一个科技里程碑_分子生物学的中心法则
分子生物学复习思考题附答案二
分子生物学复习思考题二1．写出分子生物学广义的与狭义的定义，现代分子生物学研究的主要内容，以及5个分子生物学发展的主要大事纪（年代、发明者、简要内容）。
广义上:分子生物学包括对蛋白质和核酸等生物大分子结构与功能的研究、以及从分子水平上阐明生命的现象和生物学规律。
狭义概念:既将分子生物学的范畴偏重于核酸（基因）的分子生物学，主要研究基因或DNA结构与功能、复制、转录、表达和调节控制等过程。
其中也涉及到与这些过程相关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。
现代分子生物学研究的主要内容有：基因与基因组的结构与功能，DNA的复制、转录和翻译，基因表达调控的研究，DNA重组技术，结构分子生物学等。
5个分子生物学发展的主要大事纪（年代、发明者、简要内容）:1.1944年,著名微生物学家Avery 等人在对肺炎双球菌的转化实验中证实了DNA是生物的遗传物质。
这一重大发现打破了长期以来，许多生物学家认为的只有象蛋白质那样的大分子才能作为细胞遗传物质的观点，在遗传学上树立了DNA是遗传信息载体的理论。
2. 2.1953年，是开创生命科学新时代具有里程碑意义的一年，Watson和Crick发表了“脱氧核糖核酸的结构”的著名论文，他们在Franklin和Wilkins X-射线衍射研究结果的基础上，推导出DNA双螺旋结构模型，为人类充分揭示遗传信息的传递规律奠定了坚实的理论基础。
同年，Sanger历经8年，完成了第一个蛋白质——胰岛素的氨基酸全序列分析。
3. 1954年Gamnow从理论上研究了遗传密码的编码规律, Crick在前人研究工作基础上，提出了中心法则理论，对正在兴起的分子生物学研究起了重要的推动作用。
4. 1956年Volkin和Astrachan发现了mRNA(当时尚未用此名)。
5. 1985年,Saiki等发明了聚合酶链式反应(PCR)；Sinsheimer首先提出人类基因组图谱制作计划设想；Smith等报导了DNA测序中应用荧光标记取代同位素标记的方法；Miller等发现DNA结合蛋白的锌指结构。
生物信息学4分子生物学中心法则
(large ribosomal subunit) (large ribosomal subunit)
原核生物的核糖体为70S，由50S和30S的大小亚基组成； 真核生物的核糖体为80S，由60S和40S的大小亚基组成。
Ribosome structure
P PP
Large subunit(60S) P P P P P A A-site aminoacyl tRNA site
RNA
类型 mRNA 信使RNA
tRNA 转运RNA
结构 单链；原核生物的mRNA为 多顺反子，真核生物的为单 顺反子。
二级结构是三叶草型结构； 三级结构为倒L型结构。
作用 DNA原始遗传信息的直接接受者；合 成蛋白质直接模板。
转运氨基酸到核糖体上；通过反密码 子识别mRNA上的密码子。
rRNA 16S (small ribosomal 核糖体RNA subunit) 23S (large ribosomal subunit) 5S (large ribosomal subunit)
Peptide bond formation
P-site
A-site
NH2 CH3-S-CH2-CH2-CH C O=C O tRNA
N 2 NH CH3-CH O=C O
tRNA
A-site NH2 CH3-S-CH2-CH2-CH • peptide bond formation is catalyzed O=C by peptidyl transferase(肽基转移酶) NH CH3-CH • peptide bond formation results in a shift P-site of the nascent peptide from the P-site O=C to the A-site OH O tRNA tRNA
分子生物学与中心法则
分子生物学与中心法则分子生物学是在分子水平上研究生命现象的科学。
通过研究生物大分子(核酸、蛋白质)的结构、功能和生物合成等方面来阐明各种生命现象的本质。
分子生物学的发展大致可分为以下三个阶段。
（一）准备和酝酿阶段19世纪后期到20世纪50年代初，是现代分子生物学诞生的准备和酝酿阶段。
在这一阶段产生了两点对生命本质的认识上的重大突破：1.确定了蛋白质是生命的主要基础物质19世纪末Buchner兄弟证明酵母无细胞提取液能使糖发酵产生酒精，第一次提出酶（enzyme）的名称，酶是生物催化剂。
20世纪20-40年代提纯和结晶了一些酶（包括尿素酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、黄酶、细胞色素C、肌动蛋白等），证明酶的本质是蛋白质。
随后陆续发现生命的许多基本现象（物质代谢、能量代谢、消化、呼吸、运动等）都与酶和蛋白质相联系，可以用提纯的酶或蛋白质在体外实验中重复出来。
