哈勃！ 今天，我们继续关于DNA的最后一个故事。 在其中，我们谈到
了它发生了
多少，DNA如何存储以及为什么它如此重要 。 今天，我们将从历史背景开始，以DNA编码信息的基础结束。
故事
1869年，约翰·弗里德里希·米切尔（Johann Friedrich Mischer）从他从脓液中获得的白细胞中分离出了DNA本身。 白细胞是执行保护功能的白细胞。 脓液中有很多，因为它们倾向于破坏组织，而细菌细胞会“吞噬”它们。 他分离出一种含有氮和磷的物质。 起初它被称为核酸素，但是当发现酸性性质时，其名称改为核酸。 新发现的物质的生物学功能尚不清楚，很长时间以来，人们一直认为磷被储存在其中。 即使在20世纪初，许多生物学家也认为DNA与信息的传递无关，因为分子的结构看上去太单调并且不能编码太多的信息。
到1901年，Albrecht Kossel分离并描述了组成DNA和RNA的五个氮碱基。 不久之后，彼得·鲁汶（Peter Leuven）发现核酸的碳水化合物成分是脱氧核糖和核糖。 包括核糖的核酸被称为核糖核酸，或简称为RNA，以及包含脱氧核糖，脱氧核糖核酸或DNA的核酸。
现在，出现了各个链接如何互连的问题。 为此，需要破坏DNA链，并观察破坏后会发生什么。 为此，将DNA聚合物水解。 但是，鲁汶改变了水解方法。 现在，他使用了酶，而不是在酸性环境下沸腾了数小时。 这次，不仅从水解产物中分离出单独的腺嘌呤，鸟嘌呤，胸腺嘧啶，胞嘧啶，脱氧核糖和磷酸，而且还分离出较大的片段，例如含氮碱与碳水化合物的化合物或碳水化合物与磷酸的化合物。 同时
，在核酸水解产物中未发现由两个氮碱基组成的化合物或碱性磷酸型化合物 。 就是说，很明显磷酸与糖结合，进而与含氮碱结合。 含氮碱与碳水化合物的化合物被提议为核苷，而核苷的磷酸酯被称为核苷酸。
这些工作的结果是，鲁汶得出结论，核酸是聚合物。 核苷酸用作单体。 根据当时的化学分析，DNA或RNA中四个核苷酸中每个核苷酸的含量似乎与Leven相等。 因此，鲁汶提出了以下核酸结构理论：它们是聚合物，其单体是串联的四个核苷酸的嵌段。
当时的四核苷酸结构理论看起来很合理，已经进入了战前时期的所有教科书。 但是，DNA功能的问题仍然不清楚。 澄清这个问题花了将近半个世纪。
有一段时间，生物学家积累了有关核酸在各种动植物组织，细菌和病毒以及某些单细胞生物中分布的信息。
当时，科学界认真地认为，负责存储遗传信息的是蛋白质。 关于蛋白质在生命过程中的主要作用的传统观念使我们无法认为，作为遗传物质的这种重要物质可能不是蛋白质。 蛋白质的结构极为多样，因此不能说核酸。 苏联著名的遗传学家，细胞学家N.K. Koltsov计算出，通过改变构成蛋白质分子的20个氨基酸的序列，可以产生数万亿个不同的蛋白质。
如果我们想以最简化的形式打印对数表，那么这一万亿分子将为该计划提供世界上所有现有的印刷厂，每年生产50,000册100张印刷纸，那么在完成工作之前就已经花费了很多时间，自从我们的太古时代以来已经过去了多少。
确实很多... 20位中有20位...但是序列比20个氨基酸长得多。
这就是A. R. Kizel所写的-当时最博学的生物化学家之一。
从仅对核酸作用的观点出发...可以得出结论，它不参与基因的结构，并且可以认为基因是由其他物质组成的。 尽管在大多数情况下直接将其称为蛋白质，但我们仍无法可靠地了解该物质。
最初的成功来自微生物学。 1944年，Avery及其员工（美国）对细菌转化的实验结果发表了。 关于转换的几句话。
转化本身是由微生物学家格里菲斯（Griffiths）在1928年发现的。
格里菲思（Griffith）与肺炎球菌（Streptococcus pneumoniae）的培养有关，肺炎链球菌是肺炎一种形式的病原体。 该细菌的某些菌株具有毒性，可引起肺炎。 它们的细胞涂有多糖胶囊，可保护细菌免受免疫系统的作用。 在培养中，此类细菌形成规则球形的大型光滑菌落。 因此，它们被称为S应变（来自英语smooth-smooth）。
