《生物化学》本科课件第12章+核酸通论

1、Nucleic Acid第12章 核酸通论什么是核酸？1868年， F. Miescher，核酸最早分离自外科绷带脓细胞的细胞核，并发现其含磷量超过当时发现的任何一种有机物，且含有很强的酸性 得名核酸。其后核酸的组成和结构被研究清楚。生物功能也初步澄清。核酸是机体重要组成部分是生命遗传信息的携带者和传递者，对于生命的延续、物种遗传特性的保持、生长发育、细胞分化等起重要作用；与生物变异（肿瘤、遗传病）也密切相关 核酸是现代生物化学、分子生物学和 医学的重要基础之一。一、核酸的发现和研究简史（一）、早期的发现186869， F. Miescher从脓细胞核中提出含磷量高的核素（nuclein），其

2、后从鲑鱼精子中提取出鱼精蛋白和核素。1885，0. Hertwig提出核素可能负责受精和遗传。1889，R. Altmann从酵母和动物组织中提取出不含蛋白质的核酸。1894， Kossel和A. Neumann 从胸腺中提取核酸，表明胸腺核酸与酵母核酸不同。 Hammars 证明酵母核酸中的糖是戊糖。（二）、核酸化学的研究1902，E. Fischer研究糖和嘌呤而获诺贝尔化学奖1910，Kossel 因核酸化学研究而获诺贝尔生理学奖。1912，P. A. Levene 认为核酸由四种核苷酸等量聚合而成。1929，Levene 确定胸腺核酸中的糖是 D-2-脱氧核糖。1943，J. N. D

3、avidson 用化学分析方法得出结论：动、植物组织均含有两类核酸。（三）、DNA 双螺旋结构模型的提出建立了统一的分子生物学1944，T. Avery 肺炎双球菌转化实验。1952，Hershey证明噬菌体感染只有 DNA 进入细菌细胞。1953，J. D. Watson 和 F. H. Crick提出DNA双螺旋结构模型。1962年与M. H. F. Wilkins 共获诺贝尔生理学奖。 1969，噬菌体小组的 M. Delbrk、A. D. Hershey和S. E. Luria获诺贝尔奖。1958年Crick总结了当时分子生物学的成果，提出了“中心法则”，即遗传信息从DNA传到RNA，

4、再传到蛋白质 （三）.DNA 双螺旋结构模型的提出建立了统一的分子生物学1959，S. Ochoa和A. Kornberg 由于酶促合成 RNA 和DNA 而获诺贝尔奖。196061，F. Jacob和J. Monod 发现 mRNA 并提出操纵子学说， 1965 年与 P. Rous一起获诺贝尔奖。1965，M. W. Nirenberg 等破译了遗传密码 1968 ，R. W. Holley .H. G. Khorana 和 M. W. Nirenburg 共获诺贝尔 奖。（四）、DNA 重组技术带来生物技术重大突破1970，H. O. Smith和 K. W. Wilcox 发现类型限制

5、性内切酶。1971，K. Danna和D. Nathans 作出 SV40 DNA 的限制性图谱 1978 年诺贝尔化学奖授予发现限制酶的 W. Arber、H. O. Smith和D. Nathans 。1972，P. Berg与其工作者将SV40 DNA与噬菌体DNA重组。1973，S. Cohen等获得第1个DNA重组体克隆。1975，F. Sanger和A. R. Coulson发明酶法DNA快速测序。（四）、DNA 重组技术带来生物技术重大突破1977，M. Maxam 和 W. Gilbert发明化学DNA测序。1980，Berg、Gilbert和Sanger共获诺贝尔化学奖。19

6、85，K Mullis发明PCR技术。1993年与发明定位诱变的M. 史密斯共获诺贝尔化学奖。DNA 重组技术引起分子生物学第二次革命，使生命科学进入大科学工程的时代，并带动了生物技术产业的迅猛发展。1986年，诺贝尔奖获得者Dulbecco在Science杂志上率先提出“人类基因组计划(简称HGP)。1990年10月美国政府决定出资30亿美元，用15年时间(19912005年)完成“人类基因组计划”。中国99年加入。后基因组时代的到来。研究重心已从揭示基因组DNA的序列转移到在整体水平上对基因组功能的研究。 （五）、当前生命科学已进入后基因组的时代功能基因组学(functional geno

7、mics)：在整体水平上对基因组功能的研究蛋白质组学(proteomics)：在整体水平上研究细胞内蛋白质组分及其活动规律的新学科结构基因组学(structural genomics)：系统测定基因组所代表全部大分子的结构，目前它仅关注于蛋白质的结构 RNA组学(RNomics)：研究所有编码RNA以及与其作用的分子和形成复合物的结构特征 最近提出蛋白质组计划 （五）、当前生命科学已进入后基因组的时代（五）、当前生命科学已进入后基因组的时代生物化学与分子生物学发展的主要方向有 3 个：结构分子生物学、神经分子生物学、以及发育分子生物学。 21 世纪这些领域将会取得巨大成果。种类：(1)脱氧核糖

8、核酸(DNA)(2)核糖核酸(RNA)共同特点：（1）遗传信息的载体（2）都由核糖、磷酸、碱基组成，只是核糖和碱基略有不同二、核酸的种类和分布 90%以上分布于细胞核，其余分布于核外如线粒体，叶绿体，质粒等。分布于胞核、胞液。(deoxyribonucleic acid, DNA)(ribonucleic acid, RNA)脱氧核糖核酸 核糖核酸携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型(genotype)。参与细胞内DNA遗传信息的表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。一、DNA1.分布：（1）原核细胞：DNA集中在核区一、DNA（2）真核细胞：DNA分布在核内，组成染色体(染色质) ；线

