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DNA (英) : 介紹 DNA
相關課程
- 我相信你們很多人都聽說過這個原子
- DNA，也就是去氧核糖核酸。
- 我提前把這詞寫下來
- 省得你們糾結的聽我怎麽拼
- 我想你們對 DNA 已經有一定的理解了
- 它是遺傳訊息的基本單位
- 或者說，它編碼了我們所有的基因信息
- 我做這個影片
- 是因爲我覺得這像是一種常識
- 這是個通俗的概念
- 是什麽讓我有黑頭發和藍眼睛，或是其它特征？
- 這些都編碼在了我們的 DNA 之中
- 在這個影片中我想讓你們能理解到
- 爲什麽 DNA 這麽一個分子
- 可以編碼出我們的特點
- 信息是如何在這種分子裏儲存的
- DNA是怎樣變成我們身體中的酶
- 怎麽變成我們的器官
- 我們的腦細胞 以及一切真正造就我們的東西
- 這是一張 DNA 的示意圖
- 我相信你們很多人都聽說過“雙螺旋”
- DNA實際上就是“雙螺旋”結構的
- 你可以看到它是雙螺旋的
- 你可以看到這有兩條線
- 它們相互纏繞
- 這是其中一條 然後這是另一條
- 它們像這樣互相纏繞著
- 可以看到它們之間有這種橋一樣的連接
- 連在雙螺旋之間
- 這兩條線在這些連接周圍相互扭轉
- 我想你們已經明白了
- 雙螺旋只是描述了 DNA 的結構
- 也就是 DNA 的形狀 它會帶來很多有趣的現象
- 包括遺傳是如何發生的
- 以及天擇和變異是如何發生的
- 在接下來的影片裏
- 我確實很想和你們一起來讀
- 華生和克裏克關於雙螺旋結構的論文
- 這篇論文主要說了他們是如何發現雙螺旋結構的
- 這篇論文最好的地方在於
- 除了它是人類歷史上的一個的重大發現外
- 它只有一頁半
- 這篇論文告訴我
- 如果你真有什麽好東西要說
- 是不需要花很長時間的
- 現在讓我們來想想
- DNA 究竟如何制造蛋白質
- 和其它可以組織我們所有人的東西
- 這是一個放大的圖片
- 是我剛才給你們看到的圖片的放大
- 這是每一個螺旋
- 如果這是紅色的這條
- 如果現在把它展開
- 一條可能就是紅色的那條螺旋
- 另一條就是綠色的那條螺旋 沒錯吧？
- 如果你又把它們扭起來
- 就會得到剛才這幅圖
- 在這幅圖中雙螺旋間的連接
- 在這幅圖 它們就在這
- 它們就是這些連接的橋
- 我們可以編碼信息的東西
- 就是組成這些連接的東西
- DNA 由四種不同的分子構成
- 腺嘌呤
- 這些都是維基百科上有的
- 如果你想知道更過 我建議你上維基百科上搜搜
- 腺嘌呤 這就是在這裡。
- 這就是腺嘌呤分子的結構
- 它與一個核糖相連
- 我不會太深入的講去氧核糖
- 然後這裡是磷酸基團
- 這兩個東西構成了DNA鏈的主幹
- 磷酸基團和糖分子
- 我不會講太多它微生物學上的東西
- 這對於理解什麽編碼了我們全身的信息來說
- 並不重要
- 沿著骨幹 它們是完全一直的
- 我等會還會講的
- 它們往不同的方向延伸
- 這種排列方式被稱作“反平行”，所以這裡標記了結束
- 我不會講太多細節
- 最重要的是這些堿基
- 這是腺嘌呤 而腺嘌呤與胸嘧啶配對
- 這裡可以看到
- 這裡如果有一個腺嘌呤堿基