2.确定了生物遗传的物质基础是DNA1944年O.T.Avery等证明了肺炎球菌转化因子是DNA；1952年A.D.Hershey和M.Cha-se 用DNA35S和32P分别标记T2噬菌体的蛋白质和核酸，感染大肠杆菌的实验进一步证明了是遗传物质。
在对DNA结构的研究上，1949-52年S.Furbery等的X-线衍射分析阐明了核苷酸并非平面的空间构像，提出了DNA是螺旋结构；1948-1953年Chargaff等用新的层析和电泳技术分析组成DNA的碱基和核苷酸量，积累了大量的数据，提出了DNA碱基组成A=T、G=C的Chargaff规则，为碱基配对的DNA结构认识打下了基础。
（二）现代分子生物学的建立和发展阶段这一阶段是从50年代初到70年代初，以1953年Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构模型作为现代分子生物学诞生的里程碑开创了分子遗传学基本理论建立和发展的黄金时代。
在发现DNA双螺旋结构同时，Watson和Crick就提出DNA复制的可能模型。
中心法则的概念
中心法则的概念中心法则（英语：genetic central dogma），又译成分子生物学的中心教条（英语：The central dogma of molecular biology），首先由佛朗西斯·克里克于1958年提出。
中心法则的概念：遗传信息的标准流程大致可以描述为DNA制造RNA，RNA制造蛋白质，蛋白质反过来协助前两项流程，并协助DNA自我复制”，或者更简单的“DNA →RNA →蛋白质”。
所以整个过程可以分为三大步骤：转录、翻译和DNA复制。
1.转录。
转录（Transcription）是遗传信息由DNA转换到RNA的过程。
转录是信使RNA（mRNA）以及非编码RNA（tRNA、rRNA等）的合成步骤。
转录中，一个基因会被读取、复制为mRNA；这个过程由RNA聚合酶（RNA polymerase）和转录因子（transcription factor）所共同完成。
2.剪接。
在真核细胞中，原始转录产物（mRNA前体Pre-mRNA）还要被加工：一个或多个序列（内含子）被剪出除去。
选择性剪接的机制使之可产生出不同的成熟的mRNA分子，这取决于哪段序列被当成内含子而哪段又作为存留下来的外显子。
并非全部有mRNA的活细胞都要经历这种剪接；剪接在原核细胞中是不存在的。
3.转译。
最终，成熟的mRNA接近核糖体，并在此处被翻译。
原核细胞没有细胞核，其转录和翻译可同时进行。
而在真核细胞中，转录的场所和翻译的场所通常是分开的（前者在细胞核，后者在细胞质），所以mRNA必须从细胞核转移到细胞质，并在细胞质中与核糖体结合。
核糖体会以三个密码子来读取mRNA上的信息，一般是从AUG开始，或是核糖体连接位下游的启始甲硫氨酸密码子开始。
启始因子及延长因子的复合物会将氨酰tRNA（tRNAs）带入核糖体-mRNA复合物中，只要mRNA上的密码子能与tRNA上的反密码子配对，即可按照mRNA上的密码序列加入氨基酸。
公共基础知识分子生物学基础知识概述
《分子生物学基础知识概述》一、引言分子生物学是一门在生命科学领域中具有核心地位的学科，它深入研究生物大分子的结构、功能和相互作用，为我们理解生命现象的本质提供了关键的理论和技术支持。
从揭示遗传信息的传递规律到开发新型生物技术，分子生物学的发展深刻地改变了我们对生命的认识和改造自然的能力。
本文将全面阐述分子生物学的基础知识，包括基本概念、核心理论、发展历程、重要实践以及未来趋势。
二、基本概念1. 生物大分子分子生物学主要研究生物大分子，包括核酸（DNA 和 RNA）、蛋白质和多糖。
DNA 是遗传信息的携带者，通过特定的碱基序列编码生物体的遗传信息。
RNA 在遗传信息的表达中起着重要作用，包括信使 RNA（mRNA）、转运 RNA（tRNA）和核糖体 RNA（rRNA）等。
蛋白质是生命活动的主要执行者，具有各种催化、结构和调节功能。
多糖则在细胞结构和信号传导等方面发挥着重要作用。
2. 中心法则中心法则是分子生物学的核心概念之一，它描述了遗传信息从DNA 到 RNA 再到蛋白质的传递过程。
DNA 通过复制将遗传信息传递给子代细胞，同时通过转录将遗传信息转化为 RNA，RNA 再通过翻译合成蛋白质。
中心法则的发现为我们理解生命的遗传和进化提供了重要的理论基础。
3. 基因基因是具有遗传效应的 DNA 片段，它决定了生物体的遗传特征。
基因通过编码蛋白质或 RNA 来控制生物体的生长、发育和代谢等生命活动。
基因的表达受到多种因素的调控，包括转录因子、表观遗传修饰和环境因素等。
三、核心理论1. 核酸的结构与功能DNA 具有双螺旋结构，由两条反向平行的脱氧核苷酸链组成，通过碱基互补配对原则结合在一起。
DNA 的结构稳定性为遗传信息的准确传递提供了保障。
RNA 则具有多种结构形式，包括单链、双链和环状等，不同的 RNA 分子在生命活动中发挥着不同的功能。
2. 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构决定了其功能。
