浙江大学生物化学与分子生物学笔记a0-核酸化学复习课程

1、浙江大学生物化学与分子生物学笔记a0-核酸化学核酸化学研究史（核酸化学研究史（3 3）年年 Chargaff,EChargaff,E和和Hotchkiss,R.D.Hotchkiss,R.D.采用纸层析法仔细采用纸层析法仔细分析了分析了DNADNA的组成成分的组成成分, , 得知得知A=T, G=C, A+G=C+TA=T, G=C, A+G=C+T年年 Watson, CrickWatson, Crick根据根据DNADNA的的X X射线图谱的研究结果射线图谱的研究结果, , 提出了提出了DNADNA的双螺旋模型的双螺旋模型(Double helix)(Double helix)。几。几星期

2、后提出了半保留式复制模型。星期后提出了半保留式复制模型。年年 Meselsnhe & StahlMeselsnhe & Stahl用密度用密度梯度超离心法梯度超离心法, , 证实半保留复制假证实半保留复制假说。说。核酸研究史3核酸化学研究史（核酸化学研究史（4 4）年年 KornbergKornberg得到高纯度的得到高纯度的 DNA DNA polymerase, polymerase, 这种酶需要一个模板这种酶需要一个模板DNADNA。年年 CairnsCairns索性将复制中的细菌索性将复制中的细菌DNADNA的电镜照片拍了下来。的电镜照片拍了下来。年年 发现第一个发现第一个DNADNA

3、限制性内切酶。限制性内切酶。年年 DNADNA重组技术的建立。重组技术的建立。年年 双脱氧双脱氧DNADNA测序法的建立。测序法的建立。年年 人类基因组计划实施。人类基因组计划实施。核酸研究史4核酸研究史5核酸化学研究史（核酸化学研究史（5 5）1. 1. 早在本世纪早在本世纪3030年代后期就发现细胞质和细胞核中年代后期就发现细胞质和细胞核中都有核酸存在，但用都有核酸存在，但用19241924年福尔根发明的染色法年福尔根发明的染色法去染色，只能使细胞核中的核酸染色。但两种核去染色，只能使细胞核中的核酸染色。但两种核酸在酸在260nm260nm的吸收非常相似。的吸收非常相似。2. 19412.

4、 1941年，细胞学家年，细胞学家J.BrachetJ.Brachet和和T.CaspersorT.Caspersor注意注意到细胞质中的核酸与蛋白质的合成有密切的关系。到细胞质中的核酸与蛋白质的合成有密切的关系。3. 503. 50年代，有人用电子显微镜和物理化学手段发现年代，有人用电子显微镜和物理化学手段发现大肠杆菌细胞质的大肠杆菌细胞质的RNARNA常常存在于蛋白质合成相关常常存在于蛋白质合成相关的颗粒中（的颗粒中（20nm,20nm,用用进行脉冲式标记的实验证进行脉冲式标记的实验证明该颗粒是蛋白质合成的所在地），简称核糖体。明该颗粒是蛋白质合成的所在地），简称核糖体。4. 4. 核糖体

5、得到分离后，发现里面含核糖体得到分离后，发现里面含RNARNA，即称，即称rRNArRNA。WatsonWatson等发现等发现rRNArRNA的的GCGC，AUAU，断定是一单链，断定是一单链分子。分子。核酸化学研究史（核酸化学研究史（6 6）1. 1. 年有人报道，当噬菌体感染了细菌年有人报道，当噬菌体感染了细菌后会产生一种很不稳定的后会产生一种很不稳定的RNARNA，而大多数，而大多数是和核糖体结合在一起。是和核糖体结合在一起。2. Brenner, Jacob2. Brenner, Jacob等人用等人用，标记蛋标记蛋白质，用白质，用标记核酸的方法证实了这是标记核酸的方法证实了这是一种

6、新的一种新的RNARNA分子，命名为信使分子，命名为信使RNA, RNA, 即即mRNA (m, messenger)mRNA (m, messenger)。3. 3. 年，年，SpielmanSpielman创造了分子杂交法，创造了分子杂交法，通过通过-mRNA-DNA-mRNA-DNA杂交分子证明了杂交分子证明了mRNAmRNA的存在。的存在。核酸研究史6核酸化学研究史（核酸化学研究史（7 7）1. 19571. 1957年年Hoagland, M.B.Hoagland, M.B.发现一类稳定的发现一类稳定的RNARNA小分子，小分子，不与核糖体结合，因而不同于不与核糖体结合，因而不同于m

