new第12章核酸通论

1、第三篇 核酸的化学 核酸的结构与功能第13章 核酸的结构第12章 核酸通论第14章 核酸的重要理化性质第15章 核酸的研究方法（略）第12章 核酸通论一、核酸的发现和研究简史二、核酸的种类和分布三、核酸的生物功能一、 核酸的发现和研究简史（一）核酸的发现 1868年年Friedrich Miescher（瑞士）在德国Hoppe-Seyler实验室学习时，从细胞核中分出含磷很高的酸性化合物，称为核素核素。当时，得到的只是含蛋白质的核酸制品。 二十年后，1889年年Altman制备了不含蛋白质的核酸制品。称为核酸核酸。（二）核酸的早期研究在以后的四五十年里，Kossel和Levene等在确定核酸的

2、组分方面做了大量的工作，逐步明确了核酸为两大类。Kossel等因发现了除G以外的其他四种碱基，获得1910年的诺贝尔生理医学奖。(G是 J.Piccard发现）P.A.Levene及其同事对核糖，2-脱氧核糖，核苷及核苷酸等的鉴定等作出了贡献。后由于二次世界大战，核酸的研究迟缓。 直到二战结束，有两个重要进展发表了 1.查格夫规则 这就是1943年Chargaff（查格夫）证明DNA中4 种碱的比例并不是相等，总是A=T,G=C，并认为在DNA中是A-T配对，G-C配对的规律，因此后来称之为查格夫规则。 2.DNA是遗传物质 第二个是1944年O.T.Avery,C.M.Macleod及M.M

3、ccarty等在研究肺炎球的转化现象时，发现从一种类型肺炎球菌制备的DNA可以引入到另一种肺炎球菌的细胞内并引起后者的遗传性状改变成前者。因此他们得出结论：遗传物质是DNA。 这对于当时“蛋白质是遗传物质”的流行观点是一个挑战，因此，曾一度被怀疑他们的实验中所用的DNA是含有蛋白质的不纯的核酸。 然而，后来证明Avery等人的实验以令人信服的证据证明了：DNA是遗传物质。 从此核酸的研究重新受到普遍高度重视。1916 - 1928 - 1916 - University of London London, Great Britain Harvard University Cambridge,

4、MA, USA Institute of Molecular Biology Cambridge, Great Britain Great Britain USA Great Britain Maurice Hugh Frederick Wilkins James Dewey Watson Francis Harry Compton Crick for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its significance for information transfer in liv

5、ing material The Nobel Prize in Physiology or Medicine 196219531953年，核酸研究的又一个里程碑出现了年，核酸研究的又一个里程碑出现了这就是 J.D.Waston（美）和F.H.C.Crick（英）提出的DNA双螺旋结构模型这个学说不但阐明了DNA的结构，并且为一个DNA分子如何复制成两个相同结构的DNA分子以及DNA怎样传递生物体的遗传信提供合理的说明。这一学说为现代分子生物学和分子遗传学奠定了关键性基础，受到科学界普遍重视，因此，1962年被授予诺贝尔生理医学奖从此之后的几十年里，核酸研究进展之快，涉及范围之广，影响之大，内容

6、之丰富，在生物科学领域内是少见的。核酸分为两大类：脱氧核糖核酸（DNA）Deoxyribonucleic Acid核糖核酸（RNA）Ribonucleic Acid二、核酸的种类和分布二、核酸的种类和分布 90% 90%以上分布于细胞核，其余分布于以上分布于细胞核，其余分布于核外如线粒体，叶绿体，质粒等。核外如线粒体，叶绿体，质粒等。分布于胞核、胞液。分布于胞核、胞液。(deoxyribonucleic acid, DNA)(ribonucleic acid, RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸携带遗传信息，决定细胞和个携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型体的基因型(genot

7、ype)。参与细胞内参与细胞内DNA遗传信息的表遗传信息的表达。某些病毒达。某些病毒RNA也可作为遗也可作为遗传信息的载体。传信息的载体。DNA大多为双链分子大多数是线性链状结构，少部分呈环状分子量一般都很大脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（DNA）脱氧脱氧核糖核酸（核糖核酸（DNA）几个代表物种的基因组大小物种物种基因组大小/bp基因组大小/bpT4噬菌体T4噬菌体2.0102.0105 5大肠杆菌(大肠杆菌(Escherichia coli) )4.2104.2106 6酵母(酵母(Sccharomyces cerevisiae) )1.5101.5107 7拟南芥(拟南芥(Arabidopsi

8、s thaliana) )1.0101.0108 8秀丽小杆线虫(秀丽小杆线虫(Caenorhbditis elagans) )1.0101.0108 8果蝇(果蝇(Drosophila melanogaster) )1.65101.65108 8水稻(水稻(Oryza sativa) )3.89103.89108 8小白鼠(小白鼠(Mus musculus) )3.0103.0109 9人类(人类(Homo sapiens) )3.3103.3109 9玉米玉米(Zea mays) )5.4105.4109 9普通小麦(普通小麦(Triticum aestivum) )1.6101.6101