蛋白质的一级结构是指氨基酸的线性序列，二级结构包括α-螺旋和β-折叠等，三级结构是由二级结构进一步折叠形成的三维结构，四级结构是由多个亚基组成的蛋白质复合物。
分子生物学中心法则
分子生物学中心法则：DNA →RNA →蛋白质→细胞表性基因组中心法则：基因组→转录组→蛋白质组→细胞表性生物信息学是20世纪分子生物学和计算机科学交差结合产生的新的学科。
这个新的学科的焦点是使用计算机数据库和计算机算法来分析蛋白质、基因和构成生物体的全部脱氧核糖核酸。
生物信息学工具包括的计算机程序，可以用来帮助揭示与大分子的结构和功能、生化途径、疾病发生以及进化相关的生物学问题所内涵的基本机制。
如果两条序列有一个共同的进化祖先，那么他们是同源的。
同源性是序列同源或者不同源的一种论断，而一致性和相似性是一种描述序列相关性的量。
两个序列即使没有统计上显著的一致性，他们也可能是同源的。
同源性特征可分为直系同源（orthologous）和旁系同源（paralogous）。
直系同源序列是不同物种内的同源序列，他们来自于物种形成时的共同祖先基因。
直系同源基因被认为有相似的生物学功能。
旁系同源基因是通过类似基因复制的机制产生的同源序列。
可接受点突变PAM（accepted point mutation）为在蛋白质中被自然选择接受的耽搁氨基酸替换。
每种氨基酸在进化过程中发生突变的次数除以该氨基酸出现的总次数。
最常发生的替换是谷氨酸对天冬氨酸、丝氨酸对苏氨酸和异亮氨酸对缬氨酸。
突变概率矩阵M（mutation probability matrix）中元素M ij 表示在一个给定的进化时期内，氨基酸J替换成氨基酸I的概率。
进化时期为一个PAM（表示两个蛋白1%氨基酸发生变化的时间）。
当PAM=0时，矩阵讲成为单位矩阵，表示没有氨基酸发生变化。
当PAM相当大时，每行的所有值都接近于一个数值，这个数值就是氨基酸的出现频率。
块替换矩阵（block substitution matrix）BLOCSUM62矩阵是大多数BLAST算法的缺省矩阵。
PAM矩阵是基于近相关蛋白家族数据的。
并且假设高度相关蛋白的取代概率可以外推到远相关蛋白的概率。
临床分子生物学检验技术(潍坊医学院)知到章节答案智慧树2023年
临床分子生物学检验技术（潍坊医学院）知到章节测试答案智慧树2023年最新第一章测试1.分子生物学检验技术检测的标本包括人体各种组织、细胞、体液、分泌物等多种样本。
参考答案:对2.1958年，克里克提出了著名的分子生物学中心法则。
参考答案:对3.DNA“STR”分型技术已经在全世界法医鉴定中普及应用。
参考答案:对4.个体化医学的内涵包括：基于个体化基因精准检测的疾病风险评估、个体化医学诊断和个体化医学治疗。
参考答案:对5.分子生物学检验技术所涉及到的原理和方法多种多样，常见的有参考答案:分子杂交技术;生物芯片技术;基因测序技术;聚合酶链式反应6.分子生物学检验技术检测的靶标主要包括参考答案:蛋白质;DNA;RNA7.临床分子生物学检验技术广泛应用于参考答案:遗传性疾病的诊断和预防;亲子鉴定;肿瘤的临床诊断和治疗监测;感染性疾病的诊断和监测8.“临床分子生物学检验技术”是以分子生物学的原理和技术为基础，通过检测生物样本中DNA、RNA、蛋白质等生物大分子的量变或质变，从而为疾病的预防、诊断、治疗、预后提供生物信息和诊疗依据的应用学科。
参考答案:对9.表观遗传学是指DNA序列在不发生改变的情况下，可以影响表型变化，并通过体细胞遗传的现象。
参考答案:对10.通过多种分子生物学技术建立起来的人类白细胞抗原基因分型技术，可以提高器官移植、受体之间的相容性匹配和移植物存活率。
参考答案:对第二章测试1.真核生物mRNA在成熟过程中切去的是参考答案:内含子2.构成核小体的组蛋白不包括参考答案:H53.与核DNA相比，mtDNA具有以下特点参考答案:母性遗传4.Alu家族属于参考答案:短散在核元件5.大肠杆菌类核结构的组成是参考答案:RNA+支架蛋白+双链DNA6.下述序列中，在双链状态下，属于完全回文结构的序列是参考答案:AGTCGACT7.下列哪种质粒带有抗性基因参考答案:R质粒8.病毒的遗传物质是参考答案:DNA或RNA9.下列哪一项不是蛋白质组的研究技术参考答案:RFLP10.下列关于双向凝胶电泳优点的说法，不正确的是参考答案:能够筛选出所有的蛋白第三章测试1.BLAST可以进行参考答案:序列比对分析2.仅仅进行核酸一核酸查询，一般使用的BLAST方式是参考答案:BLASTn3.在进行多序列对比的多序列联配比对时，常用的程序是参考答案:ClustalW4.HGP绘制的四项图谱包括参考答案:遗传图谱、物理图谱、序列图谱和基因图谱5.欧洲分子生物学网EMBnet的主要数据库检索工具是参考答案:SRS6.生物信息学的任务有哪些参考答案:数据库的建立、相关分析软件的开发和应用;蛋白质的序列、结构、功能、定位、分类;基因组及基因表达数据的分析和处理;新药研制;生物分子数据的获取、处理、贮存、传递、分析和解释7.PDB能够100%准确预测蛋白质空间立体结构参考答案:错8.