从基因组到蛋白质组

北京大学生命科学院唐建国

这个讲座相当于科普讲座，我一般不大愿在很多场合做这件事的，香港卫视中文台做一个"世纪大讲堂"的节目，当时我们院长让我来做，我并没有想去做，因为一是时间特别紧，星期六刚回国，星期一让我去讲，连要讲什么都不知道，我并不是搞这方面的，讲深了难以让大家明白，太浅了也让在座的老师没兴趣，深浅尺度很难掌握，来卫视台我考虑了半天。我是中科院生物物理所的研究生，工作是蛋白质化学方面的工作，之后在北大做完博士后，又做了一些基因工程方面的工作，现在我的研究方向是"医用蛋白的结构和功能及应用研究"，从"基因组到蛋白质"这个讲座来说，可深可浅，大家对基因组非常关心，因为前几年，基因组非常热门，不管老少都知道基因组这个名词，那么好象很多人认为基因组结构。已基本得到解决，是否人类对生命的认识差不多已到头了。不光是一般老百姓，有些搞研究的人我觉得也有点过头，好象基因组解决后，生物学什么的了，都解决了，所以我考虑半天，就在卫视中文台作个讲座。在那个讲座我没有幻灯片之类，讲得太深也不合适，太浅也不合适，这种框框把我框在那个地方，后来效果，在座好几位老师都看过卫视中文台的"基因组到蛋白质"这个讲座。那么李老师又让我给大家聊一聊，首先我不是这方面很深入的专家，只能说略知一二，来聊聊天，有的问题能够回答的就尽可能与大家讨论讨论。
今天先给大家看三个片子，再把香港卫视中文台的节目给大家看看，也许大家对"从基因组到蛋白质"的过程有比较好的理解，之后有什么问题再进行讨论。
(一)基因：
认识这个问题，首先要了解什么是基因，什么是蛋白质。基因是遗传物质，大家都很清楚，从科普角度，大家是很明白的。一个基因就是能够编码一个蛋白蛋的分子的一个DNA或一个RNA片段，它们可以由几百个甚至上万个核苷酸来组成，DNA或RNA分子相当于由核苷酸组成的一个聚合物，DNA由脱氧核糖核苷酸来组成，形成脱氧核糖核苷酸，主要由四种脱氧核糖核苷酸酸来组成，这些核苷酸通过磷酸二脂键来相互交联，最后形成链状大分子，通过小分子形成链状大分子。RNA对于低等生物来说，也可以作为遗传物质，这种遗传物质也可以叫做基因，这主要也是由四种核苷酸来组成，这四种核苷酸可通过磷酸二脂键连接成线状大分子，这个图就是核苷酸的结构，在这种结构里面，有酸性的部分，这块有个磷酸基团，这里面有个5碳醣，叫核醣，这个地方叫碱基，对于DNA在核苷酸里面有四种碱基，对于RNA也有四种，就是说，对于DNA有四种核苷酸，对于RNA也有四种核苷酸，这核苷酸通过磷酸基团，跟前一个核苷酸的羟基连接形成一个磷酸二酯键，这个羟基跟下一个磷酸二酯键，就可形成一个链状结构。这个地方相当于碱基，这个地方相当于一个核醣环，这个呢，相当于磷酸基团，它就可以连成线状结构。这里显示出DNA或RNA碱基配对的情况。这块是DNA配对的情况，我们说有四种碱基，A跟T之间可以通过氢键形成配对，这就是说这两种碱基在一块可以非常稳妥地结合在一块。G跟C也可以非常稳妥地通过氢键结合，G与T或A跟C之间是基本上不发生结合的，这样就会导致这两条（从5'到3'）通过碱基之间A-T，C-G之间的配对，可以达到将遗传物质准确地从一代传递到下一代去。这是DNA分子的空间结构，中关村路口有一个DNA双螺旋模型，这是个右手双螺旋模型，这DNA分子是由两条核苷酸组成，其中黄色的相当于碱基A-T与G-C之间的配对，这样性质，可以比如说以前一个原始的DNA分子，生物从上一代变到下一代时，DNA要进行复制，复制就是通过A-T，G-C之间严格配对，就可以把遗传信息完完整整地从上一代传递到一下代，比如向象这样的分子，以前这样的分子，在这个位置，实际上就是以以前分子的两条链，在这地方打开，各以一条链，以这个老的为模板，合成出一个新的来，这右边同样以老的这条链为模板，合成出新的链来。这样遗传信息就可以从上一代遗传到下一代去，这就是基因它的作为遗传信息的结构基础。
基因的研究方法和技术已非常成熟，这是基因组计划能够很快得以完成的基础。它的成熟程度在生物化学分子生物学领域里远远大于比如蛋白质化学研究的成熟程度。这个图是DNA序列分析的展示。现在人们已制造出DNA序列的自动分析仪，基因组计划就是靠这样的DNA序列自动分析仪来进行工业化的大规模测序，比如美国的施若录（音）公司是用了300台DNA自动分析仪来解析人类基因组的工作，用两三年时间就将这个工作基本上做到家了。这个工作，从DNA技术来说是非常成熟的，基本上谈不上有太多科学成分在里面，实际上就是把你的序列全部拿出来，这就是最后基因组的框架能够给出的信息，就靠这些DNA序列自动分析仪最后把基因组的核苷酸序列全部解析出来。

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