9、010可采用下述公式近似计算：可采用下述公式近似计算： dsDNA=(碱基数碱基数) x (660 道尔顿道尔顿/碱基碱基) ssDNA=(碱基数碱基数) x (330 道尔顿道尔顿/碱基碱基) 核糖核酸（核糖核酸（RNA）RNA为单链分子RNA主要负责DNA遗传信息的翻译和表达分子量比DNA小得多 mRNA tRNA rRNA 可采用下述公式近似计算：可采用下述公式近似计算： ssRNA=(碱基数碱基数) x (340 道尔顿道尔顿/碱基碱基) mRNA (信使信使RNA)约占总RNA的5%不同细胞的mRNA链长和分子量差异很大其功能是将DNA的遗传信息传递到蛋白质合成基地 核糖核蛋白体。M

10、essenger RNAtRNA (转移转移RNA)约占总RNA的10-15%在蛋白质生物合成中翻译AA信息、将相应AA转运到核糖核蛋白体每一个AA至少有一个相应的tRNAtRNA分子大小相似，一般为73-78个核苷酸lTransfer RNArRNA (核糖体核糖体RNA)约占全部RNA的80%是核糖核蛋白体的主要组成部分功能与蛋白质生物合成相关。Ribosome RNARNA的种类、分布、功能的种类、分布、功能除了上述三种除了上述三种RNA外，细胞的不同部位存在的许多其外，细胞的不同部位存在的许多其他种类的小分子他种类的小分子RNA，统称为，统称为非非mRNA小小RNA(small non

11、-messenger RNAs, snmRNAs)。 核糖体核糖体RNA核内不均一核内不均一RNA核内小核内小RNA细胞核和胞液细胞核和胞液线粒体线粒体功功能能rRNAmRNA mtrRNAtRNAmtmRNAmttRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL - RNA 核糖体组分核糖体组分蛋白质合成模板蛋白质合成模板转运氨基酸转运氨基酸成熟成熟mRNA的前体的前体参与参与 hnRNA 的剪接、转运的剪接、转运rRNA的加工、修饰的加工、修饰蛋白质内质网定位合成蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组分的信号识别体的组分RNA信使信使RNARNA转运转运RNARNARNA核内小核内小

12、胞浆小胞浆小RNARNA细胞核和胞液细胞核和胞液线粒体线粒体功功能能rRNAmRNA mtrRNAtRNAmtmRNAmttRNAHnRNASnoRNAscRNA/7SL - RNA 蛋白质合成模板蛋白质合成模板转运氨基酸转运氨基酸的前体的前体的加工、修饰的加工、修饰蛋白质内质网定位合成蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组分的信号识别体的组分核仁小核仁小RNARNA含量含量80510-15三、核酸的生物功能三、核酸的生物功能（一）DNA是主要的遗传物质1944 ， O. Avery肺炎双球菌转化实验1952 ， A.D Hershey 和M. Chase 噬菌体感染实验O.T.Avery 的细

13、菌转化实验的细菌转化实验由于S型细菌有荚膜，进入吞噬细胞后，受荚膜的保护，能抵抗吞噬细胞的吞噬和消化，从而能迅速增殖、扩散，引起机体发生疾病。内毒素耐热当细菌进入人或动物体后，由于免疫效应，都要被吞噬细胞吞噬消化，加以消灭。这里加热的温度一般为60左右，目的使蛋白质变性，细菌的感染力和致病性降低，由于DNA具有相对稳定性，当DNA溶液加热到沸点时，其氢键断裂，双螺旋解体，但若将其缓慢冷却，分离的单链就可部分得以重聚，恢复双螺旋结构。转化的实质是外源DNA与受体细胞DNA之间的重组，使受体细胞获得了新的遗传信息。因此，转化作用可以看成广义上的基因重组。Macleod实验15年之后，仍然采用这两种

14、菌，但只需在平板上观察得到R型还是S型即可，无需再注射小鼠了。大大减少了工作量！经过一步步纯化后，最后的结果是DNA。 我，蛋白质我，蛋白质是宠儿！是宠儿！使用另外一种实验体系噬菌体的证明 噬菌体发现可以吃掉细菌，利用细菌的帮助来进行自我复制。 能帮助病人在体内杀死细菌吗？ 如何进行复制？什么物质留在外部？什么物质进入细菌？ 是蛋白质还是DNA？ 同位素放射性标记， 以？标记核酸，？标记蛋白质。 如何标记？ 培养基中带有即可； 适当时间后，利用高速振荡将空的外壳与进入细菌的物质分开，然后离心， 分析上清和沉淀中的放射性元素是什么？ 沉淀集中P32，少量，小于1%的S35存在； 上清以S35为主，少量P32（还没有注射遗传物质的噬菌体）存在。 有很大的可信度，但其说服力不及S型R型，只是主流态度开始改变，倾向于遗传物质是DNA。 但是，DNA如何完成遗传物质的使命呢？（二）RNA 的功能 参与蛋白质的生物合成tRNA（运载氨基酸）mRNA信使核