蛋白质的基本性质分析包括参考答案:疏水性分析;分子量;氨基酸组成;跨膜区分析9.核酸序列的基本分析包括参考答案:分子量;限制性酶切分析;测序分析;碱基组成10.常见生物信息数据库的检索工具有参考答案:SRS;BDGET/LinkDB;Entrez第四章测试1.下列不属于分离纯化质粒 DNA 的方法参考答案:甲酰胺解聚法2.质粒DNA提取中，沉淀DNA的是参考答案:无水乙醇3.以下哪种方法不能抑制或灭活RNase活性参考答案:加入EDTA金属离子螯合剂4.波长260nm的紫外线下，A值等于1时的光密度大约相当于多少的双链DNA参考答案:50µg/ml5.下列关于紫外分光光度法用于核酸的纯度鉴定的说法正确的是参考答案:TE 缓冲液中，纯 DNA 的A260／A280比值为1.8，纯 RNA 的 A260／A280比值为 2.06.有关核酸的鉴定描述错误的是参考答案:纯 DNA 样品的 A260／A280为 2.07.以下属于DNA的保存的方法是参考答案:溶于 TE 缓冲液中在-70℃储存8.以下哪种方法不是DNA的适宜保存法参考答案:常温保存9.下列关于双向凝胶电泳技术的说法，正确的是参考答案:是蛋白质组学研究最重要的技术;包括等电聚焦电泳和SDS-PAGE;与质谱技术紧密结合使用10.用碱裂解法分离质粒DNA时，染色体DNA之所以可以被除去，是因为（）。
简论中心法则的发展（PDF）
第18卷第3期 佛山科学技术学院学报(自然科学版) V o l.18N o.3 2000年9月 Jou rnal of Fo shan U n iversity(N atu ral Science Editi on)Sep.2000文章编号:100820171(2000)0320075206简论中心法则的发展刁生富(佛山科学技术学院人文学院,广东佛山528000)摘要:论述中心法则发展的各个阶段和各种形式及其适用范围,指出其核心思想不是简单的单向决定作用,而是复杂的相互作用,并对其发展方向作出预测。
关键词:中心法则;核心思想;发展;预测中图分类号:Q7 文献标识码:A分子生物学中的中心法则(T he Cen tral Dogm a of M o lecu lar B i o logy)揭示了遗传信息复制、转录和转译的全过程,是现代生物学中最基本、最重要的规律之一。
该法则自其产生以后,随着研究的深入,在内容上得到了丰富,在形式得到了修正。
本文简要论述中心法则发展的各个阶段和各种形式及其适用范围,指出其核心思想不是简单的单向决定作用,而是复杂的相互作用,并对其发展方向作出预测。
1 从DNA双螺旋模型建构到中心法则的提出1928年,格里菲斯(GR IFF ITH F)首次观察到肺炎链球菌的转化现象[1]。
1944年,艾菲里(AV ER Y O T)等又发表研究结果,既证实了格里菲斯的转化实验,又发现转化因子是DNA[2]。
艾菲里的这一发现具有重要的意义,有人称他的文章标志着DNA“黑暗时代的终结”[3]。
但在当时并没有得到应有的重视和肯定的结论。
直到1952年,赫尔希(H ER SH EY A)和蔡斯(HA SE M)进行噬菌体的侵染实验,证明新的噬菌体颗粒是由DNA复制的[4]。
这时,四核苷酸理论已被否定,细菌、噬菌体与高等生物间的遗传统一性已得到了承认。
因此,他们的实验结果引起了强烈的反应,立刻使人们的注意力从蛋白质转向核酸分子上。
分子生物学中的中心法则
分子生物学中的中心法则
分子生物学中的中心法则是：遗传信息从DNA传递给RNA，再从RNA传递给蛋白质，即完成遗传信息的转录和翻译的过程。
也可以从DNA传递给DNA，即完成DNA的复制过程。
这是所有有细胞结构的生物所遵循的法则。
在某些病毒中的RNA自我复制（如烟草花叶病毒等）和在某些病毒中能以RNA为模板逆转录成DNA的过程（某些致癌病毒）是对中心法则的补充。
分子生物学的中心法则旨在详细说明连串信息的逐字传送。
它指出遗传信息不能由蛋白质转移到蛋白质或核酸之中。
概述中心法则的主要研究内容及其与分子生物学的关系
概述中心法则的主要研究内容及其与分子生物学的关系中心法则，听起来有点高深，其实说白了，就是基因如何决定我们身体的运作，是个挺简单又充满戏剧性的过程。
想象一下，你的身体就像一台超级复杂的工厂，而这座工厂每天都要生产出无数的“工人”——那就是蛋白质。
这些蛋白质才是我们的“工厂员工”，负责各种工作，从修复细胞到制造能量，几乎每一个生理过程都有它们的身影。
中心法则，简单来说，就是描述这个工厂的“生产线”是怎么运作的。
简单一说，基因的指令会通过一系列步骤，最终制造出蛋白质。
先从DNA开始说起。
DNA就像是工厂的蓝图，它把所有的生产指令都写得清清楚楚。
可是，DNA本身并不能直接开始工作，它需要“翻译”。
于是，这时候就得靠RNA帮忙了。
RNA是一种类似工人派遣单的东西，它会把DNA上的指令抄下来，然后送到细胞的工厂——也就是“核糖体”。
这个过程，我们称之为转录。
然后，RNA带着指令，像信差一样，跑到工厂，把信息交给“工人”——核糖体。
