《核酸的结构和功能》PPT课件

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1、第二章核酸的结构和功能20世纪50年代初，核酸是遗传物质得到公认。1953年Watson和Crick提出DNA的双螺旋结构模型，从此，核酸的研究成了生命科学中最活跃的领域之一。分子生物学和分子遗传学等新兴学科随之兴起，极大地推动了生命科学的发展进程。对核酸结构和功能的深入研究，和一系列工具酶的使用，推动了分子生物学各个领域的快速发展。基因的复制和转录，分子杂交和基因芯片，DNA序列的测定，基因的克隆和表达，基因表达的调控等均以核酸结构和功能的研究为基础。因此，对生命科学工作者而言，掌握核酸的结构和功能是至关重要的。2.1DNA是主要的遗传物质

2、1869年Miescher从细胞核中分离出含磷很高的酸性化合物，称为核素(nuclein)，1889年Altman制备了不含蛋白质的核酸制品，命名为核酸(nucleicacid)。Miescher在1892年曾推测核酸可能是遗传物质，但遗憾的是1940年代之前，这一推论未能得到实验的证实，也未得到学术界的重视。1910年Kossel证明核酸的主要成分是核糖、磷酸和碱基，1924年Feulgen根据核酸所含核糖的结构差别，将核酸分为核糖核酸(ribonucleicacid,RNA)和脱氧核糖核酸(deoxyribonucleicacid,DNA

3、)。Kossel的学生Levene于1909年发现酵母的核酸含有核糖，1929年发现核酸中的碱基主要是腺膘呤、鸟膘呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶，并证明碱基、核糖、磷酸可以组成核苷酸，核酸则是由核苷酸组成的。1930年Levene发现动物细胞的核酸含有一种特殊的核糖即脱氧核糖,得出了一个错误概念: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,并于1935年提出“四核苷酸”学说,认为这四种核苷酸的聚合体是构

4、成核酸的基本单位，这一观点当时得到了广泛认同，一度阻碍了对核酸的研究工作。20世纪50年代以前，尽管已证明了生物体普遍含有DNA和RNA，但由于四核苷酸假说的影响，核酸的研究未能引起足够重视。1943年Chargaff等证明DNA中4种碱基的比例并不相等，四核苷酸假说开始受到质疑。1944年Avery重做1928年Griffith的细菌转化实验，从有致病能力的有荚膜细菌分离蛋白质和DNA，分别加到无荚膜细菌(无致病能力)的培养液中，发现有荚膜细菌的DNA，可以使无荚膜细菌转化为有荚膜细菌，而蛋白质没有这种作用，说明DNA是遗传物质。TheAv

5、ery-MacLeod-McCartyexperiment.Wheninjectedintomice,theencapsulatedstrainofpneumococcusislethal,whereasthenonencapsulatedstrain,liketheheat-killedencapsulatedstrain,isharmless.EarlierresearchbythebacteriologistFrederickGriffithhadshownthataddingheat-killedvirulentbacteria(ha

6、rmlesstomice)toalivenonvirulentstrainpermanentlytransformedthelatterintolethal,virulent,encapsulatedbacteria.AveryandhiscolleaguesextractedtheDNAfromheat-killedvirulentpneumococci,removingtheproteinascompletelyaspossible,andaddedthisDNAtononvirulentbacteria.TheDNAgainedentr

7、anceintothenonvirulentbacteria,whichwerepermanentlytransformedintoavirulentstrain.但由于四核苷酸假说的影响，这一结果一度受到质疑，理由是：（1）因认为蛋白相对分子质量大，结构复杂，二十种氨基酸的排列组合将是个天文数字，可作为一种遗传信息。而DNA相对分子质量小，只含4种不同的碱基，人们一度认为不同种的有机体的核酸只有微小的差异。（2）认为转化实验中DNA并未能提得很纯，还附有其它物质。（3）即使转化因子确实是DNA，但也可能DNA只是对荚膜形成起着直接的化学效应

8、，而不是充当遗传信息的载体。Avery的进一步研究发现，加入蛋白酶和去除脂类并不影响DNA引起的转化作用，排除了上述质疑，证明了DNA是遗传物质。1952年Hers