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1、第 12 章 核 酸 通 论*四类生物大分子：核酸，蛋白质，多糖和脂质*糖和脂质由蛋白质（酶）催化合成*蛋白质的合成取决于核酸*核酸的复制亦依赖于蛋白质最重要的生物大分子是：核酸和蛋白质一、核酸化学研究史（1） 18691869年 Miescher, 博士论文工作中 测定淋巴细胞蛋白质组成时, 发现了 不溶于稀酸和盐溶液的沉淀物, 并在 所有细胞的核里都找到了此物质, 故 命名“核质(Nuclein)“ 18791879年 Kossel经过10年的努力, 搞 清除核质中有四种不同的组成部分: A,T, C 和 G；核酸研究史1自学内容核酸化学研究史（2）18891889年 Altman建议将“
2、 核质”改名为“ 核酸 ”, 因为已经认识到“ 核质” 乃“ 核酸” 与蛋白质的复合体。 19091909年 Levene 发现酵母的核酸含有核糖 19301930年 Levene 发现动物细胞的核酸含有一种特 殊的核糖脱氧核糖, 得出了一个错误概念: 植物核酸含核糖,动物核酸含脱氧核糖。这个错 误概念一直延续到1938年，这时方清楚RNA和 DNA的区别。Levene还提出了核酸的“磷酸核 糖(碱基)磷酸“的骨架结构, 解决了DNA分子 的线性问题, 还在1935年提出“四核苷酸“, 认 为这四种碱基的含量是一样的。核酸研究史2核酸化学研究史（3）19501950年 Chargaff,E和H
3、otchkiss,R.D.采 用纸层析法仔细分析了DNA的组成成分, 得知A=T, G=C, A+G=C+T 19531953年 Watson, Crick根据DNA的X射线图 谱的研究结果, 提出了DNA的双螺旋模型 (Double helix)。几星期后提出了半保 留式复制模型。 19571957年 Meselsnhe & Stahl用密度梯度超 离心法, 证实半保留复制假说。核酸研究史3核酸化学研究史（4） 19581958年 Kornberg得到高纯度的 DNA polymerase, 这种酶需要一个模板DNA 。 19601960年 Cairns索性将复制中的细菌DNA的电镜照片拍了
4、下来。 19701970年 发现第一个DNA限制性内切酶。 19721972年 DNA重组技术的建立。 19781978年 双脱氧DNA测序法的建立。 19901990年 人类基因组计划实施。核酸研究史4核酸研究史5核酸化学研究史（5） rRNArRNA1. 早在本世纪30年代后期就发现细胞质和细胞核中都有核酸存 在，但用1924年福尔根发明的染色法去染色，只能使细胞核 中的核酸染色。但两种核酸在260nm的吸收非常相似。2. 1941年，细胞学家J.Brachet和T.Caspersor注意到细胞质中 的核酸与蛋白质的合成有密切的关系。3. 50年代，有人用电子显微镜和物理化学手段发现大肠杆
5、菌细 胞质的RNA常常存在于蛋白质合成相关的颗粒中（20nm,用3535S S进行脉冲式标记的实验证明该颗粒是蛋白质合成的所在地），简称核糖体。4. 核糖体得到分离后，发现里面含RNA，即称rRNA。Watson等 发现rRNA的GC，AU，断定是一单链分子。核酸化学研究史（6） mRNAmRNA 1. 19481948年有人报道，当噬菌体感染了细菌后会 产生一种很不稳定的RNA，而大多数是和核糖 体结合在一起。 2. Brenner, Jacob等人用1313C C，1515N N标记蛋白质， 用3232P P标记核酸的方法证实了这是一种新的RNA 分子，命名为信使RNA, 即mRNA (m
