遺傳密碼 —生物同源— “慎終。追遠”。

 本文可視為是

人從那裡來? —淺論人類神創論與人類演化論 之續文

何宗陽編制 

尼伦伯格(Nirenberg, Marshall Warren

日前觀賞”世界百大發現[1]—  6.遗传学 –遗传密码[2](1960)” , 對破解遺傳密碼而獲得1968年諾貝爾生理學與醫學獎的尼倫伯格的一段話特有感觸, 尼倫伯格[3]這樣說:

我們發現的時候,要知道我很熟悉達爾文和進化論, 但這讓我一瞬間明白了地球上的所有生物都是相互關聯的, 我們全都源于同一個祖先, 我們的身體使用的是同一種語言這對我衝擊很大。”

茲編制相關文章如下:

 遺傳密碼 —生物同源

 ……. 正如之前所見RNA轉譯DNA的指令以製造蛋白質, 但讓這個過程得以實現的遺傳密碼或者指令序列是什麼?

 1961年分子生物學家馬歇爾沃倫尼倫伯格和博士同僚哈裡馬太, 他們做了一系列試驗看能否在實驗室中合成出蛋白質。

 他們已知道有20種氨基酸介入蛋白質的製造。尼倫伯格和馬太在實驗中研究RNA和DNA一樣RNA也是由4種化學堿基組成。

 他們最後發現當3種堿基排列成一種稱為三聯體的序列時, 三聯體會譯成某種氨基酸,三聯體的順序正是製造蛋白質的藍圖。

 現在馬歇爾沃倫尼倫伯格是國家衛生部的科學家。

 這對我身為一個市民納稅人和選民有什麼意義? 這表示RNA是由DNA轉錄而來的。

 DNA複製到RNA上於是RNA存有決定氨基酸和蛋白質序列的資訊。所以你從父母那兒遺傳到的是DNA上字母的序列而這決定了你合成的方式,還有你如何製造生命所需的各種蛋白質, 這就形成了你成了我。

 尼倫伯格和馬太的發現解開了第一道的遺傳密碼, 可以看到在每個DNA分子上被譯為密碼的秘密詞彙, 使它可以對蛋白質的合成下達命令。

 接下來的5年內尼倫伯格成功破解64組三聯體, 它們組成了DNA的全部詞彙遺傳密碼被破解了。

 1968年這個發現讓尼倫伯格獲得諾貝爾生理學與醫學獎。

 尼倫伯格發現的重大意義就像是開啟了一扇通往玩具店的門。

 我們幾乎無所不能我們可以破解遺傳密碼。

 所有生物都有相同的密碼嗎,? 是的, 地球上的每一種生物都使用一種密碼

 密碼是一樣的, 基本上都是使用相同的語言

 尼倫伯格這樣說: “ 我們發現的時候, 要知道我很熟悉達爾文和進化論, 但這讓我一瞬間明白了地球上的所有生物都是相互關聯的, 我們全都源于同一個祖先[4], 我們的身體使用的是同一種語言這對我衝擊很大。”

 


[1]世界百大发现 (100 Greatest Discoveries)是Discovery频道2004制作了一套九集的纪录片,展现了8个科学领域中最杰出的100个发现。

世界百大发现

  【科学纪录片:世界百大发现】

  ◎译 名 世界百大发现

  ◎片 名 100 Greatest Discoveries

  ◎年 代 2004

  ◎国 家 美国

  ◎类 别 纪录/科学

  ◎语 言 英语

  ◎字 幕 中文字幕

  ◎片 长 9*44 min

  ◎简 介 

  我们都知道自己的血型,但是血型是如何被科学家发现的?哈雷彗星每隔76年飞临地球,而科学家何时才了解到这一点?恐龙化石第一次被发现是在什么时候?科学家几个世纪以来改变了我们的看法和生活方式。哪些是最重大的科学发现?Discovery频道制作了一套九集的纪录片,展现了8个科学领域中最杰出的100个发现。影片带我们回顾历史,再现了这些伟大科学成就诞生的故事。

  如果没有科学家们的努力今天这个世界将会怎样?从遗传学的微观世界到广袤深远的太空

  在这个系列剧中让我们一起回顾一下史上8个不同科学领域的重大发现

  主持人Bill Nye 讲述这100个重要发现并解释它们如何影响着当代世界.

  在他生动的讲述下,我们将了解这些伟大发现的由来 它们如何促进科学的发展和影响着我们的生活.