- 它就會和胸嘧啶配對
- 這就是堿基配對
- 腺嘌呤和胸嘧啶彼此配對
- 如果這有一個胸嘧啶 它就會與腺嘌呤配對
- 如果這兒有一個鳥糞嘌呤 它將與胞嘧啶配對
- 你應當知道這些堿基的名字
- 因爲它們幾乎……如果那你研究過
- DNA 和鹼基對的話
- 這是應當要知道的
- 它們的名字和它們的結構
- 現在並不重要
- 重要的是 這有四種堿基
- 它們編碼了信息
- 可以用簡化的方法來看這條鏈
- 你可以把它看成一條線
- 這裡有腺嘌呤(A) 然後有胞嘧啶(C)
- 然後是鳥糞嘌呤(G)
- 我們用紫色來寫
- 然後它有一個 哦 這是胸嘧啶(T) 不是鳥糞嘌呤。
- 把胸嘧啶(T)用紫色寫好
- 最後是鳥糞嘌呤(G)
- 這條鏈的編碼就是 ACTG
- 如果你需要另一條鏈的編碼
- 你可以立即 我不看這邊
- 我只看這邊 我就可以說
- 腺嘌呤(A)與胸嘧啶(T)配對 胞嘧啶(C)與鳥糞嘌呤(G)配對
- 胸嘧啶(T)與腺嘌呤(A)配對 鳥糞嘌呤(G)與胞嘧啶(C)配對
- 它們是互補的兩條鏈
- 如果你想想
- 就知道它們編碼的是同一個東西
- 如果你有了其中一條鏈
- 你就能得到所有的遺傳訊息
- 現在 來看看我的DNA 在人類的DNA裏
- 你可能會說 嘿 Sal
- 我是怎麽從這些小小的分子鏈變來的呢？
- 它們又是怎麽變成我們的呢？
- 它是怎麽變成複雜生物的
- 簡單的答案是 你的基因體裏
- 又三十億的這種鹼基對
- 這實際上只是你染色體數量的一半
- 在這個影片或者以後的影片裏我會告訴你
- 爲什麽我們只考慮染色體數量的一半
- 那是因爲染色體在本質上是成對的
- 下面我會更詳細的說
- 看到這個數字 有些人可能會說
- 描述我這個人只需要 30 億個鹼基對是嗎？
- 而有些人會說
- 描述了我是誰用了 30 億個鹼基對呢！
- 我從沒想到我有這麽複雜的呢。
- 所以 這取決於你的觀點
- 這個數字可大可小
- 但當你有這 30 億鹼基對時
- 你就有了編碼自己的全部信息
- 在這個例子中 就有了人類
- 實際上 很多靈長類動物和人類不一樣
- 沒有人類這麽多不同的鹼基對
- 蛔蟲和果蠅這樣的生物
- 也驚人地擁有很大部分的
- 人類鹼基對
- 也許我會另外做一段影片
- 詳細介紹比較生物學
- 但這些鹼基對是如何變成蛋白質的呢？
- 我的意思是這些就足夠了
- 這就是信息
- 你可以把它們看成計算機語言中的 0 和 1
- 但實際上 它們不只是 0 和 1
- 因爲它們可以有四個不同的值。
- 它們可以在 A T C G中取值
- 你可以把它們看成0 1 2 3
- 我現在不準備詳細說
- 這些是怎麽編碼信息的呢？
- DNA 實際上描述了
- 轉錄的過程
- 我只會非常簡單的講講轉錄
- 但會讓你們了解編碼蛋白質的要點
- 在轉錄的過程中
- 這兩條鏈分開 其中一條鏈
- 就假設是這條吧
- 假設它是長得這樣的
- 我把它用另一個顏色來表示
- 假設它的編碼是 ATGGACG 這是我隨便寫的
- 假設這條鏈打開了
- 在它轉錄的過程中
- 並不是它本身
- 有很多酶及蛋白質
- 還有大量的化學反應參與了這個過程
- 但是本質上DNA轉錄爲了
- 與它互補的 mRNA