6、, messenger)。 3. 19611961年，Spielman创造了分子杂交法，通过 3232P P -mRNA-DNA杂交分子证明了mRNA的存在。核酸研究史6核酸化学研究史（7） tRNAtRNA 1. 1957年Hoagland, M.B.发现一类稳定的RNA小分子，不与核 糖体结合，因而不同于mRNA和rRNA。 2. Crick, F.比较了核酸和氨基酸的大小和形状后，认为不可 能在空间上互补，因此他对核酸蛋白质的信息传递作了以 下预测：1). 它是一种分子转换器，使信息从核酸序列转换 成氨基酸序列；2). 这种分子很可能是核酸；3). 它不论以 何种方式进入蛋白质翻译系统的
7、模板，都必须与模板形成氢 键（即配对）；4). 有20种分子转换器，每种氨基酸一个； 5). 每种氨基酸必定还有一个对应的酶，催化与特定的分子 转换器结合。3. 1963年， Ehrenstein等人用实验证明了Hoagland 发现的 分子就是Crick预言的分子转换器，即tRNAtRNA。4.1965年Holley经过7年的努力测出酵母Ala-tRNA序列。核酸研究史7核酸化学研究史（8）遗传密码的破译遗传密码的破译19531953年 Dounce假设DNA通过RNA将信息传给蛋白质，RNA上每三个核苷酸形成一个“ 空洞”，正好将一个个氨基酸装进去。该假说允许三联体的重叠。 命中率80 1
8、9541954年 物理学家Gamow，与Teller等人联手，也提出三联体学说，并指出不可重复的特点。 命中率20 19571957年 Crick也提出了三联体的假说。他意识到要解决“ 天书”的“ 词法”和“ 句法”，必须要有一本标准词典，以便决定64种组合中的44种是无用的。 即“ 简并密码”和“ 阅读框” 19611961年 Crick在Bencer,S的突变实验的基础上，用重组法得到了+和-型，发现读框和野生型一致，从而证明了三联体的假说。 19611961年 Nirenberg, Matthaei & Ochoa用生物化学手段开始了密码测试，得到20种氨基酸的密码子的核酸成份。 196
9、41964年 Khorana合成了U和G交替的多聚核苷酸，所对应的合成肽为VCVCVC，对照密码子的核酸成份可以最终决定。后来合成了UUGUUUGUUG产生了poly(L), poly(C)和poly(V)。 19641964年 Nirenberg找到了更妙的突破口，合成三联体，它能与tNRA进行密码子反密码子的碱基配对，从而影响肽链的合成。 19661966年 遗传密码的破译工作基本结束，Crick绘制了密码表，提出了摆动学说（wobble concept)，及时收回了“ 同义词”不存在的假设。 核酸研究史8二、 核酸的种类和分布 核酸分为两大类. 脱氧核糖核酸（DNA） Deoxyribo
10、nucleic Acid 核糖核酸（RNA） Ribonucleic Acid。 DNA分子含有生物 物种的所有遗传信 息，分子量一般都 很大。 DNA为双链分子， 其中大多数是链状 结构大分子，也有 少部分呈环状结构 。尚还有其它多种 形式（P473）。脱氧核糖核酸（DNA）核糖核酸（RNA） RNA主要是负责DNA遗传信息的翻译和表 达，分子量要比DNA小得多。RNA为单链 分子。 RNA的类别：根据RNA的功能，可以分 为mRNA、tRNA和rRNA三种。mRNA (信使RNA) 约占总RNA的5%。 不同细胞的mRNA的链长和分子量差异很 大。 它的功能是将DNA的遗传信息传递到蛋 白质合成基地 核糖核蛋白体。Messenger RNAtRNA (转移RNA) 约占总RNA的10-15%。 它在蛋白质生物合成中起翻译氨基酸信 息，并将相应的氨基酸转运到核糖核蛋 白体的作用。 已知每一个氨基酸至少有一个相应的 tRNA。 RNA分子的大小很相似，链长一般在73- 78个核苷酸之间。lTransfer RNArRNA (核糖体RNA) 约占全部RNA的80%， 是核糖体的主要组成部分。 rRNA 的功能与蛋白质生物合成相关（ 核糖体是蛋白质合成部位）。Ribosome RNA三、核酸的生物功能 一、DNA是主要的遗传物质 二、RNA参与蛋白质的生物合成 三、RNA具有多种功能
