核酸的发现.doc

第二章 组成细胞的分子
第3节 核酸
核酸的发现:
　　核酸的发现已有１００多年的历史，但人们对它真正有所认识不过近６０年的事。远在１８６８年瑞士化学家米歇尔（Miesher,F.1844－1895），首先从脓细胞分离出细胞核，用碱抽提再加入酸，得一种含氮和磷特别丰富的沉淀物质，当时曾叫它做核质。１８７２年又从鲑鱼的精子细胞核中，发现了大量类似的酸性物质，随后有人在多种组织细胞中也发现了这类物质的存在。因为这类物质都是从细胞核中提取出来的，而且都具有酸性，因此称为核酸。过了多年以后，才有人从动物组织和酵母细胞分离出含蛋白质的核酸。
　　本世纪２０年代，德国生理学家柯塞尔（Kossel,A.1853-1927）和他的学生琼斯（Johnew,W.1865-1935）、列文（Levene,P.A.1896-1940）的研究结果，才搞清楚核酸的化学成分及其最简单的基本结构。证实它是由四种不同的碱基，即腺嘌呤（Ａ）、鸟嘌呤（Ｇ）、胸腺嘧啶（Ｔ）和胞嘧啶（Ｃ）及核糖、磷酸等组成。其最简单的单体结构是碱基－核糖－磷酸构成的核苷酸。１９２９年又确定了核酸有两种，一种是脱氧核糖核酸（ＤＮＡ），另一种是核糖核酸（ＲＮＡ）。核酸的分子量比较大，一般由几千到几十万个原子组成，分子量可达十一万至几百万以上，是一种生物大分子。这种复杂的结构决定了它的特殊性质。１９２８年生理学家格里菲斯（Griffith,J.） ，在研究肺炎球菌时发现肺炎双球菌有两种类型：一种是Ｓ型双球菌，外包有荚膜，不能被白血球吞噬，具有强烈毒性；另一种是Ｒ型双球菌，外无荚膜，容易被白血球吞噬，没有毒性。格里菲斯取Ｒ型细菌少量，与大量已被高温杀死的有毒的Ｓ型细菌混在一起，注入小白鼠体内，照理应该没有问题。但是出乎意料，小白鼠全部死亡。检验它的血液，发现了许多Ｓ型活细菌。活的Ｓ型细菌是从那里来的呢？格里菲斯反复分析认为一定有一种什么物质，能够从死细胞中进行活的细胞中，改变了活细胞的遗传性状，把它变成了有毒细菌。这种能转移的物质，格里菲斯把它叫做转化因子。细菌学家艾弗里（Avery,O.T.1877－1955），认为这一工作很有意义，立刻研究这种转化因子的化学成分。
　　在１９４４年得到研究的结果，证明了转化因子就是核酸（ＤＮＡ），是ＤＮＡ将Ｒ型肺炎双球细菌转化为Ｓ型双球细菌的信息载体。但是，这样重要的发现没有被当时的科学有所接受，主要原因是过去错误假说的影响。以前科塞尔发现核酸时，文列等化学家曾错误地认为核酸是由四个含有不同碱基的核苷酸为基础的高分子化合物，其中四种碱基的含量为１：１：１：１。在这个错误假说的影响下，对艾弗里的新发现提出了种种责难，怀疑他的实验是不严格的，很可能在做实验时带入了其它蛋白质，因而产生了与文列假说不符合的现象。艾弗里在大量舆论的压力下，也不敢坚持他的正确结论，也采取了模棱两可的说法：“可能不是核醋自有的性质，而是由于微量的、别的某些附着于核酸上的其它物质引起了遗传信息的作用。”后来，美国生理学家德尔布吕克（Delbuck,M.1906－1981）发现噬菌体比细菌还小，只有ＤＮＡ和外壳蛋白，构造简单、繁殖快，是研究基因自我复制的最好材料。于是组成噬菌体研究小组，开始选用大肠杆菌和它的噬菌体研究基因复制的工作。１９５２年小组成员赫希尔（Heishey,A.D.1908－）和蔡斯（Chase,M.），用同位素标记法进行实验。他们的实验进一步证明了ＤＮＡ就是遗传物质基础。差不多与此同时，还有人观察到凡是分化旺盛或生长迅速的组织，如胚胎组织等，其蛋白质的合成都很活跃，ＲＮＡ的含量也特别丰富，这表明ＲＮＡ与蛋白质的生命合成之间存在着密切的关系。
　　由于核酸生物学功能的发展，进一步促进了核酸化学的发展。尤其是本世纪的５０年代以来，用于核酸分析的各种先进技术不断的创造和使用，用于核酸的提取和分离方法的不断革新和完善，从而为研究核酸的结构和功能奠定了基础。核酸分子中各个核苷酸之间的连接方式已有所认识，ＤＮＡ分子的双螺旋结构学说已经提出，有关核酸的代谢、核酸在遗传中以及在蛋白质生物合成中的作用机理，也都有了比较深入的认识。近年来，遗传工程学的突起，在揭示生命现象的本质，用人工方法改变生物的性状和品种，以及在人工合成生命等方面都显示了核酸历史性的广阔远景。
（1）核酸的基本单位——核苷酸
提问：蛋白质分子是高分子化合物，构成蛋白质分子的基本单位是什么？（学生回答：氨基酸。）