- 所以這裡我要介紹一下 RNA
- 這本質幾乎是同樣的事情
- “核糖核酸”這個詞在字面上去掉了“脫氧”
- 所以你可以種說它有氧
- 它是核糖核酸 但它的 DNA 非常相似
- 它們用幾乎完全相同的方式編碼
- 它們唯一的不同是 RNA中沒有胸嘧啶
- 取而代之的是尿嘧啶
- 所有本來有胸嘧啶(T)的地方
- 你看到的會是一個 U
- 假設這是的一條 DNA 鏈，這是RNA
- 就會生成一條 mRNA 信使 RNA
- 與之互補
- 所以，它會是——我們一起來看看
- 如果談到DNA時，一般認爲這裡是胸嘧啶
- 但是現在我們說的是 RNA，所以這裡是尿嘧啶了
- 然後是腺嘌呤， 胞嘧啶， 胞嘧啶， 尿嘧啶
- 接著是鳥糞嘌呤、，胞嘧啶， 腺嘌呤
- 最後是一個尿嘧啶
- 我們就得到了這條 mRNA 鏈
- 所有這一切都發生在
- 你細胞的原子核內
- 我們接下來會做一係列探討我們細胞結構的影片
- 但我想大多數人都知道我們的細胞
- 以後我會詳細的講到真核生物以及原核生物
- 大多數複雜的生物體都擁有原子核
- 原子核裏有我們的全部染色體 包含著我們所有的DNA信息
- 這個轉錄自DNA的mRNA隨後與之隔離
- 然後mRNA離開原子核
- 來到這個被稱爲核糖體的結構裏
- 我會稍微簡化它一點
- 在核糖體裏，mRNA被翻譯成蛋白質
- 讓我們來試試
- 假設這是 mRNA
- 它從 DNA 轉錄而來
- 現在我來擦掉 DNA
- 好，已經擦掉了
- 這是我能夠從剛才那個DNA轉錄到的mRNA
- 另外這些東西叫做tRNA
- 或者稱爲轉運RNA
- 這些是什麽
- 這是個非常有意思的地方
- 你可能知道也可能不知道
- 我們人體幾乎全部是由蛋白質組成的
- 這些蛋白質由胺基酸組成
- 對於那些喜歡健身的人
- 我肯定你們見過胺基酸營養補充品的廣告
- 或者類似的東西
- 它們提到胺基酸是因爲
- 胺基酸是蛋白質的基本組成
- 我的兒子其實有對乳蛋白過敏
- 所以我們不得不給他吃純的胺基酸配方
- 把所有的乳蛋白分解
- 所以你看到一個蛋白質
- 它實際上是這些胺基酸組成鏈，通常是長鏈
- 我們一起來看看一些蛋白質的結構
- 只是爲了讓你有個概念
- 這是一個很長的胺基酸鏈
- 胺基酸大約有20種不同的類型
- 20種已經很多了
- 足以構成我們所有蛋白質的結構
- 現在讓我們寫一下
- 那這些東西怎麽可以編碼20種不同的胺基酸呢？
- 我這裡僅僅有4個不同的東西
- 就在這裡
- 現在你就得回憶下學過的組合數學知識了
- 如果你想不起來的話
- 看看播放列表裏面關於機率論和排列組合的內容
- 我現在有四個不同的堿基
- 僅僅有四個不同的堿基
- 腺嘌呤、鳥糞嘌呤、 胞嘧啶
- 根據是 DNA 或 RNA
- 還有尿嘧啶或胸嘧啶
- 我們如何增加這些組合呢
- 好，如果我們現在有兩個堿基
- 我們可以有多少種組合？
- 這裡我們有四種可能性
- 這裡也有四種可能性
- 所以我們一共有16種可能的組合
- 但是這還是不夠
- 這還是不夠編碼20種胺基酸
- 比如說我們現在要編碼胺基酸五號
- 我們呆會在討論它的真名
- 那我們要做什麽？
- 我們必須用三個堿基
- 這裡就有四倍，再一個四倍
- 這裡又有四種可能
