第14讲dna的故事

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1、第14讲DNA的故事对双螺旋的了解开拓了一个广阔的、激动人心的研究新领域，可以毫不夸张的说，由于这一发现的结果，分子生物学在随后的15年中完全左右了生物学。迈尔(ErnstMayr，1904~)1.基因的化学性质（核酸与蛋白质）19世纪60年代，孟德尔的植物杂交实验结果使他得出了有机体携带并传递给子代很多遗传因子的结论，1909年，丹麦植物学家约翰逊提议用“基因”一词代替孟德尔的遗传因子。人们还知道每一个基因决定一个性状，因此有机体的全貌受其全部基因的控制，而这些基因都是由其亲代传授下来的。经过摩尔根的努力，生物学家搞清楚了基因在染色体内呈线性排列，确立了基因作为遗

2、传基本单位的概念。对于以后的生物学家来说，以解决基因组成和其遗传机理问题为主要内容的分子生物学时代到来了。1.1核酸1869年，瑞士生物化学家米切尔（JohannFriedrichMiescher,1844~1895）获得医学博士学位后来到德国南部小城图宾根向斯特雷克(A.Strecker,1822-1872)和霍佩-赛勒(F.Hoppe-Seyler,1825-1895)学习生理化学并开始从事脓细胞的化学研究。米切尔建立了全新的分离方法并且很快就能够将脓细胞和脓的其他组份分开。然后他就试图将脓细胞的细胞质与细胞核分开，分析和测定细胞质的成分。在他的某次提取程序中所

3、得到的末产物是一种沉淀，不具备任何已知蛋白质的性质。后来他又用高度稀释的盐酸洗完整的脓细胞，最后得到的完全是细胞核。而其特点是含磷很高而含硫很低的强有机酸，这不是任何一种已知的有机物，米切尔将它称为“核素”nuclein，后来改称“核酸”。虽然很快就了解到核素就是细胞学家所说的染色质，但是米切尔和当时的生物学家从来不把它看作是遗传信息的载体。作为遗传的物质基础，蛋白质是更为合理的化学物质。在随后的50年中，核酸研究的带头人是科塞尔和莱文。德国化学家科赛尔(A.Kossel,1853~1927)在研究来自胸腺和酵母的核酸时，证明了存在两种核酸，这两种核酸开始被称为“胸

4、腺核酸”和“酵母核酸”，现在则被称为脱氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA。两种核酸分子都含有四个碱基、一个磷酸、一个糖。DNA和RNA中均有腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)这三种碱基，DNA中第四种碱基是胸腺嘧啶(T)，而RNA中则是尿嘧啶(U)。早在1893年科塞尔就曾指出有一种戊糖是酵母核酸的成分之一，1909年美国洛克菲勒医学研究所的生物化学家莱文(PhoebusA.T.Levene，1869-1940)通过实验测定这戊糖是核糖。其他研究者从小牛胸腺制备核酸（“胸腺核酸”）并在其中发现了一种特殊的糖。它非常不容易检定，但是莱文及其同事终于证明它是2一脱氧

5、核糖。多年来都认为核糖是植物核酸的精，脱氧核糖是动物核酸的精。然而后来在胰脏和其他动物细胞中发现了核糖核酸（RNA）。在植物细胞的细胞核中发现了脱氧核糖核酸（DNA）。但是一直到193083年代左右才充分了解一切动物和植物细胞同时含有DNA及RNA。1.2四核苷酸假说在1910年到1930年间虽然对DNA的化学组成了解得不少，但是对DNA分子作为一个整体的了解及其生物学功能的认识却进展很小。科塞尔和莱文为了获得DNA的组分，都采用了有机化学中十分剧烈的分析方法，而这种方法后来被证明破坏了实际上是非常巨大的分子。因此，他们都认为核酸是很小的分子，分子量约为1500。莱

6、文对核酸的分析表明，在各种不同来源的核酸中，四种碱基的克分子数相等。这些数据导致了“四核苷酸假说”。这一理论在开始时作为一种在研究工作中所应用的假设，但不久便成了生物化学的一条原理。“四核苷酸假说”意味着在一切来源的DNA中，四种碱基都是等量的。更确切地说，它意味着多核苷酸是由某种确定的、排列顺序不变的单位所组成，而这些单位本身又是四种核苷酸组成的结合体。于是在这种假说之下，DNA是一种同糖原相类似的重复的多聚体，因此，它不可能产生那种对于遗传物质来说必不可少的多样性。这使得核酸丧失了作为遗传物质所具备的复杂性，因此核酸是遗传物质的设想被否定了。直至1946年到19

7、50年间，奥地利的查伽夫(ErwinChargaff,1905~)进行的研究使当时对于DNA的看法起了革命性的变化。1.3氨基酸(aminoacids)与蛋白质基因究意是什么物质构成的？对于当时整个遗传界来说，一直是个谜。一般都认为基因很可能是由蛋白质组成的，其根据则是蛋白质的多样性可以解释基因的多样性。当DNA是一个相当小的简单分子的这种看法流传开来时，认为DNA具有控制发育能力的观点就逐渐夫去了说服力。考虑到发育过程和途径的极端复杂性，这样一个简单的小分子怎么可能在遗传现象中以及从受精卵到完全成长的生物有机体的发育过程的控制上具有重要作用？20世纪60年代，