核酸和蛋白质一样也是高分子化合物。其分子量也很大，约有几十万至几百万，试想这种高分子化合物，会不会也是由许许多多的基本单位构成的呢？回答是的，那么构成核酸的基本单位是什么呢？现已知道是核苷酸。

这就是一个核苷酸的结构图：这图标明了一个核苷酸由三部分组成：由一分子含氮碱基，一分子磷酸，一分子五碳糖组成。

（2）核酸的组成元素
核酸的组成元素是C、H、O、N、P等五种。

练习：
1．下列物质中，仅由C、H、O组成的化合物是 [　　　 ]
A．淀粉和脂肪 B．葡萄糖和脂类
C．蛋白质和脂肪 D．糖类和核酸
2．生化分析某有机分子样品，得知该物质含：C、H、O、N、P等基本元素，这物质最可能是下列______物质。 [　　　 ]
A．淀粉 B．脂肪 C．核酸 D．葡萄糖

（3）核酸的种类和分布
在细胞中核酸分两大类：这两大类核酸物质从化学结构看，是由于构成它们的基本单位——核苷酸（指图讲解）在结构上有区别，其主要区别在于：一类的五碳糖是脱氧核糖，另一类的五碳糖是核糖。

含有脱氧核糖的核苷酸，聚合而成的高分子物质叫脱氧核糖核酸，简称DNA。
含有核糖的核苷酸，聚合而成的高分子物质叫核糖核酸，简称RNA。
除五碳糖不同外，另外（指图说明）在这个含氮碱基位置上，还存在个别种类的差别。

练习：
1．由一个分子的含氮碱基，一分子五碳糖，一分子磷酸组成的化合物叫 [　　　 ]
A．核糖核酸 B．脱氧核酸 C．核苷 D．核苷酸
2．核酸分为____、____两大类，分别简称____、____。
（4）核酸的分布
1．找出并勾划出DNA在细胞什么结构中分布。
2．找出并勾划出RNA在细胞什么结构中分布。
DNA主要存在于细胞核的染色体上，少量存在于细胞质的叶绿体和线粒体中；RNA主要存在于细胞质和细胞核的核仁上，少量存在于染色体上
（一）DNA的分布
核酸广泛分布于各类生物细胞中，一般占细胞干重的5%~15%。在真核细胞中，95%～98%的DNA分布于细胞核中，DNA与组蛋白结合成染色体的形式存在，每个染色体含有一个高度压缩的DNA分子。线粒体、叶绿体中也有少量DNA存在，但不与蛋白质结合，且比细胞核中的染色体DNA要小得多。在原核细胞中，DNA存在于细胞质中的核质区，通常只含有一个高度压缩的单纯DNA分子，也称为染色体（但与真核细胞的染色体不同）。有关大肠杆菌的研究表明，它的染色体是一个环状的DNA分子。在某些细菌中还存在一些游离于染色体之外的小的DNA分子，称为质粒。
（二）RNA的分布
RNA主要存在于细胞质中，约占总量的90%，细胞核中也有少量的存在，约占总量的10%。
病毒是非细胞形态的生物，主要由蛋白质和核酸组成。在病毒内部含有核酸，或是DNA，或是RNA，据此划分为DNA病毒和RNA病毒。
上述两大类核酸在细胞内的分布状况是与它们的功能相一致的。细胞中的DNA起着贮存和传递遗传信息的作用。细胞质中的RNA在核内接受了DNA的“指令”，到细胞质指导并直接参与蛋白质的合成。

（5）核酸的功能
各种生物体的细胞内部都有核酸的存在，核酸的分子结构的不同决定了生物性状表达的不同。现代科技证明，一定的核酸分子结构，决定了一定结构的蛋白质分子。核酸的结构无疑蕴藏着大量的遗传信息，通过指导合成蛋白质来表达生物的遗传性状。由此看，核酸分子的稳定或改变。决定了生物的遗传和变异现象。
大量事实证明，核酸是一切生物的遗传物质，对生物体遗传变异有密切关系，也是蛋白质生物合成不可缺少的物质。
十大功能：
⑴有助于基因的养育和损伤基因的自主修复；
⑵保证人体的能量供应；
⑶抗氧化、清除促使人体疾病和老化的自由基；
⑷提高免疫力；
⑸改善微循环；
⑹调节营养平衡功能；
⑺促进大脑神经细胞的分裂，增强记忆力；
⑻调整微生态平衡；
⑼促进骨骼发育；
⑽确保细胞分裂代数，延缓细胞衰老，延长人的寿命。
练习：
下列关于核酸的叙述是正确的 [　　　 ]
A．核酸的基本单位是脱氧核苷酸
B．核酸是一切生物的遗传物质
C．除病毒外，一切生物都有核酸
D．核酸与蛋白质生物合成无关

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