第十二章 核酸通論

第十二章核酸通論第1頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)于核酸大家都知道什么？第2頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)容提要核酸的發(fā)現(xiàn)和研究簡(jiǎn)史核酸的種類和分布核酸的生物功能第3頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月12.1核酸的發(fā)現(xiàn)和研究簡(jiǎn)史核酸（nucleicacid）是重要的生物大分子，是生物化學(xué)與分子生物學(xué)研究的重要對(duì)象和領(lǐng)域。生物大分子有四類：核酸、蛋白質(zhì)、多糖脂質(zhì)復(fù)合物。第4頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月核酸：脫氧核糖核酸（deoxynucleicacid，DNA）

核糖核酸（ribonucleicacid，RNA）“蛋白質(zhì)Protein”一詞是從希臘文“proteios”衍生而來，意思是首要的物質(zhì)?！昂怂帷边@個(gè)詞的出現(xiàn)要晚半個(gè)世紀(jì)，但對(duì)它的研究卻改變了整個(gè)生命科學(xué)的面貌。第5頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月12.1.1.核酸的發(fā)現(xiàn)1868年瑞士青年科學(xué)家F.Miescher由膿細(xì)胞分離得到細(xì)胞核，并從中提取出一種含磷量很高的酸性化合物，稱為核素（nuclein）。胸腺的細(xì)胞核特別大，酵母的細(xì)胞質(zhì)很豐富，這是兩種提取核酸的極好來源。第6頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月12.1.2.核酸的早期研究Miescher的發(fā)現(xiàn)曾給生物學(xué)帶來巨大希望。Hoppe-Seyler認(rèn)為，核素“可能在細(xì)胞發(fā)育中發(fā)揮著極為重要的作用”。1885年細(xì)胞學(xué)家O.Hertwig提出核素可能負(fù)責(zé)受精和傳遞遺傳性狀。1895年遺傳學(xué)家E.B.Wilson推測(cè)，染色質(zhì)與核素是同一種物質(zhì)。第7頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月隨后核酸的化學(xué)研究卻偏離了最初的正確方向。（列文）Levene的“四核苷酸假說”嚴(yán)重阻礙核酸研究達(dá)30年之久。堿基成分的精確測(cè)定推翻了“四核苷酸假說”，并證明了核酸的高度特異性。第8頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月12.1.3DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建立二十世紀(jì)上半葉，數(shù)理科學(xué)進(jìn)一步滲入生物學(xué)。數(shù)理學(xué)科的滲入不僅帶來了新的理論和思想方法，而且引入了許多新的技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法。分子生物學(xué)分成了三個(gè)學(xué)派：結(jié)構(gòu)學(xué)派、信息學(xué)派和生化遺傳學(xué)派。結(jié)構(gòu)學(xué)派以英國物理學(xué)家W.T.Astbury、J.D.Bernal和他們的學(xué)生為代表，他們的興趣在于用X射線結(jié)晶學(xué)技術(shù)研究生物大分子的三維結(jié)構(gòu)，并認(rèn)為這是解決生物學(xué)問題的根本途徑。第9頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月信息學(xué)派以物理學(xué)家M.Delbruck與微生物學(xué)家S.Luria領(lǐng)導(dǎo)的“噬菌體小組”為代表。1952年噬菌體小組的兩個(gè)成員A.Hershey和M.Chase用32P標(biāo)志噬菌體的DNA，35S標(biāo)志蛋白質(zhì)，然后感染大腸桿菌。結(jié)果只有32P-DNA進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)，35S-蛋白質(zhì)仍留在細(xì)胞外，有力的證明了DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì)。1951年22歲的年輕博士Watson在劍橋遇到正在M.Perutz小組做研究生的Crick，兩人便合作探求DNA的分子結(jié)構(gòu)。第10頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第11頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第12頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月生化遺傳學(xué)派

