基因計(jì)算

內(nèi)容概要

生命科學(xué)自上世紀(jì)50年代進(jìn)入分子生物學(xué)時(shí)代以來(lái)，基因科學(xué)突飛猛進(jìn)，新概念、新名詞日新月異，與時(shí)俱增?；蛞渤蔀檫\(yùn)用次數(shù)最多的字眼之一。但由于基因科學(xué)既包含遺傳、變異、個(gè)體、群體，分子、細(xì)胞，基因、環(huán)境，核酸、蛋白質(zhì)等諸多矛盾的統(tǒng)一，基因科學(xué)又與國(guó)計(jì)民生關(guān)系十分密切，豐衣足食、安居樂(lè)業(yè)、健康長(zhǎng)壽、天下太平都離不開(kāi)基因科學(xué)。本書(shū)旨在幫助讀者較全面地了解基因科學(xué)知識(shí)及基因科學(xué)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)等諸多方面的應(yīng)用價(jià)值。書(shū)中編者特別重視科學(xué)性，在保證科學(xué)性的基礎(chǔ)上，積極探索趣味性和可讀性，將“基因?qū)殠?kù)”編成公眾喜歡閱讀的圖書(shū)。

作者簡(jiǎn)介

鐘揚(yáng)，1964年5月生，1979年考入中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)少年班，1984年畢業(yè)于該校無(wú)線電電子學(xué)系。1984至1999年在中國(guó)科學(xué)院武漢植物研究所工作。曾在美國(guó)加州大學(xué)柏克萊分校、密西根州立大學(xué)、日本文部科學(xué)省統(tǒng)計(jì)數(shù)理研究所工作。現(xiàn)為復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)院教授、常務(wù)副院長(zhǎng)、植物學(xué)和

書(shū)籍目錄

引言　一、推銷員該往哪里走？　二、電子計(jì)算機(jī)還能走多遠(yuǎn)？第一章 基因與計(jì)算　一、超級(jí)存儲(chǔ)器——我們自身　二、雙螺旋的秘密　三、遺傳編碼的文法結(jié)構(gòu)　四、基因組——生命的天書(shū)第二章 基因可以計(jì)算　一、DNA計(jì)算機(jī)的雛形　二、DNA計(jì)算機(jī)的功能　三、DNA計(jì)算機(jī)的應(yīng)用　四、DNA計(jì)算機(jī)的未來(lái)第三章 向基因?qū)W習(xí)計(jì)算　一、進(jìn)化計(jì)算　二、人工免疫系統(tǒng)　三、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)第四章 讓計(jì)算為基因服務(wù)　一、生物信息學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展　二、生物信息資源與檢索　三、用計(jì)算機(jī)發(fā)現(xiàn)新基因　四、用計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能　五、生物信息學(xué)與疾病基因　六、系統(tǒng)生物學(xué)：走向新的綜合　七、生物醫(yī)學(xué)計(jì)算進(jìn)展與挑戰(zhàn)后記

