浙江大學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)筆記a0-核酸化學(xué)

核酸化學(xué)研究史（1）1869年Miescher,博士論文工作中測(cè)定淋巴細(xì)胞蛋白質(zhì)組成時(shí),發(fā)現(xiàn)了不溶于稀酸和鹽溶液的沉淀物,并在所有細(xì)胞的核里都找到了此物質(zhì),故命名"核質(zhì)(Nuclein)"1879年Kossel經(jīng)過(guò)10年的努力,搞清除核質(zhì)中有四種不同的組成部分:A,T,C和G；核酸研究史1核酸化學(xué)研究史（2）1889年Altman建議將“核質(zhì)”改名為“核酸”,因?yàn)橐呀?jīng)認(rèn)識(shí)到“核質(zhì)”乃“核酸”與蛋白質(zhì)的復(fù)合體。1909年Levene發(fā)現(xiàn)酵母的核酸含有核糖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－－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,還在1935年提出"四核苷酸",認(rèn)為這四種堿基的含量是一樣的。核酸研究史2核酸化學(xué)研究史（3）1950年Chargaff,E和Hotchkiss,R.D.采用紙層析法仔細(xì)分析了DNA的組成成分,得知[A]=[T],[G]=[C],[A+G]=[C+T]1953年Watson,Crick根據(jù)DNA的X射線圖譜的研究結(jié)果,提出了DNA的雙螺旋模型(Doublehelix)。幾星期后提出了半保留式復(fù)制模型。1957年Meselsnhe&Stahl用密度梯度超離心法,證實(shí)半保留復(fù)制假說(shuō)。核酸研究史3核酸化學(xué)研究史（4）1958年Kornberg得到高純度的DNApolymerase,這種酶需要一個(gè)模板DNA。1960年Cairns索性將復(fù)制中的細(xì)菌DNA的電鏡照片拍了下來(lái)。1970年發(fā)現(xiàn)第一個(gè)DNA限制性內(nèi)切酶。1972年DNA重組技術(shù)的建立。1978年雙脫氧DNA測(cè)序法的建立。1990年人類基因組計(jì)劃實(shí)施。核酸研究史4核酸研究史5核酸化學(xué)研究史（5）rRNA1.早在本世紀(jì)30年代后期就發(fā)現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中都有核酸存在，但用1924年福爾根發(fā)明的染色法去染色，只能使細(xì)胞核中的核酸染色。但兩種核酸在260nm的吸收非常相似。2.1941年，細(xì)胞學(xué)家J.Brachet和T.Caspersor注意到細(xì)胞質(zhì)中的核酸與蛋白質(zhì)的合成有密切的關(guān)系。3.50年代，有人用電子顯微鏡和物理化學(xué)手段發(fā)現(xiàn)大腸桿菌細(xì)胞質(zhì)的RNA常常存在于蛋白質(zhì)合成相關(guān)的顆粒中（Ф20nm,用35S進(jìn)行脈沖式標(biāo)記的實(shí)驗(yàn)證明該顆粒是蛋白質(zhì)合成的所在地），簡(jiǎn)稱核糖體。4.核糖體得到分離后，發(fā)現(xiàn)里面含RNA，即稱rRNA。Watson等發(fā)現(xiàn)rRNA的G≠C，A≠U，斷定是一單鏈分子。核酸化學(xué)研究史（6）mRNA1.1948年有人報(bào)道，當(dāng)噬菌體感染了細(xì)菌后會(huì)產(chǎn)生一種很不穩(wěn)定的RNA，而大多數(shù)是和核糖體結(jié)合在一起。2.Brenner,Jacob等人用13C，15N標(biāo)記蛋白質(zhì)，用32P標(biāo)記核酸的方法證實(shí)了這是一種新的RNA分子，命名為信使RNA,即mRNA(m,messenger)。3.1961年，Spielman創(chuàng)造了分子雜交法，通過(guò)32P