肺炎球菌有多种毒力菌株，它们在细菌进入体内时会在体内产生抗体。 它们被称为IS，IIS，IIIS等。不时，一些有毒的S菌株细胞发生突变，丧失了合成多糖膜的能力，并变得无毒。 在文化中，它们形成不规则形状的小粗糙集落，因此，它们被称为R株（从英语中称为rh-strain）。 有时会发生反向突变，从而恢复了合成多糖膜的能力，但仅在相应菌株的组中：
IIS-IIR
IIIS-IIIR
这表明无毒的R菌株总是对应于亲本的有毒的S菌株。
格里菲斯（Griffith）向不同组的实验小鼠引入了一种强力和无毒的肺炎球菌菌株。 在第一个对照组中，注射有毒的IIIS品系导致动物死亡。 注射无毒力的IIR菌株后，第二对照组的动物仍然存活。 之后，格里菲斯（Griffith）在60°C的温度下用强毒力IIIS菌株的培养液加热溶液，导致细菌死亡。 他将通过加热杀死的细菌引入了第三组实验小鼠。 这些动物仍然活着，原则上是可以预期的。 但是，这还不是全部。 他将存活的小鼠的一部分引入了无毒力的IIR菌株的细菌中。
看来这不会给小鼠带来任何可怕的后果。 然而，与预期相反，这些动物死亡。 当细菌从体内分离出来并进行播种时，结果证明它们属于有毒力的IIIS菌株。
导致小鼠死亡的细胞合成的是III型而非II型多糖膜，这一事实表明它们不可能是IIR-IIS反向突变的结果。 由此，格里菲斯得出了非常重要的结论。 IIR品系的无毒细菌可以与仍留在小鼠体内的IIIS品系的热灭活细菌相互作用，从而以某种方式转化为强毒菌。 换句话说，IIR菌株的无毒细菌会从IIIS菌株的死菌中吸收某种因子，从而使它们变成有毒力的细菌。 但是，格里菲斯不知道这个因素是什么。
实际上，这种现象称为细菌转化。 这是遗传性状从一个细菌细胞到另一个细菌细胞的单向转移。
现在回到艾利的经历。 他们的实验设计与格里菲斯的实验有些相似。 艾利（Avery）和工作人员为自己确定了转化剂的化学性质。 他们破坏了肺炎球菌的悬浮液并从提取物中去除了蛋白质，荚膜多糖和RNA，但是，提取物的转化活性仍然存在。 在用结晶胰蛋白酶或胰凝乳蛋白酶（破坏蛋白质），核糖核酸酶（破坏RNA）治疗期间，该药物的转化活性没有丧失。 很明显，这种药物既不是蛋白质也不是RNA。 但是，当用脱氧核糖核酸酶处理药物时，其转化活性完全丧失（DNA损伤），而酶的量可忽略不计，导致药物完全失活。 因此，发现细菌中的转化因子是纯DNA。 这个结论是一个重大发现，艾利对此深有体会。 他写道，这正是遗传学梦long以求的东西，即基因的实质。 这似乎是一个证明。 但是，对蛋白质作为遗传物质的信念太强烈了。 一些人认为，这种转化会导致那些微不足道的蛋白质杂质残留在药物中。
DNA直接遗传作用的新证据是病毒学家Hershey和Chase的经验。 他们研究了噬菌体T2（噬菌体-细菌病毒），该细菌感染了
大肠杆菌 （E. coli）。
其实他们做了什么。 它们在某些噬菌体（P32）的DNA组成中包括放射性磷，而在其他噬菌体的蛋白质的组成中包括硫同位素（S35）。 为此，一些细菌在添加了磷酸根离子的放射性磷的培养基上生长，而另一些细菌在添加了硫酸根离子的放射性硫的培养基上生长。 然后，将噬菌体T2添加到这些细菌中，然后在细菌细胞中繁殖，在其DNA（P在DNA中，但不在蛋白质中）或蛋白质（S在蛋白质中，但不在DNA中）中包含放射性标记。