- 所以我們可以編碼64種不同的東西
- 它們可以組成64種不同的排列組合
- 這個 UAC 就在這兒
- 所以，如果我們有三個堿基
- 我們就能編碼胺基酸了
- 實際上它已經大材小用了
- 我們可以有64 組合
- 但這裡只有20種胺基酸
- 所以我們必須消除不同胺基酸的多余編碼
- 比如我們可能會說，這並不是實際的代碼
- 也許是 UAC，那我應該看這些
- 這個編碼胺基酸1號
- 假設這是AAU，它編碼胺基酸2號
- 如果我有，我的意思是，我希望你們能理解
- 如果我有GGG，它編碼胺基酸10號
- 但這些傳訊RNA離開原子核的到達核糖體的時候
- 它們發生了什麽
- 我們現在看幾秒這張圖
- 但在核糖體
- 讓我們來看同一個核糖體
- 他比我在這裡展示的要長很多
- 這只是傳訊RNA分子的一小部分
- 所以我領上我的傳訊RNA分子
- 它主要是作爲 tRNA 分子的模板
- tRNA分子主要連接
- 它們就像運輸胺基酸的小推車
- 加入我們在這裡有一些胺基酸
- 這裡也有另一些胺基酸
- 這裡還有一些其它的胺基酸
- 他們會將被連到 tRNA 分子上
- 我們可以說這個tRNA分子在它們上面
- 所以胺基酸連在了tRNA分子上
- 讓我用一個深一點的顏色寫
- 它的編碼是 AUG
- 這兒的這個的代碼是
- 讓我選擇另一個
- 假設它的代碼是GGAC
- 所以將會發生什麽？
- 當你在核糖體，這會是一個複雜的情形
- 但是實際發生的並沒那麽花哨
- 這個tRNA，它想要和部分的mRNA發生連接
- 爲什麽呢？
- 因爲腺嘌呤與尿嘧啶項鏈，尿嘧啶與腺嘌呤相連
- 鳥糞嘌呤和胞嘧啶項鏈
- 所以它們就在這裡相連了
- 實際上
- 我不知道是不是可以把它們旋轉
- 但我先放在這裡並把它
- 練到這個mRNA分子上
- 這裡的是tRNA
- 這是 mRNA
- 名字不重要
- 我只想讓你有一個大概的輪廓
- 蛋白質實際上是怎麽形成的
- 這是一個胺基酸
- 暫時把它叫做胺基酸1和胺基酸5吧
- 還有胺基酸20
- 這個家夥，它準備把它們拉起來
- 鳥糞嘌呤和胞嘧啶相連
- 如果你有看過化學的影片
- 就會知道實際是氫鍵形成了堿基配對
- 腺嘌呤想要拉住尿嘧啶，鳥糞嘌呤則想拉胞嘧啶
- 諸如此類
- 所以，一旦它們拔了
- 讓我演示一下
- 我們可以假設一下，一旦它們連起來了
- 在這裡畫一下
- 這是我寫的 mRNA 分子
- 我不會畫細節
- 我的小tRNA的小突起
- 它們能負擔它們的東西
- 所以這是它第一個負載的胺基酸
- 第二個放上這個胺基酸
- 諸如此類
- 我可以繼續畫
- 比如這裡另外又一個綠色的胺基酸
- 他們並不有真的有這些顏色
- 我這麽做只是爲了簡單方便
- 現在胺基酸彼此相連
- 它們互相靠近的時候就會連起來
- 這並不是它們自發的
- 核糖體是原因，這些酶加速了反應
- 一旦它們連起來了
- 這些tRNA就會脫離
- 和胺基酸鏈脫離
- 這些胺基酸鏈隨後開始彎曲折疊
- 實際上這是非常奇妙的
- 很多人花費畢生盡力研究蛋白質是如何折疊的
- 並得到了它們大部分的結構屬性
- 蛋白質如何折疊比蛋白質鏈本身更加重要
- 你一旦折疊了它們，它們就形成了超級複雜的結構
