第五章 核酸的结构与功能 (Chapter 5 Structure and Function of Nucleic Acid) 第一节核酸的化学组成 第二节核酸的分子结构 第三节DNA的理化性质及其应用
第五章 核酸的结构与功能 (Chapter 5 Structure and Function of Nucleic Acid) 第一节 核酸的化学组成 第二节 核酸的分子结构 第三节 DNA的理化性质及其应用
•核酸是存在于细胞中的一类大分子酸性物 质，包括核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核 酸(DNA)两大类。 ●RNA和DNA都是以单核苷酸为基本单位 所组成的多核苷酸长链。 ●RNA主要参与遗传信息的表达，而DNA 则是遗传信息的载体
•核酸是存在于细胞中的一类大分子酸性物 质，包括核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核 酸（DNA）两大类。 •RNA和DNA都是以单核苷酸为基本单位 所组成的多核苷酸长链。 •RNA主要参与遗传信息的表达，而DNA 则是遗传信息的载体
核酸研究史1 核酸化学研究史（1) 1869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) 1879年 Kosse1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;
核酸化学研究史（1） 1869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)" 1879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
核酸研究史2 核酸化学研究史（2) 1889年 莲经人 1909年 Levene发现酵母的核酸含有核糖 1930 ne及现细把的這 种特殊的核糖一一脱氧 核糖 ：植物核酸三核糖，动物酸含 脱 核糖。 这个错误概念 自延 到 938 时方浸禁和的 evene还 核酸的磷酸 ( +1935年 四核 酸 这西种基的含 样的
核酸化学研究史（2） 1889年 Altman建议将“ 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。 1909年 Levene 发现酵母的核酸含有核糖 1930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
核酸研究史3 核酸化学研究史（3) 1950年_Chargaff,E和Hotchkiss,R.D.采 君绣蒂 1953年Watson,. Cick根据DNA的X射线图 谱的研究结果， 提出了NA的双螺旋摸 型Do61会elix。几九星期后出了斗 保密式复制模型。 1957年Meselsnhe&Stahl用密度梯度超 离心法，证实半保留复制假说
核酸化学研究史（3） 1950年 Chargaff,E和Hotchkiss,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] 1953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。 1957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
核酸研究史4 核酸化学研究史（4) 1958年 Kornberg?得到高牢度的DN4 polymerase,这种酶需要一个模板 DNA。 1960年 S超s索性将复制中的细菌 DNA的电镜照片拍了下来。 1970年 发现第一个DNA限制性内切酶。 1972年 DNA重组技术的建立。 1978年 双脱氧DNA测序法的建立。 1990年 人类基因组计划实施
核酸化学研究史（4） 1958年 Kornberg得到高纯度的 DNA polymerase, 这种酶需要一个模板 DNA。 1960年 Cairns索性将复制中的细菌 DNA的电镜照片拍了下来。 1970年 发现第一个DNA限制性内切酶。 1972年 DNA重组技术的建立。 1978年 双脱氧DNA测序法的建立。 1990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) rRNA 1. 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260m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菌 细胞质的RNA常常存在于蛋白质合成相关的颗粒中（Φ20m, 用$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。 核糖体得到分离后，发现里面含RNA,即称rRNA。Watson 等发现rRNA的G≠C,A≠U,断定是一单链分子
核酸研究史5 核酸化学研究史（5） • rRNA 1. 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菌 细胞质的RNA常常存在于蛋白质合成相关的颗粒中（Ф20nm, 用35S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G≠C，A≠U，断定是一单链分子
核酸研究史6 核酸化学研究史（6) mRNA 1. 1948年有人报道，当噬菌体感染了细菌 靠港体锈是发关发} “么 2.Brenner,,Jacob等人用1sC,15标记蛋 白甄用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,前 mRNA(m,messenger)。 3.1961年，Spielmant创造了分子杂交法， 通过32P-mRNA-DNA杂交分子证明了mRNA 的存在
核酸化学研究史（6） • mRNA 1. 1948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13C， 15N标记蛋 白质，用32P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, messenger)。 3. 1961年，Spielman创造了分子杂交法， 通过32P -mRNA-DNA杂交分子证明了mRNA 的存在。 核酸研究史6
核酸研究史7 核酸化学研究史（7) 。tRNA 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。 Crick,F.比较了核酸和氨基酸的大小和形状后 论为不可熊获空间上三补， 因此他对核酸蛋白质 的信息传递作了以下预测：，它是二种分子转换 佳信意从核酸序峛喉换成氨基酸序列：公： 种分子很可能差孩酸3：不论何种方式进 蛋白质翻译系统的濮板，都苾须写模板形减氢键 (即配对)；4，有20种分子转换器，，每种氨基酸 ,.5),每种氨基酸必定还有一个对应的酶， 化与特定的芬子转痪器结合。 3 1963年， Ehrensteins等人用实验证明了Hoagland 发现的分子就是Crickj预言的芬子转换器，即tRNA。 4.1965年Ho11ey经过7年努力测出酵母A1a-tRNA序列
核酸化学研究史（7） • tRNA 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tRNA。 4.1965年Holley经过7年努力测出酵母Ala-tRNA序列。 核酸研究史7
核酸研究史8 核酸化学研究史 (8) 遗传密码的破译 1953年Douncef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“空河”，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% 1954年 物理学家Gamow,. 与Te1ler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% 1957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“与法”，必须雯有本标准词典，文使决定64种组合中的44霜 是无用的。 ,即“简并密码”和“阅读框” 1961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。 1961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。 1964年 Khoranat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(W). 1964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。 1966年 遗传密码的破译工作基本结束，Crick绘制了密码乳 提出了摆动 说 (wobble concept), 及时收回了“同义词”芣存在的假设
核酸化学研究史（8）遗传密码的破译 1953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％ 1954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％ 1957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” 1961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。 1961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。 1964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)。 1964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。 1966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