東海大學物理系‧生物物理 Biological Functions of DNA 東海大學物理系‧施奇廷

東海大學物理系‧生物物理

Nucleotides

The 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

東海大學物理系‧生物物理 Growth of GenBank 年份 Seq.Bp × × × × × ×10 10

東海大學物理系‧生物物理 Duplication of DNA

東海大學物理系‧生物物理 Central Dogma: The Path of the Information DNA RNA Protein

東海大學物理系‧生物物理 RNA: 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 pair C-G pair 仍然不變 DNA 是雙股結構， RNA 是單股結構

東海大學物理系‧生物物理 The Path of the Information Transcription 轉錄 Copies and splices a gene (single strand of DNA sequence) into an mRNA sequence Translation 翻譯 Converts mRNA into a protein (string of amino acids) Promoter tells the cell when to turn on the gene and how much transcription will occur

東海大學物理系‧生物物理 Transcription 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

東海大學物理系‧生物物理 Transcription: Copying

東海大學物理系‧生物物理 Transcription: Splicing

東海大學物理系‧生物物理 Translation: Genetic Code Genetic code: 3-nucleotides = a CODON 64 codons 3 stop codons Rest (61) codes to 20 amino acids

東海大學物理系‧生物物理

GCA → ALA Ribosome mRNA tRNA DNA

東海大學物理系‧生物物理

Chromosomes 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。

東海大學物理系‧生物物理

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 Chromosome

東海大學物理系‧生物物理 Problem 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) ）