A0核酸化学2004

1、2000/10/16第六讲2000/10/16第六讲2000/10/16第六讲核酸化学研究史（核酸化学研究史（1 1）年年 miescher, 博士论文工作博士论文工作中测定淋巴细胞蛋白质组成时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发现了不溶于稀酸和盐溶液的沉淀物淀物, 并在所有细胞的核里都找并在所有细胞的核里都找到了此物质到了此物质, 故命名故命名核质核质(nuclein)年年 kossel经过经过10年的努力年的努力, 搞清除核质中有四种不同的组成搞清除核质中有四种不同的组成部分部分: a,t, c 和和 g；核酸研究史12000/10/16第六讲核酸化学研究史（核酸化

2、学研究史（2 2）年年 altman建议将建议将“ 核质核质”改名为改名为“ 核酸核酸”, 因为已经认识到因为已经认识到“ 核质核质” 乃乃“ 核酸核酸” 与蛋白质的复合体。与蛋白质的复合体。年年 levene 发现酵母的核酸含有核糖发现酵母的核酸含有核糖年年 levene 发现动物细胞的核酸含有发现动物细胞的核酸含有一种特殊的核糖脱氧核糖一种特殊的核糖脱氧核糖, 得出了一得出了一个概念个概念: 植物核酸含核糖植物核酸含核糖,动物核酸含脱氧动物核酸含脱氧核糖。这个错误概念一直延续到核糖。这个错误概念一直延续到1938年，年，这时方清楚这时方清楚rna和和dna的区别。的区别。levene还提出

3、了核酸的还提出了核酸的“磷酸核糖磷酸核糖(碱基碱基)磷磷酸酸的骨架结构的骨架结构, 解决了解决了dna分子的线性分子的线性问题问题, 还在还在1935年提出年提出四核苷酸四核苷酸, 认为认为这四种碱基的含量是一样的。这四种碱基的含量是一样的。核酸研究史22000/10/16第六讲核酸化学研究史（核酸化学研究史（3 3）年年 chargaff,e和和hotchkiss,r.d.采用纸层析法仔细分析了采用纸层析法仔细分析了dna的组成成的组成成分分, 得知得知a=t, g=c, a+g=c+t年年 watson, crick根据根据dna的的x射射线图谱的研究结果线图谱的研究结果, 提出了提出了d

4、na的双螺的双螺旋模型旋模型(double helix)。几星期后提出。几星期后提出了半保留式复制模型。了半保留式复制模型。年年 meselsnhe & stahl用密度梯度用密度梯度超离心法超离心法, 证实半保留复制假说。证实半保留复制假说。核酸研究史32000/10/16第六讲核酸化学研究史（核酸化学研究史（4 4）年年 kornberg得到高纯度的得到高纯度的 dna polymerase, 这种酶需要一个模板这种酶需要一个模板dna。年年 cairns索性将复制中的细菌索性将复制中的细菌dna的电镜照片拍了下来。的电镜照片拍了下来。 年年 发现第一个发现第一个dna限制性内切酶。限制性

5、内切酶。年年 dna重组技术的建立。重组技术的建立。年年 双脱氧双脱氧dna测序法的建立。测序法的建立。年年 人类基因组计划实施。人类基因组计划实施。核酸研究史42000/10/16第六讲核酸研究史5核酸化学研究史（核酸化学研究史（5 5）1. 早在本世纪早在本世纪年代后期就发现细胞质和细胞核中都年代后期就发现细胞质和细胞核中都有核酸存在，但用有核酸存在，但用1924年福尔根发明的染色法去染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。的吸收非常相似。2. 年，细胞学家年，细胞学家j.brachet和和t.

6、caspersor注意注意到细胞质中的核酸与蛋白质的合成有密切的关系。到细胞质中的核酸与蛋白质的合成有密切的关系。3. 年代，有人用电子显微镜和物理化学手段发现大年代，有人用电子显微镜和物理化学手段发现大肠杆菌细胞质的肠杆菌细胞质的rna常常存在于蛋白质合成相关的常常存在于蛋白质合成相关的颗粒中（颗粒中（20nm,用用进行脉冲式标记的实验证明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。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，发现里面含核糖体得到分离后，发现里面含rna，即称，即称rrna。watson等发现等发现rrna的的gc，au，断定是一单