章節(jié)摘錄

　　三、遺傳編碼的文法結(jié)構(gòu)　　關(guān)心科技新聞的讀者也許還記得2003年國(guó)際上爭(zhēng)辯得沸沸揚(yáng)揚(yáng)的一個(gè)熱門話題：500萬(wàn)年后，地球上將不再有男人？此論調(diào)一出，可謂天下大“亂”。眾所周知，人類有23對(duì)染色體，其中22對(duì)為常染色體，一對(duì)為性染色體。男人和女人在分子水平上最基本的差別就體現(xiàn)在這對(duì)性染色體上，女性兩個(gè)都是X染色體，而男性一個(gè)是X染色體、另一個(gè)則是Y染色體，因此Y染色體被看作是男性的象征。盡管男性往往被認(rèn)為應(yīng)當(dāng)具有陽(yáng)剛之氣，可是Y染色體卻被公認(rèn)為“十分脆弱”。以往的研究中的確發(fā)現(xiàn)Y染色體因?yàn)榛蜃儺惗艿降膿p傷比其它染色體要大得多。更糟糕的是，由于Y染色體的不斷退化，它不幸淪為基因死亡的“墳?zāi)埂?。因此，有人通過(guò)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)約500萬(wàn)年后，Y染色體上的基因便會(huì)全部走向消亡，到那時(shí)地球上也許就再也找不到一個(gè)真正的男人了！　　然而，也有科學(xué)家認(rèn)為雖然Y染色體比較脆弱，但似乎“命不該絕”。此前科學(xué)家認(rèn)為Y染色體不具有自我修復(fù)功能的一個(gè)重要原因是，大部分的染色體是成對(duì)存在的，而Y染色體只有一條。美國(guó)麻省理工學(xué)院和華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家聯(lián)合完成了對(duì)人類Y染色體的基因測(cè)序工作，他們驚奇地發(fā)現(xiàn)Y染色體內(nèi)存在著一種十分獨(dú)特的“回文結(jié)構(gòu)”，正是這種回文結(jié)構(gòu)使得Y染色體可以在一定程度上自我修復(fù)有害的基因變異所造成的損傷。總之，Y染色體的這種自我保護(hù)能力超出了人們的想象。雖然現(xiàn)在我們還不能完全消除某一天地球會(huì)變成“女兒國(guó)”的擔(dān)心，但至少Y染色體的消亡時(shí)間與原先的預(yù)計(jì)相比已大大推后了?！　≡谝陨系墓适轮校匚慕Y(jié)構(gòu)似乎成了力挽狂瀾的英雄。那么，究竟什么是回文結(jié)構(gòu)呢？為什么這種序列結(jié)構(gòu)有這么大的本事呢？回文結(jié)構(gòu)，也可以稱作反向重復(fù)序列，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是在同一條DNA單鏈上，存在兩段實(shí)質(zhì)上相同，但序列顛倒并且二者堿基能形成互補(bǔ)的序列，這兩段序列很容易就會(huì)根據(jù)堿基互補(bǔ)原則，互相吸引、配對(duì)，從而使得這條單鏈回折形成互補(bǔ)的雙鏈結(jié)構(gòu)。咱們老祖宗在古代詩(shī)詞歌賦上喜好玩一種文字游戲，正著讀反過(guò)來(lái)讀都一樣，因而被稱作回文。如著名的晚唐詩(shī)人李商隱曾寫過(guò)這樣的詞：落花閑院春衫薄，薄衫春院閑花落，遲日恨依依,依依恨B遲。夢(mèng)回鶯舌弄，弄舌鶯回夢(mèng)。郵便問(wèn)入羞，羞人問(wèn)便郵。而現(xiàn)代的回文句子也很常見(jiàn)如：上海自來(lái)水來(lái)自海上。分子中的回文序列與上述句子很相似，例如ACUGCCGCCAGUUCCGCUGGCGGCAUUUU；從空間結(jié)構(gòu)上來(lái)講，這樣的回文序列由于在單鏈上進(jìn)行兩段序列的堿基互補(bǔ)配對(duì)，必然導(dǎo)致原本看似線性的核苷酸鏈上形成局部雙螺旋而突出來(lái)一段，如果是DNA單鏈或是RNA鏈，則形成類似于“發(fā)夾”的結(jié)構(gòu)；如果是DNA雙鏈上的回文，則兩條鏈上的同一地方都形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，最后形成類似于十字架一樣的結(jié)構(gòu)。　　回文結(jié)構(gòu)不但在其序列和結(jié)構(gòu)上有趣，而且在生物功能上也非常重要。較短的回文結(jié)構(gòu)由于其序列和結(jié)構(gòu)的特殊性，可以成為一種識(shí)別信號(hào)，尤其是在DNA和蛋白質(zhì)的相互作用中，這些結(jié)構(gòu)就像茫茫大海中的指航明燈，指引著蛋白質(zhì)到達(dá)正確的作用部位（如限制性核酸內(nèi)切酶往往以這些位點(diǎn)為識(shí)別位點(diǎn)）；另一方面，較長(zhǎng)的回文結(jié)構(gòu)容易轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)夾結(jié)構(gòu)。它們可能和轉(zhuǎn)錄的終止有關(guān)。在RNA的結(jié)構(gòu)中我們也能找到回文結(jié)構(gòu)，每一個(gè)tRNA都是由幾個(gè)發(fā)夾環(huán)組成一種獨(dú)特的標(biāo)志性的“三葉草形”結(jié)構(gòu)。值得一提的是，反向重復(fù)的回文結(jié)構(gòu)還具有重組能力。人類Y染色體雖然不像其它染色體那樣可以在互相之間通過(guò)重組交換遺傳物質(zhì)，但是它就是利用回文結(jié)構(gòu)這一功能使得自己的一段序列和另一段之間進(jìn)行重組，依靠這樣的自我重組來(lái)實(shí)現(xiàn)一定程度的自我修復(fù)和重新獲得進(jìn)化動(dòng)力。　　回文結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要意義在于，它使DNA的所有生命活動(dòng)有了調(diào)控的可能。許許多多類似于回文結(jié)構(gòu)的帶有“特殊信號(hào)”的序列使得原本平淡無(wú)奇的一段DNA鏈無(wú)論是在序列上還是在結(jié)構(gòu)上都產(chǎn)生了變化，增添了更多的信息含量?；匚慕Y(jié)構(gòu)已成為各種各樣酶或因子識(shí)別、結(jié)合、作用于DNA的風(fēng)向標(biāo)，從此圍繞著DNA展開(kāi)的生命活動(dòng)能夠做到有的放矢，也就是我們所說(shuō)的調(diào)控。而這些隨之而生的復(fù)雜調(diào)控最終聯(lián)合起來(lái)，就有可能“織”成一張更加龐大也更加復(fù)雜的生命之網(wǎng)，其中蘊(yùn)含了也許讓我們每個(gè)人窮盡一生也無(wú)法參透的秘密。

媒體關(guān)注與評(píng)論

　　基因科學(xué)與國(guó)計(jì)民生關(guān)系十分密切，豐衣足食、安居樂(lè)業(yè)、健康長(zhǎng)壽、天下太平都離不開(kāi)基因科學(xué)?！　　劶覙E

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