分离出放射性标记的噬菌体后，将它们添加到新鲜（无同位素）细菌的培养物中。 从而导致这些细菌的感染。 噬菌体结合细菌细胞并“注射”其DNA。 此后，将带有细菌的培养基在专用混合器中剧烈摇动（表明在这种情况下，噬菌体膜与细菌细胞表面分离了），然后将感染细菌从培养基中分离出来。 当在第一个实验中，将磷32标记的噬菌体添加到细菌中时，发现放射性标记位于细菌细胞中。 在第二个实验中，当将带有硫35标记的噬菌体添加到细菌中时，在存在蛋白质涂层的培养基中发现了该标记，但在细菌细胞中却没有。 这证实了感染细菌的材料是DNA。 由于在感染的细菌内部形成了包含病毒蛋白的完整病毒颗粒，因此该实验已成为DNA中包含遗传信息（有关蛋白结构的信息）这一事实的决定性证据之一。
这些发现极大地影响了当时的许多生物学家。 特别是因他的规矩而闻名的查加夫。 他认为艾弗里（Avery）本质上是发现了一种“新语言”，或者至少表明了在哪里寻找它。
查格夫开始寻找从各种来源获得的DNA制剂中核苷酸组成和核苷酸排列的差异。 而且，由于没有任何方法可以准确地给出DNA的化学特征，所以在那时……他不得不提出它们。 他被证明旧的四核苷酸核酸结构理论是不正确的。 不同生物体中的DNA的组成和结构有很大不同。 同时，发现了其他天然聚合物以前没有建立的新事实，即，所研究的所有DNA的组成中各个碱基的比例具有规律性。 现在，即使是学童也将其视为查格夫的规则。
- 腺嘌呤的量等于胸腺嘧啶的量，鸟嘌呤等于胞嘧啶的量：A = T，G = Ts。
- 嘌呤的数量等于嘧啶的数量：A + G = T +C。
- 它从第一和第二开始流动。 在6位具有氨基的碱基的数目等于在6位具有酮基的碱基的数目：A + C = T +G。
我们
在上一篇文章中谈到了该机制，因此在此不再赘述。
慢慢地，我们接触了两个发现DNA结构的传奇人物。 弗朗西斯·克里克（Francis Crick）和詹姆斯·沃森（James Watson）于1951年首次见面。 然后，沃森决定解决DNA的结构。 作为生物学家，他了解到，在选择一种特定的DNA结构时，必须考虑到一些简单原理的存在，即将嵌入其结构中的DNA分子加倍。 实际上，基因最重要的特性之一就是遗传信息的传递。
克里克创建了螺旋形X射线衍射的理论，该理论使人们能够确定所研究的结构是否为螺旋构型。 那时，DNA射线照相已经存在。 莫里斯·威尔金斯（Maurice Wilkins）和罗莎琳德·富兰克林（Rosalind Franklin）在伦敦接待了他们。
通过DNA的X射线性质，Watson和Crick意识到所研究的结构呈螺旋状。 他们还知道，DNA分子是由核苷酸单体组成的长线性聚合物链。 该聚合物的磷酸脱氧核糖主链是连续的，并且含氮碱基附着在脱氧核糖残基的侧面。 要构建模型，仍然需要解决在紧凑结构中堆叠多少个线性聚合物链的问题。
根据B型DNA的X射线，Watson和Crick建议该DNA分子由两条线性多核苷酸链组成，该分子链在分子外部具有磷酸脱氧核糖主链，在分子内部具有含氮碱基。 随后被证实。 剩下的只是解决双螺旋内两个链的含氮碱基的排列问题。
考虑到含氮碱基对的可能组合，沃森发现，腺嘌呤–胸腺嘧啶和鸟嘌呤–胞嘧啶对的大小相同，并通过氢键稳定。 Chargaff的规则立即得到解释：如果在双螺旋DNA中，一条链的腺嘌呤总是与另一条链的胸腺嘧啶相连，而鸟嘌呤总是与胞嘧啶配对，那么DNA中的腺嘌呤应始终与胸腺嘧啶和鸟嘌呤一样多。多少胞嘧啶。 同样清楚的是，DNA分子应如何加倍。 每条链彼此互补，并且在DNA复制过程中，双螺旋链必须分开，并且与之互补的每条链应在每条多核苷酸链上完成。 还有一些理论，但下一篇文章将在一周内讨论。
编码信息
因此，我们知道DNA是信息的载体，我们知道它的组成。 但是，信息的编码方式仍然不清楚。
让我们从任务开始。 DNA编码20个氨基酸（可以说21个氨基酸，但到目前为止，我们还没有接触到硒代半胱氨酸）。 核苷酸有4个选择。 也就是说，一个核苷酸可编码4个变体2-16、3-64。 逻辑上假设该密码是三联体（即三个碱基编码一个氨基酸）是合乎逻辑的。 您可以
在此处阅读有关实验确认的
信息 。 恐怕已经有很多历史了...