7、，断定是一单链分子。链分子。2000/10/16第六讲核酸化学研究史（核酸化学研究史（6 6）1. 年有人报道，当噬菌体感染了细年有人报道，当噬菌体感染了细菌后会产生一种很不稳定的菌后会产生一种很不稳定的rna，而大，而大多数是和核糖体结合在一起。多数是和核糖体结合在一起。2. brenner, jacob等人用等人用，标记标记蛋白质，用蛋白质，用标记核酸的方法证实了这标记核酸的方法证实了这是一种新的是一种新的rna分子，命名为信使分子，命名为信使rna, 即即mrna (m, messenger)。3. 年，年，spielman创造了分子杂交法，创造了分子杂交法，通过通过-mrna-dna杂

8、交分子证明了杂交分子证明了mrna的存在。的存在。核酸研究史62000/10/16第六讲核酸化学研究史（核酸化学研究史（7 7）1. 年年hoagland, m.b.发现一类稳定的发现一类稳定的rna小分子，小分子，不与核糖体结合，因而不同于不与核糖体结合，因而不同于mrna和和rrna。2. crick, f.比较了核酸和氨基酸的大小和形状后，认为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，因此他对核酸不可能在空间上互补，因此他对核酸蛋白质的信息传蛋白质的信息传递作了以下预测：递作了以下预测：1). 它是一种分子转换器，使信息从它是一种分子转换器，使信息从核酸序列转换成氨基酸序

9、列；核酸序列转换成氨基酸序列；2). 这种分子很可能是核这种分子很可能是核酸；酸；3). 它不论以何种方式进入蛋白质翻译系统的模板，它不论以何种方式进入蛋白质翻译系统的模板，都必须与模板形成氢键（即配对）；都必须与模板形成氢键（即配对）；4). 有有20种分子转种分子转换器，每种氨基酸一个；换器，每种氨基酸一个；5). 每种氨基酸必定还有一个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。对应的酶，催化与特定的分子转换器结合。3. 年，年， ehrenstein等人用实验证明了等人用实验证明了hoagland 发现的分子就是发现的分子就是crick预言的分子转换器，即预言的分子转换

10、器，即。4. 年年holley经过经过7年努力测出酵母年努力测出酵母ala-trna序列。序列。核酸研究史72000/10/16第六讲核酸化学研究史（核酸化学研究史（8 8）年年 dounce假设假设dna通过通过rna将信息传给蛋白质，将信息传给蛋白质，rna上每三个核苷酸上每三个核苷酸 形成一个形成一个“ 空洞空洞”，正好将一个个氨基酸装进去。该假说允许三，正好将一个个氨基酸装进去。该假说允许三 联体的重叠。联体的重叠。 命中率命中率80年年 物理学家物理学家gamow，与，与teller等人联手，也提出三联体学说，并指出等人联手，也提出三联体学说，并指出 不可重复的特点。不可重复的特点。

11、 命中率命中率20年年 crick也提出了三联体的假说。他意识到要解决也提出了三联体的假说。他意识到要解决“ 天书天书”的的“ 词法词法” 和和“ 句法句法”，必须要有一本标准词典，以便决定，必须要有一本标准词典，以便决定64种组合中的种组合中的44种种 是无用的。是无用的。 即即“ 简并密码简并密码”和和“ 阅读框阅读框”年年 crick在在bencer,s的突变实验的基础上，用重组法得到了的突变实验的基础上，用重组法得到了+和和- 型，发现读框和野生型一致，从而证明了三联体的假说。型，发现读框和野生型一致，从而证明了三联体的假说。年年 nirenberg, matthaei & ochoa

12、用生物化学手段开始了密码测试，用生物化学手段开始了密码测试， 得到得到20种氨基酸的密码子的核酸成份。种氨基酸的密码子的核酸成份。年年 khorana合成了合成了u和和g交替的多聚核苷酸，所对应的合成肽为交替的多聚核苷酸，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 产生了产生了poly(l), poly(c)和和poly(v)。年年 nirenberg找到了更妙的突破口，合成三联体，它能与找到了更妙的突破口，合成三联体，它能与tnra进行密进行密 码子反密码子的碱基配对，从而影响肽链的合成。码子反

