1、Nucleic Acid第12章 核酸通論什么是核酸？1868年， F. Miescher，核酸最早分離自外科繃帶膿細胞的細胞核，并發現其含磷量超過當時發現的任何一種有機物，且含有很強的酸性 得名核酸。其后核酸的組成和結構被研究清楚。生物功能也初步澄清。核酸是機體重要組成部分是生命遺傳信息的攜帶者和傳遞者，對于生命的延續、物種遺傳特性的保持、生長發育、細胞分化等起重要作用；與生物變異（腫瘤、遺傳病）也密切相關 核酸是現代生物化學、分子生物學和 醫學的重要基礎之一。一、核酸的發現和研究簡史（一）、早期的發現186869， F. Miescher從膿細胞核中提出含磷量高的核素（nuclein），其

2、后從鮭魚精子中提取出魚精蛋白和核素。1885，0. Hertwig提出核素可能負責受精和遺傳。1889，R. Altmann從酵母和動物組織中提取出不含蛋白質的核酸。1894， Kossel和A. Neumann 從胸腺中提取核酸，表明胸腺核酸與酵母核酸不同。 Hammars 證明酵母核酸中的糖是戊糖。（二）、核酸化學的研究1902，E. Fischer研究糖和嘌呤而獲諾貝爾化學獎1910，Kossel 因核酸化學研究而獲諾貝爾生理學獎。1912，P. A. Levene 認為核酸由四種核苷酸等量聚合而成。1929，Levene 確定胸腺核酸中的糖是 D-2-脫氧核糖。1943，J. N. D

3、avidson 用化學分析方法得出結論：動、植物組織均含有兩類核酸。（三）、DNA 雙螺旋結構模型的提出建立了統一的分子生物學1944，T. Avery 肺炎雙球菌轉化實驗。1952，Hershey證明噬菌體感染只有 DNA 進入細菌細胞。1953，J. D. Watson 和 F. H. Crick提出DNA雙螺旋結構模型。1962年與M. H. F. Wilkins 共獲諾貝爾生理學獎。 1969，噬菌體小組的 M. Delbrk、A. D. Hershey和S. E. Luria獲諾貝爾獎。1958年Crick總結了當時分子生物學的成果，提出了“中心法則”，即遺傳信息從DNA傳到RNA，

4、再傳到蛋白質 （三）.DNA 雙螺旋結構模型的提出建立了統一的分子生物學1959，S. Ochoa和A. Kornberg 由于酶促合成 RNA 和DNA 而獲諾貝爾獎。196061，F. Jacob和J. Monod 發現 mRNA 并提出操縱子學說， 1965 年與 P. Rous一起獲諾貝爾獎。1965，M. W. Nirenberg 等破譯了遺傳密碼 1968 ，R. W. Holley .H. G. Khorana 和 M. W. Nirenburg 共獲諾貝爾 獎。（四）、DNA 重組技術帶來生物技術重大突破1970，H. O. Smith和 K. W. Wilcox 發現類型限制

5、性內切酶。1971，K. Danna和D. Nathans 作出 SV40 DNA 的限制性圖譜 1978 年諾貝爾化學獎授予發現限制酶的 W. Arber、H. O. Smith和D. Nathans 。1972，P. Berg與其工作者將SV40 DNA與噬菌體DNA重組。1973，S. Cohen等獲得第1個DNA重組體克隆。1975，F. Sanger和A. R. Coulson發明酶法DNA快速測序。（四）、DNA 重組技術帶來生物技術重大突破1977，M. Maxam 和 W. Gilbert發明化學DNA測序。1980，Berg、Gilbert和Sanger共獲諾貝爾化學獎。19

6、85，K Mullis發明PCR技術。1993年與發明定位誘變的M. 史密斯共獲諾貝爾化學獎。DNA 重組技術引起分子生物學第二次革命，使生命科學進入大科學工程的時代，并帶動了生物技術產業的迅猛發展。1986年，諾貝爾獎獲得者Dulbecco在Science雜志上率先提出“人類基因組計劃(簡稱HGP)。1990年10月美國政府決定出資30億美元，用15年時間(19912005年)完成“人類基因組計劃”。中國99年加入。后基因組時代的到來。研究重心已從揭示基因組DNA的序列轉移到在整體水平上對基因組功能的研究。 （五）、當前生命科學已進入后基因組的時代功能基因組學(functional geno

7、mics)：在整體水平上對基因組功能的研究蛋白質組學(proteomics)：在整體水平上研究細胞內蛋白質組分及其活動規律的新學科結構基因組學(structural genomics)：系統測定基因組所代表全部大分子的結構，目前它僅關注于蛋白質的結構 RNA組學(RNomics)：研究所有編碼RNA以及與其作用的分子和形成復合物的結構特征 最近提出蛋白質組計劃 （五）、當前生命科學已進入后基因組的時代（五）、當前生命科學已進入后基因組的時代生物化學與分子生物學發展的主要方向有 3 個：結構分子生物學、神經分子生物學、以及發育分子生物學。 21 世紀這些領域將會取得巨大成果。種類：(1)脫氧核糖

8、核酸(DNA)(2)核糖核酸(RNA)共同特點：（1）遺傳信息的載體（2）都由核糖、磷酸、堿基組成，只是核糖和堿基略有不同二、核酸的種類和分布 90%以上分布于細胞核，其余分布于核外如線粒體，葉綠體，質粒等。分布于胞核、胞液。(deoxyribonucleic acid, DNA)(ribonucleic acid, RNA)脫氧核糖核酸 核糖核酸攜帶遺傳信息，決定細胞和個體的基因型(genotype)。參與細胞內DNA遺傳信息的表達。某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體。一、DNA1.分布：（1）原核細胞：DNA集中在核區一、DNA（2）真核細胞：DNA分布在核內，組成染色體(染色質) ；線