- 胺基酸和其它胺基酸相連
- 形成非常複雜的三維結構
- 我現在看的維基百科是一些胺基酸
- 爲了能夠和DNA聯係其它
- 這裡是胰島素
- 它對我們身體處理葡萄糖非常重要
- 所以，這裡是胰島素
- 它是一種激素
- 所以，有時你聽別人說到你的免疫係統
- 有時聽到別人談論你的內分泌係統和極速
- 有時是你的消化係統。
- 這是血基質
- 它對運輸我們的血液中的氧氣非常重要
- 這些都是蛋白質
- 你看到這些小小的折疊都全是胺基酸
- 我的意思是，僅僅是一小撮胺基酸
- 它們有一些擁有好幾條胺基酸鏈
- 像一個謎團一樣連接起來
- 但它們中有些只有一條胺基酸鏈
- 對於胰島素，它有五十個胺基酸
- 一旦鏈條形成，它們就連起來
- 形成這些小的團狀
- 這些小團的形狀對胰島素發揮功能非常重要
- 這裡大約有50個胺基酸
- 我不太記得準確的數字了
- 這是免疫球蛋白 G
- 它是我們免疫係統的一部分
- 這裡大約有 1500 個胺基酸。
- 所以，我們需要多少DNA
- 或者說多少鹼基對來編碼它們呢？
- 三倍之多，對吧？
- 因爲你必須有三個鹼基對才能編碼一個胺基酸
- 實際上，這三個胺基酸
- 被稱爲是一個密碼子
- 因爲它編碼胺基酸
- 所以三個堿基構成一個密碼子
- 所以如果你需要 50 胺基酸來組成胰島素
- 你就需要50個密碼子
- 也就意味著你必須有150個堿基
- 150個這些A啊，G啊或者是T
- 如果你需要 1500 個胺基酸
- 就以爲著你需要 1500 個密碼子
- 也就是說你需要大約 4500 個鹼基對來編碼它們
- 現在，有一些東西有點疑惑
- 我們先到DNA最小的水平上
- 這是RNA的水平
- 我指的是這裡，這是DNA的水平
- 這是信息實際編碼的水平
- 但這些如何跟基因或者是染色提
- 或者其它你會提到的東西
- 聯係起來呢？
- 比如我們說這150組鹼基對是編碼胰島素的
- 這就構成了一些基因
- 這4500個鹼基對又構成另一些基因
- 並不是所有的基因都能産生蛋白質
- 但是蛋白質都是由基因産生的
- 加入我們現在有一大批
- 比如A，G，然後一直這樣
- T, C, 然後再一個C
- 假設我們有4500個這樣的東西
- 這些就可以編碼一個蛋白質了
- 他們可以編碼蛋白質
- 或者有其它調節功能
- 讓一部分DNA不被編碼
- 調控DNA的行爲，這就非常非常複雜了
- 但是這部分的DNA，我們成爲基因
- 基因可能處於這些常常堿基排列的
- 的任何位置上
- 所以，一個基因就是我們染色體上的一部分
- 用來編碼特定的蛋白質，或者有其它特別的功能
- 現在有不同版本的基因
- 我說的很簡單
- 比如這是胰島素的基因
- 在胰島素編碼過程中可能有微小的變動
- 現在我得除了我們的領域了
- 因爲我不知道這是不是真的
- 也許我不應該只特別的講胰島素
- 加入它編碼某種但伴著
- 這裡有很多種不同的方法
- 來編碼一個但半只
- 也許這裡有時是C而不是T
- 它仍然能夠編碼相同的蛋白質
- 它不會改變很多
- 但是會有一點點不同
- 這是輕微的變異
- 我會使用到這個詞
- 這每一種變異的基因都成爲對偶基因
- 這是你基因的一種特別的變異
- 如果現在你把這個DNA鏈超過這個鏈