这个时候，工厂开始进行翻译工作。
核糖体根据RNA的指示，合成出蛋白质。
这就像是在工厂车间里，按照蓝图上的规格，逐步拼装一个复杂的产品。
每一个步骤都不可少，少了任何环节，蛋白质就做不出来，咱们的身体就可能出问题。
所以说，中心法则就像是“操作手册”，确保所有的工人都能准确地按部就班地工作。
更妙的是，这个法则不仅仅是实验室里科学家的“魔法”，它其实发生在每个人的身体里，而且时时刻刻都在进行中。
你想想，我们每一秒钟都有无数的蛋白质在拼命工作。
如果你仔细观察，或者说感觉一下，你现在正依赖着这些工厂运转得如火如荼。
换句话说，中心法则直接影响着我们每个人的健康、发育甚至情绪。
你今天高兴、伤心、困倦，甚至长胖，背后都离不开这些蛋白质在默默地做功。
中心法则的研究，简直是分子生物学的“金矿”。
通过揭开这个规律，科学家们不仅了解了如何从基因出发，了解细胞是怎么工作的，还能搞清楚为什么某些遗传病、癌症会发生。
一个科技里程碑:分子生物学的中心法则
一个科技里程碑：分子生物学的中心法则
王志珍
【期刊名称】《生理科学进展》
【年(卷),期】2003(034)002
【摘要】@@ 编者按王志珍院士的这篇评述,从历史的角度简述了"分子生物学的中心法则"的发展过程.正如作者指出的"中心法则所包含的划时代的生物学意义在于它揭示了生命最本质的规律,今天和昨天的生命科学都是建立在分子生物学的中心法则上".文中也提到了蛋白质空间结构的"第二遗传密码"在本世纪的研究前景.本文想必会受到读者的欢迎.本刊希望今后能收到更多的这类评述.
【总页数】3页(P101-103)
【作者】王志珍
【作者单位】中国科学院生物物理研究所,北京100101
【正文语种】中文
【中图分类】Q7
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2.分子生物学应用于结核病——第三个里程碑 [J], 周冕
3.分子生物学中心法则的历史考察 [J], 徐瑞萍;刁生富
4.一个畜牧业发展的重要里程碑第八届中国畜牧科技论坛发布《荣昌宣言》招商签
约130亿元 [J], 冉隆国
5.中心法则与分子生物学的生命观 [J], 刁生富
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分子生物学-中心法则
在DNA聚合酶Ⅲ的催化下，根据模板链3’→5’ 的核苷酸顺序，从引物游离3’－OH开始加入脱 氧核苷酸，直至合成整个DNA片断。 酶的催化方向：5’→3’，所以新生DNA链的延伸方 向也是5’→3’。 两条链复制又同时进行。如何解决？一条链连续 合成，称为前导链；另一条链不连续合成，为滞 后链。冈崎片断：以DNA 5’ → 3’链为模板时 合成的不连续的较短的DNA片断。
氮标记技术证实了DNA的半保留 复制
以15NH4Cl为唯一氮源培养大肠杆菌，连 续培养12代，使所有DNA标记上15N； 在普通培养基（14N)培养一代后，所有 DNA密度介于14N ～15N之间； 培养两代后， 14N和14N ～15N杂合分子等 量出现。 继续培养， 14N分子增多。
含15N-DNA的细菌 培养于普 通培养液 第一代 继续培养于 普通培养液 第二代
14培养于普通培养液继续培养于普通培养液15ndna的细菌普通dna重dna第一代中等密度dna第二代普通dna中等密度dnadna的复制实际上就是以dna为模板在dna聚合酶作用下将游离的四种脱氧三核苷酸datpdgtpdctpdttp简写为dntp聚合成dna的过程
分子生物学－中心法则
生物的遗传信息从 DNA传递给mRNA的过 程称为转录。根据 mRNA链上的遗传信息 合成蛋白质的过程， 被称为翻译或表达。 1958年Crick将生物 遗传信息的这种传递 方式称为中心法则。
连接酶(ligase)的作用是催化相邻的DNA 片段以3’、5’－磷酸二酯键相连接。连接 反应中的能量来自ATP(动物细胞或噬菌 体）或NAD＋（细菌)。 连接酶要求催化反应时缺口处有一条链 是连续的。不能将两条游离的DNA分子 连接起来。
分子生物学是如何产生和发展的？什么是中心法则？简述其产生
分子生物学是如何产生和发展的？什么是中心法则？简述其产生的背景和重要意义。
要求：2000－3000字时间：2周一、生物学的产生和发展1930年代，由于许多生物化学家发现细胞内的许多分子参与了各种复杂的化学反应，分子生物学由此逐步建立。
但直到1938年“分子生物学”一词才由瓦伦·韦弗提出（也有人认为“分子生物学”一词最早于1945年威廉·阿斯特伯里首先在Harvey Lecture上应用的）。
瓦伦是当时洛克斐勒基金会自然科学方面的主持人，他相信由于在X射线晶体学等方面的发展，生物学正在进入一个大的转变期，他也因此将基金会的资金用于资助生物领域的研究。
分子生物学的研究者们不仅应用分子生物学特有的技术，而且越来越多地从遗传学、生物化学和生物物理学的技术和思路中获得启迪，综合利用。
因此，这些学科间越来越多地相互融合，不再有明确的分界线。
