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第二章 由DNA到蛋白質
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生命基本的單位：細胞 細胞是一個活生物體的基本單位。所有的生物體都是由一個或更多的細胞所組成，每一個細胞均執行許多不同的功能。有三個科學領域對現代細胞生物學具有貢獻：細胞學（使用顯微鏡研究細胞結構）、生物化學（活細胞和生物體的化學研究）、遺傳學（基因資訊傳輸的研究）
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原核生物與真核生物（prokaryotes and eukaryotes）
根據不同的細胞特微可將生物體區分為兩個種類：原核生物與真核生物。這兩種生物體主要的區分在於真核生物的核具有核膜，而原核生物體的細胞稱為原核細胞（真核生物體則為真核細胞）。
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圖２－１
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大分子～脂質(lipids) 脂質廣泛定義為一群疏水性（不能溶解在一般的水溶液，懼水性的有機化合物）物質。由於這個特性，脂質在細胞膜上扮演重要的角色，並且清楚分隔細胞、胞器以及液泡、光合成膜之間的界線。
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圖２－２
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圖２－３
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多糖體(polysaccharides)
多糖體是由而重覆的單體單糖所組成，其功能可作為結構（例如植物細胞壁的纖維）或是儲存（例如澱粉和肝糖水解後可做為能量的來源）。
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圖２－４
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圖２－５
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圖２－６
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蛋白質(protein) 蛋白質是大型的有機化合物，它是一個生物體特徵的主要細胞決定因素。一個細胞中存在數百種甚至數千種不同型式的蛋白質，其中包括可催化細胞內合成與代謝分解反應的酵素、可幫助調控細胞活性的荷爾蒙、參與免疫反應機制的抗體、可幫助控制轉錄（RNA合成）活性的轉錄因子以及可決定細胞形狀或移動的管狀蛋白與肌動蛋白等構造性蛋白質。
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圖２－７
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圖２－８
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核酸(nucleic acids) 核酸是與細胞內遺傳訊息儲存和傳遞有關的大分子。核酸是由長鏈聚合體所組成，而聚合體由核苷酸重複單位所組成。核酸分為兩種，DNA（去氧核醣核酸）與RNA （核醣核酸）。DNA和RNA不但結構不同，在細胞內扮演的角色也迥然不同。
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去氧核醣核酸(deoxyribonucleic Acid)
DNA主要的功能為儲存遺傳訊息。DNA是由去氧核醣核苷酸為單位重複組合而的長聚合物。一個去氧核醣核苷酸分子由三個部分組成： １五碳糖或去氧核醣 ２磷酸基 ３四個含氮鹼基中的一個
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圖２－９
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圖２－１０
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圖２－１１
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圖２－１２
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鹼基的互補配對(complementary base pairing)
核苷酸的鹼基配對是經由氫鍵結合。正因為每個螺旋中的其中一股一定是另一股的互補，因此這樣的鹼基配對就稱為「互補配對」(complementary pairing)。
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核醣核酸 (ribonucleic acid)RNA
在傳遞儲存於DNA的遺傳訊息中扮演的角色為： (a)以訊息mRNA表現遺傳訊息在轉譯(transcription)過程中帶有多胜肽的胺基酸序列的密碼。 (b)在蛋白質合成，也就是轉錄(translation)過程中扮演角色。
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圖２－１３
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圖２－１４
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圖２－１５
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分子生物學中心法則
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圖２－１６
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DNA複製 在真核的DNA裏，多個複製原點會產生多個複製位點，每一個雙向複製的DNA單位，稱為一個複製子(replicon)。每個複製子會向外延伸，直到鄰近的另一個複製子相遇並且融合。每個複製子與一個氣泡很相似，通常被稱為「複製氣泡」。當所有的複製氣泡融合成線性DNA，DNA至此複製完成。
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圖２－１９
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複製過程 １複製起點。DNA雙股螺旋的一小段區域在複製 原點解開。
２DNA螺旋解開。解旋酶持續將DNA解開，而 DNA解鏈酶則幫忙分離二條DNA股。 ３RNA引子的合成（由引子酶primase合成） ４DNA聚合酶結合至每一單股並由RNA引子處沿 著此股移動，使用在模版DNA中的資料媒介新 DNA股的形成。 ５連接岡崎片段以形成一個連續的DNA分子。
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表２－１
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圖２－２０
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圖２－２１
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基因：遺傳訊息的基本單位 基因是位於DNA鏈上個別的核苷酸鹼基序列，作為一個訊息的單位。一個特定基因的數目及鹼基的序列決定了這個基因所攜帶的訊息。
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遺傳密碼 基因的遺傳語言是核苷酸；而蛋白質的語言是胺基酸。核苷酸的線性序列會在蛋白質的胺基酸裏面成為相同的序列，由核苷酸到胺基酸是直接的轉譯。核苷酸到胺基酸之間的關係即為大家所知的遺傳密碼genetic code。
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圖２－２２、２３
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轉錄 １RNA聚合酶結合至一個稱為啟動子的特 定序列。DNA螺旋在這個區域解開。
２轉錄起始。RNA聚合酶由DNA螺旋解 旋處當作模板股開始合成RNA。 ３RNA的延長。 ４轉錄終止。在抵達基因末端後，終止作 用就會發生。
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圖２－２５
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啟動子與RNA聚合酶 細菌啟動子大約是３０個核苷酸的長度位於基因起始點附近。細菌的細胞內存在一種形式的DNA聚合酶，一個小而短暫結合的蛋白質決定酵素要結合至哪一種形式的啟動子，因而決定哪一個基因會被轉錄。
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圖２－２６
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圖２－２７
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RNA修飾 在真核細胞內大部分新合成的ＲＮＡ初級轉錄複本(transcript)稱為「異質性核RNA」(heterogeneous nuclear RNA; hn RNA)，在其具有完全功能之前必須經過修飾。三種不同的修飾作用使RNA成為成熟的mRNA。
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圖２－２８
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轉譯 轉譯(transcription)作用是將編碼在mRNA序列中的訊息轉換為形成多胜肽鏈的胺基酸序列。這個過程包括核醣體結合至mRNA以及胺基酸以mRNA所指定的順序進行銜接（共價鍵結）。
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圖２－２９
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圖２－３０
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轉譯 轉譯(transcription)過程包含四個步驟： １起始作用 ２延長作用 ３轉位作用(translocation) ４終止作用
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表２－２
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圖２－３２
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基因表現調控 在真核與原核細胞中，蛋白質合成量是由複雜的機制所調控。在真核與原核細胞中轉錄起始作用（將一個基因開或關）是一個主要的控制點，同時蛋白質結合至特定的DNA序列以調控轉錄。
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原核基因表現 一個操縱子的組成有構造性基因、一個啟動子與一個稱為「操縱基因」(operator)的抑制結合位置，操縱基因與啟動子有部分重疊。
乳糖操縱子(lac operon) 色胺酸操縱子(trp operon)
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圖２－３４
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圖２－３５
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真核基因表現 真核細胞基因表現的統程開始在細胞核而結束在功能性蛋白質，有許多的調控點： １轉錄調控
２RNA修飾的調控與從細胞核運送RNA至細胞質 ３轉譯調控 ４轉譯後調控
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圖２－３６
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