東海大學物理系‧生物物理

Biological Functions of DNABiological Functions of DNA

東海大學物理系‧施奇廷

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NucleotidesNucleotides

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The Book of LifeThe Book of Life

大英百科全書 Human Genome

26 英文字母 四種核甘酸

23 卷 23 對染色體

200,000 篇文章 35,000 基因

兩億個字元 30 億鹼基對

8.5”×12×20,000 頁 長 1m× 直徑 100Å

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Growth of GenBankGrowth of GenBank

年份 Seq. Bp.

1982 606 680338

1985 5700 5204420

1990 39533 49179285

1995 555694 3.8×108

2000 10106023 1.1×1010

2001 14976310 1.6×1010

2002 22318883 2.9×1010

2003 30968418 3.7×1010

2004 40604319 4.5×1010

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Duplication of DNADuplication of DNA

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Central Dogma: The Path of the Central Dogma: The Path of the InformationInformation

DNA

RNA

Protein

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RNA: Ribonucleic AcidRNA: Ribonucleic Acid

五碳糖的第二個碳上面多了一個氧胸腺嘧啶（ T ）由尿嘧啶（ U ）取代A-T pair 變成 A-U pairC-G pair 仍然不變DNA 是雙股結構， RNA 是單股結構

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The Path of the InformationThe Path of the Information

Transcription 轉錄Copies and splices a gene (single strand of DNA sequ

ence) into an mRNA sequence

Translation 翻譯Converts mRNA into a protein (string of amino acids)

Promotertells the cell when to turn on the gene and how much t

ranscription will occur

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TranscriptionTranscription

Start signal (e.g. TATAAT) and stop signal (e.g. AAAAA)

Splicing: keep exons（外碼子） , throw out intron （內碼子）

mRNA: concatenation of exons

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Transcription: CopyingTranscription: Copying

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Transcription: SplicingTranscription: Splicing

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Translation: Genetic CodeTranslation: Genetic Code

Genetic code: 3-nucleotides = a CODON

64 codons

3 stop codons

Rest (61) codes to 20 amino acids

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GCA → ALA

Ribosome

mRNA

tRNA

DNA

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ChromosomesChromosomes承載生物體內所有遺

傳物質的構造稱為染色體，能夠被特定染劑染上顏色。平時細胞核內的染色體延長成絲狀，分散於細胞核內染色亦深淺不一，稱為染色質(chromatin) 。在細胞分裂的過程中，染色質不斷地濃縮捲曲成粗細一致、染色均勻、但長短不一的緊密物體，是為染色體。

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染色體異常是許多遺傳疾病的起因，可能在細胞分裂時自然發生，也可能由外在的物理或化學因子誘發，通常的形式有：缺失、重複、倒轉、異位。

Mutation of Mutation of ChromosomeChromosome

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ProblemProblem

製造蛋白質時必須將 DNA 的雙股螺旋解開，也就是必須打斷基因編碼區的鹼基對氫鍵鍵結。若該基因有 1000 個鹼基，試問此 DNA 不靠酵素作用，完全依熱運動而解開此基因的機率為何？（假設平均每個鹼基對之間氫鍵的能量為 10kcal/mole ，任何一反應發生的機率為 Boltzman factor exp(-E/kT) ）