左图抽象地展示了对相关领域之间的相互关系一种可能的阐释：“生物化学”主要研究化学物质在生物体关键的生命进程中的作用。
“遗传学”主要研究生物体间遗传差异的影响。
这些影响常常可以通过研究正常遗传组分（如基因）的缺失来推断，如研究缺少了一个或多个正常功能性遗传组分的突变体与正常表现型之间的关系。
遗传相互作用经常会使像基因敲除这类研究的结果难以解释。
“分子生物学”则主要研究遗传物质的复制、转录和翻译进程中的分子基础。
分子生物学的中心法则认为“DNA 制造RNA，RNA 制造蛋白质，蛋白质反过来协助前两项流程，并协助DNA 自我复制”；虽然这一描述对分子生物学所涵盖的内容过于简单化，但仍不失为了解这一领域的很好的起点。
结构分析和遗传物质的研究在分子生物学的发展中作出了重要的贡献。
结构分析的中心内容是通过阐明生物分子的三维结构来解释细胞的生理功能。
1912年英国W.H.布喇格和W.L.布喇格建立了X射线晶体学，成功地测定了一些相当复杂的分子以及蛋白质的结构。
以后布喇格的学生W.T.阿斯特伯里和J.D.贝尔纳又分别对毛发、肌肉等纤维蛋白以及胃蛋白酶、烟草花叶病毒等进行了初步的结构分析。
分子生物学中心法则
分子生物学中心法则分子生物学中心法则是一种用于提高分子生物学设计和实验的方法，为实验室研究人员提供了可以有效地设计、优化和评价实验的工具。
它通过将实验分成多个步骤，扩大实验的范围，使实验者能够更好地了解实验结果，并根据实验结果调整实验条件，从而提高实验效率和准确性。
分子生物学中心法则的基本原理是将实验分成多个步骤，每个步骤都有一个或多个参数可以调节，目的是通过调节参数来获得最佳的实验结果。
这种方法是受到计算机科学中的“中心法则”的启发，即将一个问题分割成多个部分，每个部分都可以独立解决，然后将这些部分重新组合起来，解决整个问题。
分子生物学中心法则包括三个步骤：设计实验、优化实验和评价实验。
1.设计实验：根据研究的目的，选择一种反应体系，确定所需的试剂和实验条件，确定实验的流程，并设计一个实验方案。
2.优化实验：根据实验的要求，分析实验中各个参数之间的相互作用，通过不断调整参数来获得最佳的实验结果。
3.评价实验：对实验结果进行评价，分析实验结果，判断实验是否达到预期的效果，如果不能达到预期的效果，调整实验条件，重新进行实验，以获得最佳的实验结果。
分子生物学中心法则是一种有效的实验设计方法，可以有效地提高实验的准确性和可重复性，并可以帮助实验者更好地了解实验结果，从而更好地控制实验的过程和结果。
分子生物学中心法则的使用也受到了一些限制，比如实验者在实验过程中可能会遇到各种意想不到的问题，这些问题可能会影响实验的结果，而且实验者也可能遇到一些不可预测的情况，也会影响实验结果。
因此，在实验过程中，实验者应该充分考虑这些问题，并在必要时作出适当的修改，以期获得最佳的实验结果。
总的来说，分子生物学中心法则是一种有效的实验设计方法，可以有效地提高实验的准确性和可重复性，使实验者能够更好地了解实验结果，从而更好地控制实验的过程和结果。
分子生物学的中心法则
Subunit
Number
Role
a
2
uncertain
b
1
forms phosphodiester bonds
b
1
binds DNA template
s
1
recognizes promoter and
facilitates initiation
a2bb’s
holoenzyme
a2bb’
+s
core erase sigma factor
五、翻译
Translation is the process of converting the mRNA codon sequences into an amino acid sequence.
Translation，翻译：在RNA控制下，根据核 酸链上每三个核苷酸决定一个氨基酸的三联 体密码规则，合成出具有特定氨基酸顺序的 蛋白质肽链的过程。
1）RNA聚合酶与DNA模板的结合
2）起始
3）延长
4）终止
Transcription
closed promoter complex,封闭的启动子复合物
RNA polymerase,RNA聚合酶
open promoter complex,开放的启动子复合物
initiation
elongation
Tertiary structure
Protein synthesis
起始 延长 终止
肽链合成的方向是N->C, mRNA信号被转译的方向是5`->3`。 一个新生肽链的诞生，除了必须有mRNA模板，tRNA及核 糖体外，还需要许多蛋白因子。 如，起始因子(IF)，延长因子(EF)和终止因子(RF)等的参与。
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・评 述・一个科技里程碑:分子生物学的中心法则王志珍(中国科学院生物物理研究所,北京100101)编者按 王志珍院士的这篇评述,从历史的角度简述了“分子生物学的中心法则”的发展过程。
正如作者指出的“中心法则所包含的划时代的生物学意义在于它揭示了生命最本质的规律,今天和昨天的生命科学都是建立在分子生物学的中心法则上”。