-mRNA-DNA雜交分子證明了mRNA的存在。核酸研究史6核酸化學(xué)研究史（7）tRNA1.1957年Hoagland,M.B.發(fā)現(xiàn)一類穩(wěn)定的RNA小分子，不與核糖體結(jié)合，因而不同于mRNA和rRNA。2.Crick,F.比較了核酸和氨基酸的大小和形狀后，認(rèn)為不可能在空間上互補(bǔ)，因此他對(duì)核酸→蛋白質(zhì)的信息傳遞作了以下預(yù)測(cè)：1).它是一種分子轉(zhuǎn)換器，使信息從核酸序列轉(zhuǎn)換成氨基酸序列；2).這種分子很可能是核酸；3).它不論以何種方式進(jìn)入蛋白質(zhì)翻譯系統(tǒng)的模板，都必須與模板形成氫鍵（即配對(duì)）；4).有20種分子轉(zhuǎn)換器，每種氨基酸一個(gè)；5).每種氨基酸必定還有一個(gè)對(duì)應(yīng)的酶，催化與特定的分子轉(zhuǎn)換器結(jié)合。3.1963年，Ehrenstein等人用實(shí)驗(yàn)證明了Hoagland發(fā)現(xiàn)的分子就是Crick預(yù)言的分子轉(zhuǎn)換器，即tRNA。4.1965年Holley經(jīng)過(guò)7年的努力測(cè)出酵母Ala-tRNA序列。核酸研究史7核酸化學(xué)研究史（8）遺傳密碼的破譯1953年Dounce假設(shè)DNA通過(guò)RNA將信息傳給蛋白質(zhì)，RNA上每三個(gè)核苷酸形成一個(gè)“空洞”，正好將一個(gè)個(gè)氨基酸裝進(jìn)去。該假說(shuō)允許三聯(lián)體的重疊。命中率80％1954年物理學(xué)家Gamow，與Teller等人聯(lián)手，也提出三聯(lián)體學(xué)說(shuō)，并指出不可重復(fù)的特點(diǎn)。命中率20％1957年Crick也提出了三聯(lián)體的假說(shuō)。他意識(shí)到要解決“天書(shū)”的“詞法”和“句法”，必須要有一本標(biāo)準(zhǔn)詞典，以便決定64種組合中的44種是無(wú)用的。即“簡(jiǎn)并密碼”和“閱讀框”1961年Crick在Bencer,S的突變實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，用重組法得到了+++和---型，發(fā)現(xiàn)讀框和野生型一致，從而證明了三聯(lián)體的假說(shuō)。1961年Nirenberg,Matthaei&Ochoa用生物化學(xué)手段開(kāi)始了密碼測(cè)試，得到20種氨基酸的密碼子的核酸成份。1964年Khorana合成了U和G交替的多聚核苷酸，所對(duì)應(yīng)的合成肽為VCVCVC，對(duì)照密碼子的核酸成份可以最終決定。后來(lái)合成了UUGUUUGUUG…產(chǎn)生了poly(L),poly(C)和poly(V)。1964年Nirenberg找到了更妙的突破口，合成三聯(lián)體，它能與tNRA進(jìn)行密碼子－反密碼子的堿基配對(duì)，從而影響肽鏈的合成。1966年遺傳密碼的破譯工作基本結(jié)束，Crick繪制了密碼表，提出了擺動(dòng)學(xué)說(shuō)（wobbleconcept)，及時(shí)收回了“同義詞”不存在的假設(shè)。核酸研究史8名稱與縮寫(xiě)(1)RNA：ribonucleicacid核糖核酸DNA：deoxyribonucleicacid脫氧核糖核酸pyrimidine：cytosine(Cyt)胞嘧啶嘧啶thymine(Thy)胸腺嘧啶uracil(Ura)尿嘧啶purine：adenine(Ade)腺嘌啉嘌啉guanine(Gua)鳥(niǎo)嘌啉名稱與縮寫(xiě)(2)ribonucleside核糖核苷（不帶磷酸）adenosine(Ado)腺(嘌啉核)苷guanosine(Guo)鳥(niǎo)(嘌啉核)苷cytidine(Cyd)胞(嘧啶核)苷

thymidine(Thd)胸(腺嘧啶脫氧核)苷uridine(Urd)尿(嘧啶核)苷ribonucletide核糖核苷酸（帶磷酸）adenosine5’-mono(di,tri)phosphaste；

AMP,ADP,ATPdeoxyribonucleoside脫氧核糖核苷deoxyadenosine(dAdo)……deoxyribonucleotide脫氧核糖核苷酸

dAMP,dADP,dATP……dNTPDNA中的四種堿基及它們間的氫鍵胞嘧啶胸腺嘧啶鳥(niǎo)嘌啉腺嘌啉TCAGDNA的水解產(chǎn)物中有堿基、磷酸、脫氧核糖、核苷、核苷酸等，因而推測(cè)DNA的骨架結(jié)構(gòu)為DNA的骨架結(jié)構(gòu)－CH3Ura與DNA分子中的Thy的區(qū)別RNA分子中的四個(gè)堿基RNA分子與DNA分子的區(qū)別只在一個(gè)羥基，TvsU，但就這點(diǎn)區(qū)別，RNA分子的化學(xué)性質(zhì)比DNA活潑得多。RNA的骨架結(jié)構(gòu)堿基、核苷、核苷酸的ｐＫ值堿基

adenine4.15,9.8cytosine4.5,12.2guanine3.2,9.6thymine9.9,>13核苷

adenosine3.5,12.5deoxyadenosine3.8cytidine4.15,12.5deoxycytidine4.3,>13guanosine1.6,9.2deoxyguanosine2.5uridine9.2,12.5deoxythymidine9.8,>13核苷酸