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时间:2019-08-04
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1、第二章核酸的结构与功能核酸研究史1869年,年轻的瑞士医生Miescher从收集的绷带上脓细胞的细胞核中得到含有碳、氢、氧、氮和高浓度磷的白色沉淀,称其为“核素”,后来发现它有很强的酸性,又称为核酸。之后不久,Hoppe-Seyler从酵母细胞中分离出一种类似的物质—核糖核酸RNA。经过70多年后,人们对核酸及组分化学性质才逐步有所了解。1939年,Knapp等第一次用实验证实核酸是遗传物质基础。1944年,Avery等人通过肺炎双球菌转化实验直接证明DNA是携带遗传信息的分子,Hershy和Chase通过噬菌体的感染实验,也证实DNA是遗传物质。1953年Watson和Crick在总结前人工
2、作的基础上提出了DNA双螺旋结构模型,为核酸的结构与功能研究奠定了基础,也大大推动了分子生物学特别是分子遗传学的发生和发展。1956年A.Kornberg发现E.coliDNA聚合酶,1958年分离该酶并在体外环境下酶促合成有活性的DNA,1959年诺奖。1958年Meselson用著名的“密度转移”试验证实DNA的“半保留复制”;建立密度梯度离心。1968年冈崎片段发现后提出DNA半保留不连续复制。1959年S.Wess发现转录酶。1960年JacobMonod经10余年研究后提出乳糖操纵子模型,同时预言mRNA的存在。1961年S.Spiegelman在T2感染的E.coli中发现mRNA
3、,建立分子杂交技术。1965年R.W.Holley测定酵母丙氨酸tRNA的一级结构,提出tRNA的“三叶草”结构模型。1966年M.W.Nirenberg和H.G.Khorana完成全部遗传密码的破译。1967年Kates和McAuslan发现真核转录酶,1970年发现真核mRNA含有polyA尾巴(在天花病毒感染细胞中发现),用oligo(dT)柱分离纯化真核mRNA。1968年M.Gellert等5个实验室发现DNA连接酶,为发展体外DNA重组技术鉴定了基础。1970年H.M.Temin和D.Baltimore同时发现不同反转录病毒的逆转录酶,补充“中心法则”。1970年H.O.Smith
4、发现第一个II型DNA限制性内切核酸酶HindII,导致一系列DNA限制性内切核酸酶发现及应用,和DNA连接酶一起促进了DNA体外重组的发展。1972年P.Berg等三人建立DNA重组技术,建立了第一个体外DNA重组分子(dvgalDNA片段克隆到SV40)。并建立了含有哺乳动物激素基因的工程菌株,促进了DNA克隆技术的发展和应用。1975年Furuichit和Miura研究质型多角体病毒,发现真核mRNA中的m7Gppp帽子结构。1977年P.Sharp和P.Leder分别从腺病毒II型和鸡卵白蛋白基因中发现真核基因内部含有内含子。1977年和分别发明了不同的测序技术,前者发明了化学断裂法
5、,后者发明了加减法和聚合酶链式反应终止技术(即双脱氧终止技术),他因此第二次获诺贝尔奖。长期以来,人们一直相信所有的酶都是蛋白质,1981-1982年,Cech和Altman各自独立地发现RNA具有生物催化功能,取名为ribozyme(核酶),这打破了蛋白质对生物催化剂的一统天下,极大促进了有关生命起源、生物进化等生物学中带根本性问题的进一步研究。1985Mullis等发明了具有划时代意义的聚合酶链反应(Polymeradechainreaction,PCR),这是一种体外扩增DNA的酶促反应技术,又称PCR扩增。PCR技术的问世,极大地方便了DNA的克隆、鉴定及应用,因此在很短时间内迅速进入
6、生命科学、医学、遗传工程、法医学、考古学等各个领域,并显示巨大的优越性。目前生命科学研究进入后基因时代,更是离不开对核酸的深入广泛研究。核酸可分成两大类,含有核糖的称核糖核酸(RNA),含有脱氧核糖的称脱氧核糖核酸(DNA)。DNA主要分布在细胞核,储存并携带遗传信息。决定细胞和个体的基因型;RNA主要分布在细胞质中,负责遗传信息的表达,参与体内蛋白质的生物合成;所有生物细胞都含有这两类核酸。对于病毒来说,要么只含有DNA,要么只含有RNA,还未发现既含有DNA又含有RNA的病毒。第一节核酸的化学组成核酸是分子量很大的核苷酸高聚物,是由C、H、O、N和P五种元素组成。正象蛋白质是由氨基酸聚合而
7、成一样,核酸的基本结构单位是单核苷酸。核苷酸水解后产生核苷、磷酸,核苷继续水解,得到碱基和戊糖。其结构单元为核苷酸一、碱基、戊糖与核苷(一)碱基核酸中的碱基有两类:嘌呤碱和嘧啶碱。常见的嘌呤碱有腺嘌呤(A)和鸟嘌呤(G),它们是嘌呤的衍生物。嘧啶碱基有胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U)及胸腺嘧啶(T),都是嘧啶的衍生物。两类核酸所含的主要碱基都是4种,所含的两种嘌呤碱完全相同,即腺嘌呤和鸟嘌呤。但所含的嘧
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