  1.天文学

  地心学说(公元前2000–公元前500)、日心学说(1543)、行星的轨道是椭圆形的(1605–1609)、发现木星的卫星(1609–1612)、预测哈雷彗星的轨道(1705–1758)、银河是个巨大的盘状星系、广义相对论(1915–1919)、银河系放射无线电波(1932)、宇宙正在扩张(1924–1929)、宇宙微波背景辐射(1964)、行星绕行其他恒星(1995–2004)、伽玛射线爆发(1969–1997)、宇宙加速膨胀(1998–2000)

  2.生物学

  微生物(1674)、细胞核(1831)、有丝分裂(1977)、细胞分化(1879)、克氏循环(1937)、粒腺体(19世纪晚期至今)、神经传导(18世纪晚期至今)、荷尔蒙(1903)、光合作用(1770)、生物的多样性(1935)

  3.物理学

  落体定律(1604)、万有引力定律(1666)、热力第二定律(1824–1850)、电磁学(1807–1873)、狭义相对论(1905)、质能互换定律(1905)、量子论(1900–1935)、光的本质(1704–1905)、中子(1935)、超导体(1911–1986)、夸克(1962)、核能量(1666–1957)

  4.地球科学

  外核(1906)、内核(1930)、大陆漂移(1911)、海底扩张(1950–1960)、板块学说(1960)、对流层和平流层(1890)、宇宙辐射(1911)、磁场倒转(1906)、周期性冰河时期(1930)、全球变暖(20世纪晚期)、地质变动(1830)、放射性定年法(1907)

  5.生命科学(起源与进化)

  恐龙因小行星撞击灭绝(1980)、发现恐龙化石(1820–1840)、模拟生命诞生环境(1953)、在深海热液喷发口发现新生物(1977)、伯吉斯页岩(1909)、物种的分类(1735)、物竞天择 (1858)、非洲古猿(1974)、莱托里的脚印(1978)、土麦头骨(2002)

  6.遗传学

  遗传法则(1850)、基因存在于染色体(1910–1920)、基因控生化事件(1930)、基因突变(1940)、DNA携带遗传物质(1928,1944,1952)、DNA双股螺旋(1953)、信使 RNA(1960)、遗传密码(1960)、限制酵素(1950–1960)、RNA 选择性分裂(1976)、人类有20,000-25,000个基因(2003)

  7.医学

  人体解剖(1538)、血液循环(1628)、血型(1902)、麻醉药(1842–1846)、X光(1895)、细菌理论(19世纪)、维生素(20世纪早期)、青霉素(1920–1930)、磺胺类药剂(1930)、牛痘(1796)、胰岛素(20世纪20年代)、癌症基因研究(1975)、HIV(20世纪80年代)

  8.化学

  氧气(1770)、原子理论(1808)、原子组成分子(1811)、合成尿素(1828)、化学结构(1850)、化学元素周期表(1860–1870)、电解化学物质(1807–1810)、电子(1897)、电子的特性(1913)、原子有光特性(1850)、放射性(1890–1900)、塑胶(1869 和1900)、富勒烯(1985)

  9.10大精选

  [2]  

遗传密码

遗传密码是一组规则,将DNA或RNA序列以三個核苷酸為一組的密碼子轉譯為蛋白质的氨基酸序列,以用于蛋白质合成。几乎所有的生物都使用同样的遗传密码,称为标准遗传密码;即使是非細胞結構的病毒,它們也是使用标准遗传密码。但是也有少数生物使用一些稍微不同的遗传密码。

 破解歷史

自從發現了DNA的結構,科學家便開始致力研究有關製造蛋白質的秘密。伽莫夫指出需要以三個核酸一組才能為20個氨基酸編碼。1961年,美國國家衛生院的Matthaei與馬歇爾·沃倫·尼倫伯格在無細胞系統(Cell-free system)環境下,把一條只由尿嘧啶(U)組成的RNA轉釋成一條只有苯丙氨酸(Phe)的多肽,由此破解了首個密碼子(UUU -> Phe)。隨後哈爾·葛賓·科拉納破解了其它密碼子,接著羅伯特·W·霍利發現了負責轉錄過程的tRNA。1968年,科拉納、霍利和尼倫伯格分享了諾貝爾生理學或醫學獎。 但朊病毒是以蛋白质为遗传密码的。

基因组的表达

一个生物体携带的遗传信息-即基因组-被记录在DNA或RNA分子中,分子中每个有功能的单位被称作基因。每个基因均是由一連串單核苷酸組成。每个单核苷酸均由碱基,戊糖(即五碳糖,DNA中为脱氧核糖,RNA中为核糖)和磷酸三部分组成。碱基不同构成了不同的单核苷酸。组成DNA的碱基有腺嘌呤(A),鸟嘌呤(G),胞嘧啶(C)及胸腺嘧啶(T)。组成RNA的碱基以尿嘧啶(U)代替了胸腺嘧啶(T)。三個單核苷酸形成一組密碼子,而每個密碼子代表一個氨基酸或停止訊號。