13、密码子的碱基配对，从而影响肽链的合成。年年 遗传密码的破译工作基本结束，遗传密码的破译工作基本结束，crick绘制了密码表，提出了摆动绘制了密码表，提出了摆动 学说（学说（wobble concept)，及时收回了，及时收回了“ 同义词同义词”不存在的假设。不存在的假设。 核酸研究史82000/10/16第六讲2000/10/16第六讲dna的水解产物中的水解产物中有碱基、磷酸、脱有碱基、磷酸、脱氧核糖、核苷、核氧核糖、核苷、核苷酸等，因而推测苷酸等，因而推测dna的骨架结构为的骨架结构为2000/10/16第六讲rna分子与分子与dna分分子的区别只在一个子的区别只在一个羟基，羟基，t vs

14、 u， 但但就这点区别，就这点区别，rna分子的化学性质比分子的化学性质比dna活泼得多。活泼得多。2000/10/16第六讲2000/10/16第六讲2000/10/16第六讲名称与缩写名称与缩写(1)(1)： 核糖核酸核糖核酸： 脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 pyrimidine： cytosine () 胞嘧啶胞嘧啶 thymine () 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 uracil () 尿嘧啶尿嘧啶 purine： adenine () 腺嘌啉腺嘌啉 guanine () 鸟嘌啉鸟嘌啉 2000/10/16第六讲名称与缩写名称与缩写(2)(2) ribonucleo ide 核糖核苷核糖核苷 （） a

15、denosine () 腺腺(嘌啉核嘌啉核)苷苷 guanosine () 鸟鸟(嘌啉核嘌啉核)苷苷 cytidine () 胞胞(嘧啶核嘧啶核)苷苷 thymidine () 胸胸(腺嘧啶脱氧核腺嘧啶脱氧核)苷苷 uridine () 尿尿(嘧啶核嘧啶核)苷苷 ribonucleo ide 核糖核苷酸核糖核苷酸 （） adenosine 5- mono (di, tri) phosphaste； deoxyribonucleo ide 脱氧核糖核苷脱氧核糖核苷 deoxyadenosine () deoxyribonucleo ide 脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸 dntp2000/10/1

16、6第六讲dnadna中的四种碱基及它们间的氢键中的四种碱基及它们间的氢键胞嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶鸟嘌啉鸟嘌啉腺嘌啉腺嘌啉tcag2000/10/16第六讲ch3rna分子中的四个碱基分子中的四个碱基2000/10/16第六讲2000/10/16第六讲2000/10/16第六讲2000/10/16第六讲2000/10/16第六讲dnadna中的四种碱基及它们间的氢键中的四种碱基及它们间的氢键胞嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶鸟嘌啉鸟嘌啉腺嘌啉腺嘌啉tcag2000/10/16第六讲2000/10/16第六讲 碱基一般以酮式存在，而不是醇烯式；碱基一般以酮式存在，而不是醇烯式； 碱基中的碱基中的h原

17、子一般不移动，因此很少原子一般不移动，因此很少有亚氨基团；有亚氨基团； 在中性在中性ph条件下，参与氢键的条件下，参与氢键的-nh2基均基均不带电荷，这是杂环电子共轭以及氢键不带电荷，这是杂环电子共轭以及氢键的共同作用的结果，否则双螺旋结构不的共同作用的结果，否则双螺旋结构不会稳定；会稳定；（约（约1 %）2000/10/16第六讲2000/10/16第六讲2000/10/16第六讲2000/10/16第六讲2000/10/16第六讲2000/10/16第六讲dna双螺旋分子的钠盐结晶双螺旋分子的钠盐结晶结构一共发现了三种，分别结构一共发现了三种，分别 命名为命名为a、b和和c型。其中型。其中

18、b型型与与watson-crick提出的模型一提出的模型一致，致，a和和c型在低相对湿度的型在低相对湿度的条件下形成，它们的螺距都比条件下形成，它们的螺距都比b型要短。型要短。z型型dna首先在富首先在富含含gc的的dna短片段中发现，短片段中发现，后用抗体证明天然后用抗体证明天然dna中也中也有，它是一种左旋螺旋，在细有，它是一种左旋螺旋，在细胞中可能其着帮助解链和调控胞中可能其着帮助解链和调控基因表达的作用。基因表达的作用。 a型型(75%,na) 2.8 11 20b型型(92%,na) 3.4 10.5 0c型型(66%,li) 3.1 9.3 6d/r hybrid 2.8 11 20z型型 4.6 12 9b dnaz dna2000/10/16第六讲2000/10/16第六讲核酸的结构层次核酸的结构层次 核酸的一级结构：核酸的一级结构： 核酸的二级结构：核酸的二级结构： 核酸的三级结构：核酸的三级结构：2000/10/16第六讲watson, crick and their