实际上，我们有64个变体和20个氨基酸。 氨基酸可以由不同的密码子编码。 还有开始阅读的终止密码子和终止密码子。
别忘了首先将DNA读入RNA，然后再将其读入蛋白质。
下表显示了RNA密码子与氨基酸的对应关系。 请记住，RNA中没有胸腺嘧啶，但是使用了尿嘧啶。
如果在表中找不到起始密码子，请查找AUG。 它编码蛋氨酸，也是开始的蛋氨酸。 当翻译原核生物，质体和线粒体基因时，起始氨基酸是N-甲酰甲硫氨酸（仅供参考）。
如果您从DNA到蛋白质一直画画，我们就会得到类似的东西。
在此图中，合成来自红色链。 结果，RNA将与蓝链重合（不要忘记用Y代替T）
正如我所说，几个密码子可以编码每个氨基酸。 乍一看，这似乎不是密码子冗余特别必要的副作用。 但是他实际上扮演着非常重要的角色。
在这里，我们将稍微介绍一下突变。 它们有不同的类型。 当从一个染色体上移走整条染色体时，当一个含氮碱基被另一个替换时，它们会互换，复制并指向一个。 专注于点突变。
点突变会导致什么？
密码子可能开始编码另一个并不总是令人恐惧的氨基酸。 这样的突变称为错义突变（即含义改变）。 这会影响蛋白质的结构。 — , , (, ) ( , ).
, S ( ) . , , , . S , .
, .
以功能丧失为例，请考虑血红蛋白M。血红蛋白基因中的另一个点突变会导致功能完全丧失（在活性中心，组氨酸变为酪氨酸）。顺便说一句，如果您忽略所有细微差别，蛋白质折叠就会像这样。
还有什么可能发生？取代一个含氮碱基也可能导致序列中心出现终止密码子，反之亦然，末端的终止密码子消失了。输出将是不完整的电路或非常长的电路，在任何情况下都将无法正常工作。这种突变被称为废话。
第三种类型的突变-沉默突变。实际上，密码子被另一个编码相同氨基酸的密码所代替。蛋白质的性质不变。总结总体方案。
最后，我也想谈谈一个有趣的功能。单个氨基酸可以由几个密码子编码。这我们知道。但这是什么意思？身体会立即使用所有密码子进行编码。但是更多一些，更少一些。比较人类和...大肠杆菌（Escherichia coli）在使用编码半胱氨酸的密码子的频率。它由两个密码子UGU和UGC编码。人UGU 10.6UGC 12.6大肠杆菌（菌株O127：H6）UGU 19.1UGC 0.0数字表示每千个三联体的出现。可以看出，我们使用两个密码子的频率大致相同，而大肠杆菌几乎不使用UGC密码子。, . , UGC — . , . UGC , .
,
.
, .
Escherichia coliO157：就UGC和UGU而言，H7 EDL933越来越少。或者这是另一个例子。在不同国家分离的结核杆菌菌株也具有不同的密码组成。总结一下
这次历史悠久，生物学也相对较少。这不会再发生。我们讨论了如何清楚地知道DNA是信息的载体，如何将其存储在DNA本身中。我们讨论了基因代码的冗余及其产生的原因。突变和某些密码子使用频率的差异受到轻微影响。下次我们将讨论DNA复制。PS：也有历史，但要少得多。我将尽量避免在写作中出现这样的停顿。