。他们二人还对 • DNA分子的结构作出了确切而关 键性的描述：磷酸根在螺旋的外 侧，碱基在螺旋内侧 . • 然而，他们却未能及时地将分析 资料转变为一个合理的结构模型.
7. nucleoside [ 'nju:kliəsaid ]
n. 核苷
A purine（嘌呤）or pyrimidine（嘧啶） base attached
to ribose（核糖） or deoxyribose（脱氧核糖）.
ribose ['raibəus] 核糖
核酸 nucleic acid 核苷酸 nucleotide 核苷 nucleoside 嘌呤碱 purine base 或 嘧啶碱 pyrimidine base （碱基 base） 磷酸 phosphate 核糖 ribose 或 脱氧核糖 deoxyribose （戊糖 amyl sugar）
C C A C T G G
G G T G A C C 复制
+
母链DNA
子代DNA
半不连续复制 (Semi-discontinous replication)
• 指DNA复制时，前导链上DNA的合成是连续的，后 随链上是不连续的，故称为半不连续复制。 前导链（The leading strand）：DNA复制时，
• 核酸广泛存在于所有动物、植物细胞、微生物内、 生物体内核酸常与蛋白质结合形成核蛋白。不同的 核酸，其化学组成、核苷酸排列顺序等不同。 • 根据化学组成不同，核酸可分为 • 核糖核酸，简称RNA和脱氧核糖核酸，简称DNA。 • DNA是储存、复制和传递遗传信息的主要物质基础， RNA在蛋白质合成过程中起着重要作用，其中转移 核糖核酸，简称tRNA，起着携带和转移活化氨基酸 的作用；信使核糖核酸，简称mRNA，是合成蛋白 质的模板；核糖体的核糖核酸，简称rRNA，是细胞 合成蛋白质的主要场所。
A point at which the two strands of a DNA double
helix are unwound and separated during replication.
是DNA复制时在DNA链上通过解旋、解链和SSB蛋白的结合 等过程形成的Y字型结构称为复制叉。在复制叉处作为模 板的双链DNA解旋，同时合成新的DNA链
以3‘→5‘走向为模板的一条链合成方向为5‘→3‘， 与复制叉方向一致
滞后链(the Lagging strand) ：另一条以5‘→3‘走
向为模板链的合成链走向与复制叉移动的方向相反，其 合成是不连续的，先形成许多不连续的片断（冈崎片 断），最后连成一条完整的DNA链。
Replication fork n. 复制叉
1.adenine [ 'ædəni:n ]
n. 腺嘌呤
A purine(嘌呤) base that is an essential constituent of the nucleic acids and also of such coenzymes as NAD and FAD.
NAD+:烟酰胺腺嘌呤二核苷酸
Semi-conservative mechanism
Semi-discontinous replication
Okazaki fragment
1.Chromosome and DNA
DNA is a Double Helix
5‘-3’
5 1
4
2
3
2.DNA分子双螺旋结构的发现历程
核酸的早期研究
another DNA molecule.
Thumb
Fingers
Palm
DNA polymerase
6. Double helix ['hi:liks] n. 双螺旋
The three-dimensional structure of double-stranded DNA.
dimensional [di'menʃənəl] 尺寸的，维的
n. 鸟嘌呤
A double-ring nitrogenous base molecule in DNA and RNA. It is the complementary base of cytosine.
4. thymine [ 'θaimi:n ]
n. 胸腺嘧啶
A single-ring nitrogenous base molecule of DNA but not RNA. It is complementary to adenine.
三大学派的代表
生物化学学派 美国加州理工学院 化学家鲍林实验室
结构学派 英国伦敦皇家学院 威尔金斯和 富兰克林
信息学派 剑桥大学的 沃森和克里克
生物化学学派
• 鲍林--最早认定DNA分子具有与氨 基酸链类似的螺旋结构的科学家， 而且研究的环境最优越 • 1950年，利用X射线技术研究蛋白 质结构，提出蛋白质是长链分子， 并发现了α螺旋结构。 • 1952年12月，鲍林宣布建立了DNA 分子的结构模型。但他错误地认 为DNA分子是由三股螺旋组成的， 这使他误入歧途，致使研究最终 以失败告终。
1953.Watsosn & Crick
• 1953年2月20日，沃森 灵光一现，放弃了碱基 同配方案，沃森和克里 克立即行动，马上在实 验室中联手开始搭建DN A双螺旋模型。 • 采用碱基互补配对方案， 3月18日终于成功地建 立了DNA分子双螺旋结 构模型。 • 因此，沃森和克里克获 得了1962年诺贝尔生理 学或医学奖。
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1962 "for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its significance for information transfer in living material"
Okazaki fragment ['ɔ:kɑ:'zɑ:ki:] ['frægmənt] n. 冈崎片段
A short sequence of DNA that is the primary product of
DNA polymerase during DNA replication.