用生物化學(xué)法從事遺傳學(xué)研究。提出“一個(gè)基因一個(gè)酶“的假說第13頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月Watson和Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的主要依據(jù)是：※已知核酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)知識(shí)；※E.Chargaff發(fā)現(xiàn)的DNA堿基組成規(guī)律；※M.Wilkins和R.Franklin得到的DNAX射線衍射結(jié)果。1958年Crick總結(jié)了當(dāng)時(shí)分子生物學(xué)的成果，提出了“中心法則”。DNA→RNA→Protein第14頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月羅莎琳徳富蘭克林第15頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月1961年F.Jacob和J.Monod提出操縱子學(xué)說并假設(shè)了mRNA功能。1970年H.M.Temin等和D.Baltimore等從致瘤病毒中發(fā)現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)錄酶。第16頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第一張DNA的照片（掃描隧道電鏡）第17頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月12.1.4生物技術(shù)的興起20世紀(jì)70年代前期誕生了DNA重組技術(shù)。將DNA重組技術(shù)用于改變生物機(jī)體的性狀特征、改造基因、以至改造物種統(tǒng)稱為基因工程或遺傳工程。反義RNA的發(fā)現(xiàn)，表明RNA具有調(diào)節(jié)功能；又發(fā)現(xiàn)一個(gè)基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物通過選擇性拼接可以形成多種同源異形體（isoform）.使“一個(gè)基因一條多肽鏈”的傳統(tǒng)觀念也受到?jīng)_擊。發(fā)現(xiàn)mRNA的序列可以發(fā)生改變，稱為編輯（editing）.第18頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月12.1.5人類基因組計(jì)劃開辟了生命科學(xué)新紀(jì)元1986年H.Dulbecco在《Science》上提出“人類基因組計(jì)劃”(簡(jiǎn)稱HGP)；1990年美國出資30億美元，用15年（1991-2005年）。中國1999年加入，承擔(dān)1%的測(cè)序任務(wù)。后基因組時(shí)代(post-genomeera)功能基因組學(xué)(functionalgenomeics)蛋白質(zhì)組(proteomics)

“蛋白質(zhì)組”這一概念是于1994年澳大利亞的學(xué)者M(jìn).Wilkins和K.Williams首先提出來的，是指細(xì)胞內(nèi)基因組所表達(dá)的所有蛋白質(zhì)。結(jié)構(gòu)基因組學(xué)(structuralgenomeics)任務(wù)是系統(tǒng)測(cè)定基因組所代表全部大分子的結(jié)構(gòu)。第19頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月12.2核酸的種類和分布12.2.1脫氧核糖核酸（DNA）真核生物DNA：核內(nèi)原核生物DNA：核區(qū)細(xì)胞器：線粒體、葉綠體病毒（表12-1）原核生物染色體DNA、質(zhì)粒DNA、真核生物細(xì)胞器DNA都是環(huán)狀雙鏈DNA。第20頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月12.2.1核糖核酸（RNA）原核生物或是真核生物都有：轉(zhuǎn)移RNA（transferRNA，tRNA），核糖體RNA（ribosomalRNA，rRNA），信使RNA（messengerRNA，mRNA）。原核生物和真核生物tRNA的大小和結(jié)構(gòu)基本相同，rRNA和mRNA卻有明顯差異。原核生物核糖體小亞基含16SrRNA，大亞基含5S

和23SrRNA；高等真核生物核糖體小亞基含18SrRNA，大亞基含5S、5.8S和28SrRNA。第21頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月特殊功能的RNA20世紀(jì)80年代以來，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，涉及到細(xì)胞功能的各個(gè)方面，通稱為小RNA(sRNA):核內(nèi)小RNA,小分子核RNA(snRNA,smallnuclearRNA):與相關(guān)蛋白質(zhì)組成小核糖核蛋白體（smRNP）,主要在加工RNA前體、切除多余的片段時(shí)發(fā)揮重要作用。核仁小RNA(smoRNA,smallnucleoarRNA):與特定蛋白組成snoRNP,主要參與rRNA的前體加工。胞質(zhì)小RNA(scRNA,smallcytoplasmicRNA):主要存在于胞漿中，對(duì)蛋白質(zhì)定位合成于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上有重要作用。第22頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月12.3核酸的生物功能12.3.1DNA是主要的遺傳物質(zhì)細(xì)胞學(xué)的證據(jù)：A.DNA分布在細(xì)胞核中，是染色體的主要成分，而染色體已知是基因的載體。B.細(xì)胞內(nèi)DNA含量十分穩(wěn)定，而且與染色體數(shù)目平行。C.一些可以作用于DNA的物理化學(xué)因素均可引起遺傳性狀的改變。第23頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月直接證據(jù)：★

1944年O.Avery等首次證明DNA是細(xì)菌遺傳性狀的轉(zhuǎn)化因子。肺炎球菌轉(zhuǎn)化作用圖解★1952年，A.D.Hershey和M.Chase用35S和32P標(biāo)記的噬菌體T2感染大腸桿菌，結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有35S標(biāo)記的DNA進(jìn)入大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)，而32P標(biāo)記的蛋白質(zhì)仍留在細(xì)胞外。第24頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第25頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第26頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月12.3.2RNA參與蛋白質(zhì)的生物合成1958年Crick提出“轉(zhuǎn)換器”假說。1959年分離出核糖體RNA。1961年F.Jacob和J.Monod提出信使RNA功能的假設(shè)。