《核酸的結(jié)構(gòu)和功能》PPT課件

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1、第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能20世紀(jì)50年代初，核酸是遺傳物質(zhì)得到公認(rèn)。1953年Watson和Crick提出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，從此，核酸的研究成了生命科學(xué)中最活躍的領(lǐng)域之一。分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)等新興學(xué)科隨之興起，極大地推動(dòng)了生命科學(xué)的發(fā)展進(jìn)程。對(duì)核酸結(jié)構(gòu)和功能的深入研究，和一系列工具酶的使用，推動(dòng)了分子生物學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的快速發(fā)展?；虻膹?fù)制和轉(zhuǎn)錄，分子雜交和基因芯片，DNA序列的測(cè)定，基因的克隆和表達(dá)，基因表達(dá)的調(diào)控等均以核酸結(jié)構(gòu)和功能的研究為基礎(chǔ)。因此，對(duì)生命科學(xué)工作者而言，掌握核酸的結(jié)構(gòu)和功能是至關(guān)重要的。2.1DNA是主要的遺傳物質(zhì)

2、1869年Miescher從細(xì)胞核中分離出含磷很高的酸性化合物，稱為核素(nuclein)，1889年Altman制備了不含蛋白質(zhì)的核酸制品，命名為核酸(nucleicacid)。Miescher在1892年曾推測(cè)核酸可能是遺傳物質(zhì)，但遺憾的是1940年代之前，這一推論未能得到實(shí)驗(yàn)的證實(shí)，也未得到學(xué)術(shù)界的重視。1910年Kossel證明核酸的主要成分是核糖、磷酸和堿基，1924年Feulgen根據(jù)核酸所含核糖的結(jié)構(gòu)差別，將核酸分為核糖核酸(ribonucleicacid,RNA)和脫氧核糖核酸(deoxyribonucleicacid,DNA

3、)。Kossel的學(xué)生Levene于1909年發(fā)現(xiàn)酵母的核酸含有核糖，1929年發(fā)現(xiàn)核酸中的堿基主要是腺膘呤、鳥(niǎo)膘呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶，并證明堿基、核糖、磷酸可以組成核苷酸，核酸則是由核苷酸組成的。1930年Levene發(fā)現(xiàn)動(dòng)物細(xì)胞的核酸含有一種特殊的核糖即脫氧核糖,得出了一個(gè)錯(cuò)誤概念:植物核酸含核糖，動(dòng)物核酸含脫氧核糖。這個(gè)錯(cuò)誤概念一直延續(xù)到1938年，這時(shí)方清楚RNA和DNA的區(qū)別。Levene還提出了核酸的“磷酸-核糖(堿基)-磷酸”的骨架結(jié)構(gòu),解決了DNA分子的線性問(wèn)題,并于1935年提出“四核苷酸”學(xué)說(shuō),認(rèn)為這四種核苷酸的聚合體是構(gòu)

4、成核酸的基本單位，這一觀點(diǎn)當(dāng)時(shí)得到了廣泛認(rèn)同，一度阻礙了對(duì)核酸的研究工作。20世紀(jì)50年代以前，盡管已證明了生物體普遍含有DNA和RNA，但由于四核苷酸假說(shuō)的影響，核酸的研究未能引起足夠重視。1943年Chargaff等證明DNA中4種堿基的比例并不相等，四核苷酸假說(shuō)開(kāi)始受到質(zhì)疑。1944年Avery重做1928年Griffith的細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，從有致病能力的有莢膜細(xì)菌分離蛋白質(zhì)和DNA，分別加到無(wú)莢膜細(xì)菌(無(wú)致病能力)的培養(yǎng)液中，發(fā)現(xiàn)有莢膜細(xì)菌的DNA，可以使無(wú)莢膜細(xì)菌轉(zhuǎn)化為有莢膜細(xì)菌，而蛋白質(zhì)沒(méi)有這種作用，說(shuō)明DNA是遺傳物質(zhì)。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.但由于四核苷酸假說(shuō)的影響，這一結(jié)果一度受到質(zhì)疑，理由是：（1）因認(rèn)為蛋白相對(duì)分子質(zhì)量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，二十種氨基酸的排列組合將是個(gè)天文數(shù)字，可作為一種遺傳信息。而DNA相對(duì)分子質(zhì)量小，只含4種不同的堿基，人們一度認(rèn)為不同種的有機(jī)體的核酸只有微小的差異。（2）認(rèn)為轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中DNA并未能提得很純，還附有其它物質(zhì)。（3）即使轉(zhuǎn)化因子確實(shí)是DNA，但也可能DNA只是對(duì)莢膜形成起著直接的化學(xué)效應(yīng)

8、，而不是充當(dāng)遺傳信息的載體。Avery的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，加入蛋白酶和去除脂類并不影響DNA引起的轉(zhuǎn)化作用，排除了上述質(zhì)疑，證明了DNA是遺傳物質(zhì)。1952年Hers