文中也提到了蛋白质空间结构的“第二遗传密码”在本世纪的研究前景。
本文想必会受到读者的欢迎。
本刊希望今后能收到更多的这类评述。
一、分子生物学中心法则的提出分子生物学的中心法则最早是由英国剑桥大学的物理学家佛郎西斯.克里克(Francis H. C.Crick)在1958年提出的,在英国的实验生物学会第12届讨论会“大分子的生物复制”会议录(Sym p.S oc. Exp.Biol.XII,138,1958)发表。
中心法则是在前人工作的基础上,特别是在克里克本人和杰姆斯.沃森(James Wats on)一起揭示了DNA分子的双螺旋结构的基础上,总结出来的生命遗传信息的流动方向或传递规律。
但是由于当时对转录、翻译、遗传密码、肽链折叠等都还了解不多,在那个时候与其说中心法则是一种准确的科学原理,不如说是一种强烈的科学信念。
这个科学信念在以后分子生物学的发展过程中越来越成为多数人的坚定信念,因为它的正确性得到越来越多的实验证明,为越来越丰富的内容所充实、延伸、发展而变得越来越完善。
二、早期对中心法则的认识克里克在1958年描绘的中心法则,如图1所示,箭头表示在三大类生物大分子脱氧核糖核酸DNA、核糖核酸RNA和蛋白质之间信息传递或流动所有可能的方向。
这里的信息是指这些大分子的组成单元的序列所赋予的信息,即组成DNA的脱氧核糖核苷酸的序列,组成RNA的核糖核苷酸的序列,以及组成蛋白质的氨基酸的序列所赋予的信息。
他做了进一步的分析,如图2所示,这些可能的信息传递大体上可以分成三大类:实线箭头表示很有可能的(probable)信息流动,而虚线箭头表示有可能发生的(possible)信息流动,从蛋白质流向蛋白质或DNA 或RNA的三条途径被认为是不可能的(im possible),因而应该取消。
图1 1958年克里克最初提出的分子生物学中心法则图2 克里克对中心法则进行的分析 三、对中心法则的进一步理解一个前所未有的通用于整个生命世界的中心法则在1958年是不可能阐述得十分准确和完善的,因此不时地被人误解,尤其是在逆转录发现以后。
所以,克里克于1970年在《自然》杂志(第227卷,561～563页)发表“分子生物学的中心法则”一文,进一步强调中心法则的真正含义,并试图更加准确地描述这个“预想”(克里克用的是preconception 这个词!)的基本概念。
这时由于对转录、翻译、遗传密码等已有所了解,逆转录也被发现,因此他才有可能把三类信息流动更加准确地表达成如图3所示的形式:实线箭头表示信息流动的通常情况,这种信息流动,除了极少数例外而存在于所有的细胞中;虚线箭头表示信息流动的特殊情况,在大多数细胞中并不存在,仅在特殊的情况下发生;而从蛋白质流向蛋白质或DNA 或RNA 的这三条没有再画的途径则为尚未检测到的而且也被认为是不可能的信息流动方向。
即使在1958年就已经知道蛋白质有确定的空间结构,而且蛋白质的生物活性依赖于它的空间结构;但那时认为多肽链一般都是自发折叠的,因此中心法则当时确实是把一个三维的问题简化成为一个一维的问题。
同时,关于细胞内进行传递信息的“机器”以及信息传递过程的控制,即今天所说的“基因调控”也都没有涉及。
克里克说他的中心法则只用于今天的生命世界,他不想去讨论生命的起源、密码的起源等问题。
克里克特别要强调的是,中心法则认为这种“顺序性的信息传递一旦传到蛋白质就不能再传出去”。
图3 克里克1970年对中心法则的进一步描述四、中心法则的发展和意义图4代表今天对中心法则的理解。
图4 对中心法则的理解示意图1.DNA 复制:遗传是生命的主要特征,DNA 分子是生命遗传信息的携带者,它是由四种脱氧核糖核苷酸,即腺嘌呤脱氧核糖核苷酸(A ),鸟便嘌呤脱氧核糖核苷酸(G ),胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸(T )和胞嘧啶脱氧核糖核苷酸(C ),通过磷酸二酯键连接并按一定顺序排列的长链分子。
沃森和克里克在1953年4月25日发表的DNA 分子的双螺旋结构模型开辟了整个分子生物学的新纪元!DNA 分子结构的核心和本质是,它是由二条核苷酸链相互缠绕成双螺旋,这二条核苷酸链是互补的,即一条链的腺嘌呤核苷酸对应另一条链的胸腺嘧啶核苷酸,而鸟便嘌呤核苷酸对应于胞嘧啶核苷酸,这二组对应的核苷酸是通过它们的碱基之间的氢键相互作用而维系的。
DNA 分子双螺旋中的全部核苷酸都是如此。
正是由于这样的对应关系,DNA 分子可以准确地复制自己。
亲代DNA 分子的两条互补链首先分离,皆可作为模板按照A 2T 和C 2G 的配对的对应关系,合成它自己的互补子代链。
新合成的子代链与亲代链的核苷酸排列顺序完全相同,这就是DNA 的复制,生命的遗传信息就这样一代一代准确地往下传。
在细胞核内进行的DNA 复制的每一步都是在一系列特定的酶的催化下完成的。
2.DNA 转录成RNA :RNA 是由四种核糖核苷酸组成的,即腺嘌呤核糖核苷酸(A )、鸟便嘌呤核糖核苷酸(G )、尿嘧啶核糖核苷酸(U )和胞嘧啶核糖核苷酸(C ),同样由磷酸二酯键连接并按一定顺序排列的长链分子。