- 比如是這裡
- 這是一個鹼基對
- 這可能像一個堿基
- 這是另一個堿基
- 也許這是個腺嘌呤，這就是胸嘧啶
- 在這裡，表示爲綠色
- 這是腺嘌呤，這裡就是胸嘧啶
- 如果這裡是鳥糞嘌呤
- 那這裡就是胞嘧啶
- 這只是很小的一部分
- 如果我要放到，可以有一個很大的DNA鏈
- 然後這每一個小點都是鹼基對
- 比如我在這裡畫的
- 加入這一部分編碼了基因1
- 這裡有一些噪點
- 也就是我們還沒有充分理解的事情
- 現在我想說清楚
- 通過對DNA一個簡單的討論
- 我們已經接近了我們不知道領域的前沿了
- 因爲DNA是非常複雜的
- 這些回饋結構，某些基因
- 告訴你是不是編碼一些基因
- 或者是在某些條件下編碼，非常的複雜
- 所以，DNA的很大一部分
- 我們還不知道作用到底是什麽
- 也許這裡有另外一部分
- 是基因2的編碼
- 也許基因2稍微長一點
- 也許是1000個鹼基對
- 當你把所有這些納入一個
- 比如像有風的作用
- 讓我來畫一下
- 所以它可以隨意的飄動
- 做各種瘋狂的排序
- 記住它已經完全的把自己綁起來了
- 然後它看起來就像這樣
- 你就得到了一個染色體
- 這只是讓你對染色體和鹼基對相比究竟多大有一個概念
- 這就是人類基因體的一號染色體
- 我們一共有23對染色體
- 如果你看看原子核的內部
- 比如這是一個原子核
- 假設這是細胞
- 細胞實際上比我畫的要大
- 我們有23對染色體
- 我不會都畫出來
- 實際上在一台不太貴的顯微鏡下
- 你就能看到染色體了
- 所以你就大概知道這個規模了
- 人類基因體中最大的染色體是染色體1號
- 對它所容納的信息有個大概印象
- 它大概有2.2億個鹼基對
- 又是人們談論染色體，遺傳學還有基因
- 還有鹼基對的互換
- 但對這個規模的概念很重要
- 這些染色體是DNA的巨大的組合
- 這些折疊了包括了
- 220 萬鹼基對
- 所以實際要編碼信息的元素
- 和染色體本身相比
- 是非常非常小的
- 現在我們已經知道了一點點
- 現在我想回頭來看看這裡
- 如果你把這些胺基酸組合起來
- 你可以得到非常複雜的機構
- 我們充分的認識到它們直接交互
- 和調節整個生物過程
- 更令人驚奇的是
- 我在影片裏講過的DNA到mRNA到tRMA
- 到這些分子，都是我們星球上真實存在的分子
- 我們都享有這些共同的激勵
- 我們和這些植物，我們有相同的根
- 那就是，我們都有 DNA
- 異如我和那我可能不喜歡的羅奇
- 在同一個房間，我們大家分享的同一共同的根
- 它們用相同的方式編碼蛋白質
- 這是所有生命的共性
- 這就是我剛才思維的跳動
- 然後，我想到這些複雜的形狀
- 是怎麽構成DNA的
- 這不是一個猜想
- 這是已經觀察到的行爲
- 這個令人迷人的結構
- 僅僅有20對胺基酸，你可以把胺基酸看做樂高玩具
- 你把這些樂高玩具組裝在一起
- 通過這些化學作用形成這些令人折服的結構
- 所以，現在我們已經了解了一些
- DNA的知識，還知道了它怎麽編碼蛋白質
- 我們可以做一個豎鍛說說變異
- 引進的族群
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