7、RNAmRNA和和rRNArRNA。2. Crick, F.2. Crick, F.比较了核酸和氨基酸的大小和形状后，比较了核酸和氨基酸的大小和形状后，认为不可能在空间上互补，因此他对核酸认为不可能在空间上互补，因此他对核酸蛋白质蛋白质的信息传递作了以下预测：的信息传递作了以下预测：1). 1). 它是一种分子转换它是一种分子转换器，使信息从核酸序列转换成氨基酸序列；器，使信息从核酸序列转换成氨基酸序列；2). 2). 这这种分子很可能是核酸；种分子很可能是核酸；3). 3). 它不论以何种方式进入它不论以何种方式进入蛋白质翻译系统的模板，都必须与模板形成氢键蛋白质翻译系统的模板，都必须与模板

8、形成氢键（即配对）；（即配对）；4). 4). 有有2020种分子转换器，每种氨基酸种分子转换器，每种氨基酸一个；一个；5). 5). 每种氨基酸必定还有一个对应的酶，催每种氨基酸必定还有一个对应的酶，催化与特定的分子转换器结合。化与特定的分子转换器结合。3. 19633. 1963年，年， Ehrenstein Ehrenstein等人用实验证明了等人用实验证明了Hoagland Hoagland 发现的分子就是发现的分子就是CrickCrick预言的分子转换器，即预言的分子转换器，即。4.19654.1965年年HolleyHolley经过经过7 7年的努力测出酵母年的努力测出酵母Ala-

9、tRNAAla-tRNA序列。序列。核酸研究史7核酸化学研究史（核酸化学研究史（8 8）年年 Dounce Dounce假设假设DNADNA通过通过RNARNA将信息传给蛋白质，将信息传给蛋白质，RNARNA上每三个核苷酸上每三个核苷酸 形成一个形成一个“ “ 空洞空洞”，正好将一个个氨基酸装进去。该假说允许三，正好将一个个氨基酸装进去。该假说允许三 联体的重叠。联体的重叠。 命中率命中率8080年年 物理学家物理学家GamowGamow，与，与TellerTeller等人联手，也提出三联体学说，并指出等人联手，也提出三联体学说，并指出 不可重复的特点。不可重复的特点。 命中率命中率2020年

10、年 Crick Crick也提出了三联体的假说。他意识到要解决也提出了三联体的假说。他意识到要解决“ “ 天书天书”的的“ “ 词词法法” 和和“ “ 句法句法”，必须要有一本标准词典，以便决定，必须要有一本标准词典，以便决定6464种组合中的种组合中的4444种种 是无用的。是无用的。 即即“ “ 简并密码简并密码”和和“ “ 阅读框阅读框”年年 Crick Crick在在Bencer,SBencer,S的突变实验的基础上，用重组法得到了的突变实验的基础上，用重组法得到了+和和- 型，发现读框和野生型一致，从而证明了三联体的假说。型，发现读框和野生型一致，从而证明了三联体的假说。年年 Nir

11、enberg, Matthaei & Ochoa Nirenberg, Matthaei & Ochoa用生物化学手段开始了密码测试，用生物化学手段开始了密码测试， 得到得到2020种氨基酸的密码子的核酸成份。种氨基酸的密码子的核酸成份。年年 Khorana Khorana合成了合成了U U和和G G交替的多聚核苷酸，所对应的合成肽为交替的多聚核苷酸，所对应的合成肽为VCVCVCVCVCVC， 对照密码子的核酸成份可以最终决定。后来合成了对照密码子的核酸成份可以最终决定。后来合成了UUGUUUGUUGUUGUUUGUUG 产生了产生了poly(L), poly(C)poly(L), poly(

12、C)和和poly(V)poly(V)。年年 Nirenberg Nirenberg找到了更妙的突破口，合成三联体，它能与找到了更妙的突破口，合成三联体，它能与tNRAtNRA进行密进行密 码子反密码子的碱基配对，从而影响肽链的合成。码子反密码子的碱基配对，从而影响肽链的合成。年年 遗传密码的破译工作基本结束，遗传密码的破译工作基本结束，CrickCrick绘制了密码表，提出了摆动绘制了密码表，提出了摆动 学说（学说（wobble concept)wobble concept)，及时收回了，及时收回了“ “ 同义词同义词”不存在的假设。不存在的假设。 核酸研究史8名称与缩写名称与缩写(1)(1)