Words and phrases
Okazaki fragment
DNA的半保留复制 （semi-conservative replication）
A G G T A C T G C C A C T G G T C C A T G A C G G T G A C C AT GC GC TA AT CG TA GC CG CG AT CG TA GC GC AT GC GC TA AT CG TA GC CG CG AT CG TA GC GC
• 1868年，瑞士科学家米歇尔（Miescher）由脓细胞分离 得到细胞核，并从中提取出一种富含磷和氮的物质，并 由其导师赛勒（F.Hoppe-Seyler）证实，称为“核素”, 后来人们发现它呈酸性，因此改叫“核酸”。 • 20世纪初，德国科赛尔和他的学生琼斯和列文的研究， 确定核酸的基本化学结构，它是由许多核苷酸组成的大 分子。 • 核苷酸是由碱基、核糖和磷酸构成的。 • 碱基4种（腺瞟吟A、鸟嘌吟G、胸腺嘧啶T、胞嘧啶C）， 核糖有两种（核糖、脱氧核糖）， • 因此核酸分为核糖核酸（RNA）、脱氧核糖核酸（DNA）
Rosalind Franklin (1920-1958)
1953.Watsosn & Crick
Right-handed B- DNA Double helix Model
这个模型得到科学家们的公认， 并用以解释复制、转录等重要的 生命过程。 经深入研究，发现因湿度和碱基 序列等条件不同，DNA双螺旋可 有多种类型，主要分成A、B和Z3 大类。
DNA是遗传物质
• 1928年，格里菲斯的肺炎双球菌实验核酸是 “转化因子” 20世纪50年代初期，美国科学家艾弗里和赫尔希及其 学生蔡斯，通过实验已经证明DNA是生物体的遗传物质 查加夫（chargaff）碱基比定律 1952年 查加夫应用纸层析及紫外分光光度计对各种生 物DNA的碱基组成进行了定量测定 所有DNA中腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔含量相等，即A=T； 鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔含量相等，即G=C。 因此，嘌呤的总含量与嘧啶的总含量相等，即 A+G=C+T。
A-DNA、B-DNA和Z-DNA存在结构差异
A
B
Z
The double helix model for DNA by Watson and Crick
3. DNA Replication: An Overview
Semi-conservative mechanism Semi-discontinous replication
诺贝尔史上的遗憾， 永远的英伦玫瑰
Franklin的贡献是毋庸置疑的： 分辨出了DNA的两种构型 成功拍摄DNA的X射线衍射照片 Watson在1968年出版的《双螺旋》 一书中坦承， “Franklin没有直接给我们她的 数据”。而Crick在很多年后也承 认，“她离真相只有两步”。 目前，科技界对Franklin的工作 给予较高评价，对Wilkins是否有 资格分享发现DNA双螺旋结构的殊 荣存在很大争论。
FAD:黄素腺嘌呤二核苷酸
2. cytosine [ 'saitəsi:n ]
n. 胞嘧啶
A single-ring nitrogenous base molecule in DNA and
RNA. It is complementary to guanine（鸟嘌呤）.
3. guanine [ 'gwɑ:ni:n ]
Francis Harry Compton James Dewey Watson Maurice Hugh Frederick Crick (46y) Wilkins(46y) (34y ) Great Britain Great Britain institute of Molecular USA Biology Cambridge, Great Harvard University University of London Britain Cambridge, MA, USA London, Great Britain 1916 1928 1916 -
嘧啶
胞嘧啶
尿嘧啶
C
U
胸腺嘧啶 T
嘌呤
腺嘌呤Adenine A
鸟嘌呤guanine G
碱基配对
5. DNA polymerase [ 'pɔliməLeabharlann Baidureis ]
n. DNA 聚合酶
An enzyme that brings new DNA triphosphate
nucleotides（核苷三磷酸） into position for bonding on