製造蛋白質的過程中,基因先被從DNA轉錄為对应的RNA模板,即信使RNA(mRNA)。接下来在核糖体和转移RNA(tRNA)以及一些酶的作用下,由该RNA模板轉译成为氨基酸组成的链(多肽),然后经过轉译后修饰形成蛋白质。詳情參閱轉譯

因為密码子由三个核苷酸组成,故一共有43=64種密码子。例如,RNA序列UAGCAAUCC包含了三个密码子:UAG,CAA和UCC。这段RNA编码了代表了长度为3个氨基酸的一段蛋白质序列。(DNA也有类似的序列,但是以T代替了U)。

 遺傳密碼的起源

除了少數的不同之外,地球上已知生物的遺傳密碼均非常接近;因此根據演化論,遺傳密碼應在生命歷史中很早期就出現。現有的證據表明遺傳密碼的設定並非是隨機的結果,對此有以下的可能解釋1:

  • 最近一項研究顯示,一些氨基酸與它們相對應的密碼子有選擇性的化學結合力2,這顯示現在複雜的蛋白質製造過程可能並非一早存在,最初的蛋白質可能是直接在核酸上形成。
  • 原始的遺傳密碼可能比今天簡單得多,隨著生命演化製造出新的氨基酸再被利用而令遺傳密碼變得複雜。雖然不少證據證明這觀點3,但詳細的演化過程仍在探索之中4,5
  • 經過自然選擇,現時的遺傳密碼減低了突變造成的不良影響。

 [3] 馬歇爾·沃倫·尼倫伯格

馬歇爾·沃倫·尼倫伯格Marshall Warren Nirenberg,1927年4月10日-2010年1月15日)是一位美國生物化學家與遺傳學家,因解出遺傳密碼而與羅伯特·W·霍利及哈爾·葛賓·科拉納共同獲得1968年諾貝爾生理學或醫學獎。後來也研究神經科學與同位序列基因。

尼伦伯格在1961年与他的学生 Matthaei 建立和完善了大肠杆菌的无细胞翻译系统,成功破译出前几个密码子。1964年,尼伦伯格又发明核糖体结合技术。在这一技术帮助之下,他得以完全破译遗传密码。

2010年1月15日,患有癌症的尼伦伯格在位于纽约的家中辞世。

 [4] 遗传学中的同源

在生物学种系发生理论中,若两个或多个结构具有相同的祖先,则称它们同源Homology)。这里相同的祖先既可以指演化论意义上的祖先,即两个结构由一个共同的祖先演化而来(在这个意义上,蝙蝠的翅膀与人类的手臂是同源的),也可以指发育意义上的祖先,即两个结构由胚胎时期的同一组织发育而来(在这个意义上,人类女性的卵巢与男性的睾丸同源)。

在遗传学中,同源这一概念主要是指序列同源,表明两个或多个蛋白质或DNA序列具有相同的祖先。同源的序列也很可能有相似的功能。两个序列或者同源,或者不同源,不存在“同源度”这样的概念。序列中同源的部分也被称为保守的(conserved)。

蛋白质和DNA的同源性常常通过它们序列的相似性来判定,在生物信息学中尤其是如此。例如,如果两个基因有着几乎一样的DNA序列,那么它们很可能同源,但也有例外:它们可能没有共同的祖先,而为了适应绑定(bind to)某特殊的蛋白质的需要而演化成了一样的形式(如转录因子)。这样的序列是相似的,但却不同源。

 

 生命的起源和生物的进化

现在地球上的各种生物是怎样来的?

特创论者认为:在宇宙历史的某一特殊时刻,由上帝一次性创造出各种生物,最初有多少种,现在就有多少种,各种生物之间没有任何的亲缘关系。

进化论者认为,现在地球上的各种生物不是神创造的,而是由共同祖先经过漫长的时间逐渐演变而来的,因此各种生物之间有着或远或近的亲缘关系。

生物进化的证据

  生物进化的证据很多,如:古生物学方面、胚胎学方面、比较解剖学方面、生理学方面、生物化学方面、遗传学方面、生物地理学方面……(詳生命的起源和生物的进化 )以上各种证据证明了什么?

  现在的各种生物是由共同的原始祖先经过漫长的地质年代逐渐进化而来的,它们之间存在着或远或近的亲缘关系。共同的原始祖先生活在水中。

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世界百大发现:遗传密码
http://discover.news.163.com/10/1101/15/6KDOOISI000125LI.html

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