9、粒体、叶绿体等细胞器也含有DNA 一、DNA（3）病毒：或只含DNA，或只含RNA，从未发现两者兼有的病毒 一、DNA2. 形状：原核生物：环状双链DNA 质粒DNA：环状双链DNA 细菌等原核生物质粒染色体一、DNA真核生物：线型双链DNA，末端具有高度重复序列形成的端粒结构 线粒体、叶绿体等细胞器的DNA是环状双链DNA 病毒： DNA结构各异：环状双链、线型双链、线型单链、环状单链DNA大多为双链分子大多数是线性链状结构，少部分呈环状分子量一般都很大DNA的性质染色体是DNA的载体DNA可通过复制遗传给下一代人体23对染色体,分别来自于父母复制后的染色体DNA组成的差异决定： 细胞中蛋白

10、质、RNA的结构特征子代遗传物质来自亲代： 种瓜得瓜、种豆得豆。DNA控制细胞分化、个体形成 乃至个体的生老病死。任何一个多细胞生物的体细胞都含有 完全相同的基因组DNA。各组织器官的细胞形状各异、功能不同？ DNA表达差异基因（gene ）：开始、发育的意思古代种质（猜想)十九世纪孟德尔遗传颗粒（推断）二十世纪初摩尔根染色体是基因的载体 蛋白质？核酸？1944年DNA是基因的化学载体基因即DNA上能够编译一个蛋白质或RNA的最小单位，一个细胞内所有基因组合在一起统称为“基因组” 。DNA 所有功能本质上反映的是基因的功能基因3假基因基因间隔区DNA双螺旋Clone克隆，人工操作下的细胞无性繁

11、殖过程。给予合适的条件，任何一种体细胞都能变化为一个完整的个体体细胞克隆技术。白 绵羊的体细胞核黑 绵羊的去核卵细胞细胞质植入山羊子宫？多莉（1997.7.23）克隆人为什么要克隆人？主要是采集器官，进行器官移植，还可以复制死去的亲人。动物克隆的目的：保持牲畜优良性能不发生退化；拯救濒危生物。克隆人的方法1.提供卵细胞、体细胞2. 卵细胞去核并与体细胞融合3. 代理母亲受孕4.克隆婴儿的诞生多数畸形、流产儿 +少数早衰的克隆人为什么各国政府均反对克隆人呢？1.可预见的大量畸形儿、流产儿2. 伦理危机动摇家庭观、权利义务观“父将不父，母将不母，子将不子”科学的两面性二、RNA 1.种类：（1）转

12、移RNA(transfer RNA，tRNA):携带AA，约占总RNA的15%（2）核糖体RNA(ribosomal RNA，rRNA)：参与核糖体组成，约占总RNA的80%（3）信使RNA(messenger RNA，mRNA)：蛋白质翻译的模板，约占总RNA的3-5%二、RNA（4）小分子RNA （small RNA， sRNA）:80年代以来发现新的具有特殊功能的RNA核内小RNA(small nuclear RNA，snRNA)核仁小RNA(small nucleoar RNA，snoRNA)胞质小RNA(small cytoplasmic RNA，SCRNA) 反义RNA(antis

13、ense RNA)核酶(ribozyme) 功能：1.调控基因表达；2.参与生物分子组成；3.转录后加工，控制蛋白质合成等mRNA (信使RNA)约占总RNA的5%不同细胞的mRNA链长和分子量差异很大其功能是将DNA的遗传信息传递到蛋白质合成基地 核糖核蛋白体。Messenger RNAtRNA (转移RNA)约占总RNA的10-15%在蛋白质生物合成中翻译AA信息、将相应AA转运到核糖核蛋白体每一个AA至少有一个相应的tRNAtRNA分子大小相似，一般为73-78个核苷酸Transfer RNArRNA (核糖体RNA)约占全部RNA的80%是核糖核蛋白体的主要组成部分功能与蛋白质生物合成

14、相关。Ribosome RNA二、RNA2.分布：原核生物和病毒：三种RNA分布于细胞质真核生物：tRNA和rRNA主要分布于细胞质中；细胞核中也有；mRNA从核中转录出来到细胞质中翻译；RNA的种类、分布、功能除了上述三种RNA外，细胞的不同部位存在的许多其他种类的小分子RNA，统称为非mRNA小RNA(small non-messenger RNAs, snmRNAs)。 核糖体RNA核内不均一RNA核内小RNA细胞核和胞液线粒体功能rRNAmRNA mtrRNAtRNAmtmRNAmttRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核糖体组分蛋白质合成模板转运氨基酸成熟mRNA的前体参与hnRNA的剪接、转运rRNA的加工、修饰蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组分RNA信使RNA转运RNARNA核内小胞浆小RNA细胞核和胞液线粒体功能rRNAmRNA mtrRNAtRNAmtmRNAmttRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 蛋白质合成模板转运氨基酸的前体的加工、修饰蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组分核仁小RNA含量80510-15三、核酸的生物功能（一）DNA是主要的遗传物质1944 ， O. Avery肺炎双球菌转化实验1952 ， A.D Hers