但和DNA 不同,RNA 一般是单链。
按照类似的A 2U 和C 2G 配对规律,以DNA 单链为模板合成新的RNA分子,这就是把DNA分子中的信息转录到RNA分子上。
同样,转录过程也是在一系列特定的酶的催化下完成的。
3.RNA翻译成蛋白质:RNA和蛋白质是二类在组成上完全不同的生物大分子,因此在它们之间的信息传递好像是在二种文字之间需要翻译,其翻译的规律是以三个核苷酸的序列决定一个氨基酸,称为遗传密码。
胞质中的核糖体是细胞合成蛋白质的工厂,经DNA转录生成的RNA在核糖体上被翻译合成蛋白质的多肽链。
4.RNA复制:在一些RNA病毒中,遗传信息储存在RNA中,RNA依靠自身做模板而复制自己,再通过翻译把信息传到蛋白质。
这样,DNA分子中的遗传信息便通过转录传到RNA分子,再通过翻译传到蛋白质。
这是中心法则的主线,即克里克所说的通常的信息流动。
5.RNA逆转录成DNA:一些特殊的RNA病毒在感染寄主细胞时,发生了与上述信息传递方向相反的情况。
在自身的逆转录酶的催化下以RNA为模板按照上述碱基配对原则而合成DNA分子。
这个病毒来源的DNA便“混”入寄主细胞的基因,利用寄主细胞的“机器”大量复制自己达到传种接代的目的。
它的遗传信息靠逆转录,即克里克称为特殊信息传递途径流到寄主的DNA,在寄主细胞内繁衍。
6.蛋白质到蛋白质的信息传递是否存在?上面这五条信息传递途径现在是非常确定的了,剩下四条似乎还没有发现有确实的实验证据。
直到1997年,斯旦利・普鲁西纳(Stanley Prusiner)因在疯牛病的研究中提出了一种全新的假说而获诺贝尔奖。
他认为在疯牛病的传染中完全是Prion蛋白的作用而没有其他基于RNA或DNA的作用,提出“蛋白质唯一论”。
显然这与通过RNA或DNA的作用实现传染的传统概念截然不同。
“蛋白质唯一论”的实质就是疯牛病的传染通过信息从致病Prion蛋白流向正常蛋白的过程。
尽管普鲁西纳是诺贝尔奖获得者,但他的实验和结论却一直不断地受到质疑。
1999年9月在哥丁根召开的当时最大规模的有关Prion 病研究的国际会议上,对“Prion是独身杀手还是病毒的帮凶?”的问题争论得异乎寻常地激烈。
看来,中心法则的第六条信息传递途径的确立还不是一朝一夕可以解决的。
克里克四十多年以前提出的中心法则的基本思想今天证明无疑是正确的,生命的信息传递是有方向性的。
中心法则的内容则由于分子生物学在这四十年中的迅猛发展而大大地丰富起来,信息传递主线上的细节基本上已经清楚。
现在知道信息传递在时间空间上、发育阶段上、不同环境条件下都是有调节控制的,失去控制便引起疾病甚至死亡。
调控都是通过DNA和RNA与蛋白质的相互作用进行的。
当时无法考虑的调控问题现在已经有了相当深入的研究。
中心法则的三维问题正是中心法则的一个尚需填补的空缺。
实际上,“翻译”只是解决了蛋白质的氨基酸序列,而蛋白质的活力必须依赖于它的空间结构。
An finsen发现了“蛋白质的氨基酸序列决定蛋白质的空间结构”这个规律,但是并没有解决氨基酸序列怎样决定蛋白质的空间结构的问题。
由于三个核苷酸的序列决定一种氨基酸的规律被称为“三联密码”,那么,氨基酸序列决定蛋白质的空间结构是否也有规律甚至也有密码呢?有人把这个可能存在的密码称为“第二遗传密码”或“折叠密码”。
蛋白质折叠的三维问题现在也已经被提上了日程并将成为本世纪中心法则研究的主要内容之一。
中心法则不但对过去几十年的分子生物学的发展起了指导性的作用,对今后分子生物学的发展还将继续起指导性的作用。
中心法则所包含的划时代的生物学意义在于它揭示了生命最本质的规律,今天和明天的生命科学都是建立在分子生物学的中心法则上,它无疑是20世纪人类科技史上的一个伟大的里程碑。
附录 与分子生物学中心法则的创建和完善直接有关的获得诺贝尔奖的研究:1.1953年4月25日Francis H. C.Crick,James.D.Wat2 s on and Mauri H. F.Wilkins发表DNA分子的双螺旋结构,获1962年生理学或医学奖。
2.1956年A.K ornberg,S.Ochoa分别发现DNA聚合酶和RNA聚合酶,获1959年生理学或医学奖。
3.1959年Christian B.An finsen发现蛋白质氨基酸序列决定其空间结构的规律,获1972年化学奖。
4.1961年Froncois Jacob,Andre L W off,Jaques M onod发现转录与翻译,获1965年生理学或医学奖。
5.1961～1965年R obert W.H olley,H.G.K horana,Mar2 shall W.Nirenberg破译遗传密码,获1968年生理学或医学奖。
6.1970年H oward T emin,David Baltim ore,Renato Dulbecco 发现逆转录酶,获1975年生理学或医学奖。
7.1982～1993年S tanley B.Prusiner因发现Prion蛋白,一种有关感染的新的生物学机制,获1997年生理学或医学奖。