13、： 核糖核核糖核酸酸： 脱氧核糖核脱氧核糖核酸酸 pyrimidinepyrimidine： cytosine (cytosine () ) 胞嘧啶胞嘧啶 嘧啶嘧啶 thymine (thymine () ) 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 uracil ( uracil () ) 尿嘧啶尿嘧啶 purinepurine： adenine ( adenine () ) 腺嘌啉腺嘌啉 嘌啉嘌啉 guanine ( guanine () ) 鸟嘌啉鸟嘌啉 名称与缩写名称与缩写(2)(2) ribonucleribonucle ide ide 核糖核苷核糖核苷 （） adenosine (adenosine (A

14、doAdo) ) 腺腺( (嘌啉核嘌啉核) )苷苷 guanosine (guanosine (GuoGuo) ) 鸟鸟( (嘌啉核嘌啉核) )苷苷 cytidine (cytidine (CydCyd) ) 胞胞( (嘧啶核嘧啶核) )苷苷 thymidinethymidine ( (ThdThd) ) 胸胸( (腺嘧啶脱氧核腺嘧啶脱氧核) )苷苷 uridine (uridine (UrdUrd) ) 尿尿( (嘧啶核嘧啶核) )苷苷 ribonucleribonucle ide ide 核糖核苷酸核糖核苷酸 （） adenosine 5- mono (di, tri) phosphast

15、eadenosine 5- mono (di, tri) phosphaste； AMP, ADP, ATPAMP, ADP, ATP deoxyribonucleodeoxyribonucleo ide ide 脱氧核糖核苷脱氧核糖核苷 deoxyadenosine (deoxyadenosine (dAdodAdo) ) deoxyribonucleodeoxyribonucleo ide ide 脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸 dAMP, dADP, dAMP, dADP, dATPdATPdNTPdNTPDNADNA中的四种碱基及它们间的氢键中的四种碱基及它们间的氢键胞嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶

16、胸腺嘧啶鸟嘌啉鸟嘌啉腺嘌啉腺嘌啉TCAGDNA的水解产物中的水解产物中有碱基、磷酸、脱有碱基、磷酸、脱氧核糖、核苷、核氧核糖、核苷、核苷酸等，因而推测苷酸等，因而推测DNA的骨架结构为的骨架结构为CH3RNA分子中的四个碱基分子中的四个碱基RNA分子与分子与DNA分分子的区别只在一个子的区别只在一个羟基，羟基，T vs U， 但但就这点区别，就这点区别，RNA分子的化学性质比分子的化学性质比DNA活泼得多。活泼得多。 碱基一般以酮式存在，而不是醇烯式碱基一般以酮式存在，而不是醇烯式（p338p338）；）； 碱基中的碱基中的H H原子一般不移动，因此很少有原子一般不移动，因此很少有亚氨基团（亚

17、氨基团（p338p338）；）； 在中性在中性pHpH条件下，参与氢键的条件下，参与氢键的-NH-NH2 2基均基均不带电荷，这是杂环电子共轭以及氢键不带电荷，这是杂环电子共轭以及氢键的共同作用的结果，否则双螺旋结构不的共同作用的结果，否则双螺旋结构不会稳定；会稳定；DNA双螺旋分子的钠盐结晶双螺旋分子的钠盐结晶结构一共发现了三种，分别结构一共发现了三种，分别 命名为命名为A、B和和C型。其中型。其中B型型与与Watson-Crick提出的模型一提出的模型一致，致，A和和C型在低相对湿度的型在低相对湿度的条件下形成，它们的螺距都比条件下形成，它们的螺距都比B型要短。型要短。Z型型DNA首先在富首先在富含含GC的的DNA短片段中发现，短片段中发现，后用抗体证明天然后用抗体证明天然DNA中也中也有，它是一种左旋螺旋，在细有，它是一种左旋螺旋，在细胞中可能其着帮助解链和调控胞中可能其着帮助解链和调控基因表达的