9、粒體、葉綠體等細胞器也含有DNA 一、DNA（3）病毒：或只含DNA，或只含RNA，從未發現兩者兼有的病毒 一、DNA2. 形狀：原核生物：環狀雙鏈DNA 質粒DNA：環狀雙鏈DNA 細菌等原核生物質粒染色體一、DNA真核生物：線型雙鏈DNA，末端具有高度重復序列形成的端粒結構 線粒體、葉綠體等細胞器的DNA是環狀雙鏈DNA 病毒： DNA結構各異：環狀雙鏈、線型雙鏈、線型單鏈、環狀單鏈DNA大多為雙鏈分子大多數是線性鏈狀結構，少部分呈環狀分子量一般都很大DNA的性質染色體是DNA的載體DNA可通過復制遺傳給下一代人體23對染色體,分別來自于父母復制后的染色體DNA組成的差異決定： 細胞中蛋白

10、質、RNA的結構特征子代遺傳物質來自親代： 種瓜得瓜、種豆得豆。DNA控制細胞分化、個體形成 乃至個體的生老病死。任何一個多細胞生物的體細胞都含有 完全相同的基因組DNA。各組織器官的細胞形狀各異、功能不同？ DNA表達差異基因（gene ）：開始、發育的意思古代種質（猜想)十九世紀孟德爾遺傳顆粒（推斷）二十世紀初摩爾根染色體是基因的載體 蛋白質？核酸？1944年DNA是基因的化學載體基因即DNA上能夠編譯一個蛋白質或RNA的最小單位，一個細胞內所有基因組合在一起統稱為“基因組” 。DNA 所有功能本質上反映的是基因的功能基因3假基因基因間隔區DNA雙螺旋Clone克隆，人工操作下的細胞無性繁

11、殖過程。給予合適的條件，任何一種體細胞都能變化為一個完整的個體體細胞克隆技術。白 綿羊的體細胞核黑 綿羊的去核卵細胞細胞質植入山羊子宮？多莉（1997.7.23）克隆人為什么要克隆人？主要是采集器官，進行器官移植，還可以復制死去的親人。動物克隆的目的：保持牲畜優良性能不發生退化；拯救瀕危生物。克隆人的方法1.提供卵細胞、體細胞2. 卵細胞去核并與體細胞融合3. 代理母親受孕4.克隆嬰兒的誕生多數畸形、流產兒 +少數早衰的克隆人為什么各國政府均反對克隆人呢？1.可預見的大量畸形兒、流產兒2. 倫理危機動搖家庭觀、權利義務觀“父將不父，母將不母，子將不子”科學的兩面性二、RNA 1.種類：（1）轉

12、移RNA(transfer RNA，tRNA):攜帶AA，約占總RNA的15%（2）核糖體RNA(ribosomal RNA，rRNA)：參與核糖體組成，約占總RNA的80%（3）信使RNA(messenger RNA，mRNA)：蛋白質翻譯的模板，約占總RNA的3-5%二、RNA（4）小分子RNA （small RNA， sRNA）:80年代以來發現新的具有特殊功能的RNA核內小RNA(small nuclear RNA，snRNA)核仁小RNA(small nucleoar RNA，snoRNA)胞質小RNA(small cytoplasmic RNA，SCRNA) 反義RNA(antis

13、ense RNA)核酶(ribozyme) 功能：1.調控基因表達；2.參與生物分子組成；3.轉錄后加工，控制蛋白質合成等mRNA (信使RNA)約占總RNA的5%不同細胞的mRNA鏈長和分子量差異很大其功能是將DNA的遺傳信息傳遞到蛋白質合成基地 核糖核蛋白體。Messenger RNAtRNA (轉移RNA)約占總RNA的10-15%在蛋白質生物合成中翻譯AA信息、將相應AA轉運到核糖核蛋白體每一個AA至少有一個相應的tRNAtRNA分子大小相似，一般為73-78個核苷酸Transfer RNArRNA (核糖體RNA)約占全部RNA的80%是核糖核蛋白體的主要組成部分功能與蛋白質生物合成

14、相關。Ribosome RNA二、RNA2.分布：原核生物和病毒：三種RNA分布于細胞質真核生物：tRNA和rRNA主要分布于細胞質中；細胞核中也有；mRNA從核中轉錄出來到細胞質中翻譯；RNA的種類、分布、功能除了上述三種RNA外，細胞的不同部位存在的許多其他種類的小分子RNA，統稱為非mRNA小RNA(small non-messenger RNAs, snmRNAs)。 核糖體RNA核內不均一RNA核內小RNA細胞核和胞液線粒體功能rRNAmRNA mtrRNAtRNAmtmRNAmttRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核糖體組分蛋白質合成模板轉運氨基酸成熟mRNA的前體參與hnRNA的剪接、轉運rRNA的加工、修飾蛋白質內質網定位合成的信號識別體的組分RNA信使RNA轉運RNARNA核內小胞漿小RNA細胞核和胞液線粒體功能rRNAmRNA mtrRNAtRNAmtmRNAmttRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 蛋白質合成模板轉運氨基酸的前體的加工、修飾蛋白質內質網定位合成的信號識別體的組分核仁小RNA含量80510-15三、核酸的生物功能（一）DNA是主要的遺傳物質1944 ， O. Avery肺炎雙球菌轉化實驗1952 ， A.D Hers