【正文】 entical dimensions, allowing the two sugar– phosphate backbones to adopt identical helical conformations. (5) 大多數(shù)天然 DNA屬雙鏈DNA(doublestranded DNA, dsDNA)，某些病毒如 ΦX174和 M13的 DNA為單鏈 DNA(singlestranded DNA, ssDNA)。 廣角的一側(cè)形成 大溝 (major groove), 其寬度為。 Helical twist and propeller twist in DNA. (a) Successive base pairs in BDNA show a rotation with respect to each other (socalled helical twist) of 36176。雙螺旋每轉(zhuǎn)一周有10個(gè)堿基對(duì)，每轉(zhuǎn)的高度(螺距 )為 (圖 218)。事實(shí)上， Watson和 Crick在提出雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時(shí)，已經(jīng)考慮到 DNA復(fù)制問(wèn)題，并很快提出了半保留復(fù)制假說(shuō)。由于堿基對(duì)的大小基本相同，所以無(wú)論堿基序列如何，雙螺旋 DNA分子整個(gè)長(zhǎng)度的直徑相同， 螺旋直徑為 2nm。末端相對(duì)，兩條鏈的糖 磷酸交替排列形成的主鏈沿共同的螺旋軸扭曲成右手螺旋 (圖 216)。若分別從pH2和 pH12將 DNA溶液滴定到 pH7，可得圖中的曲線 II，非緩沖區(qū)在 pH6～ 9之間，說(shuō)明只有當(dāng) pH大于 6和小于 9時(shí)，單鏈的 DNA才能形成雙鏈。 DNA的滴定曲線 從 pH7用鹽酸滴定到 pH2，用 NaOH滴定到 pH12，可得到圖 215的曲線 I。 雙螺旋結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)依據(jù) X射線衍射數(shù)據(jù) Franklin和 Wilkins發(fā)現(xiàn)不同來(lái)源的 DNA纖維具有相似的 X射線衍射圖譜，而且延長(zhǎng)軸有 化 ，說(shuō)明 DNA可能有共同的空間結(jié)構(gòu)。隨后序列測(cè)定方法不斷改進(jìn)，現(xiàn)時(shí) DNA序列測(cè)定已走向自動(dòng)化，包括人類在內(nèi)的幾十個(gè)物種的 DNA全序列測(cè)定已經(jīng)完成。羥基是游離的， G的 539。 pApCp↓GpU表示水解后 C的 339。 phosphodiester bridges link nucleotides together to form polynucleotide chains. 核酸結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)寫式 用簡(jiǎn)寫式表示核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)時(shí)，用 p表示磷酸基團(tuán)，當(dāng)它放在核苷符號(hào)的左側(cè)時(shí)，表示磷酸與糖環(huán)的 539。末端和一個(gè) 339。, 539。磷酸相連。 用 陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 分離上述四種核苷酸時(shí)，先在低pH(例如 )下使它們都帶上凈正電荷 (UMP除外 )，經(jīng)離子交換作用結(jié)合到樹(shù)脂上，然后用 pH或鹽離子濃度遞增的緩沖液進(jìn)行洗脫。 在 ，各種核苷酸的第一磷酸基已完全解離，帶 1個(gè)單位的負(fù)電荷，第二磷酸基完全未解離?？梢钥闯?，當(dāng)pH處于第一磷酸基和堿基解離曲線的 交點(diǎn) 時(shí)，二者的解離度剛好相等。由于堿基的紫外吸收光譜受堿基種類和解離狀態(tài)的影響，故測(cè)定核苷酸的紫外吸收時(shí)應(yīng)注意在一定的 pH下進(jìn)行。很多原核生物(如大腸桿菌 )、真核生物 (如酵母菌 )和哺乳動(dòng)物都存在 A5?pppp539。環(huán)核苷酸是在細(xì)胞內(nèi)一些因子的作用下，由某種核苷三磷酸(NTP)在相應(yīng)的環(huán)化酶作用下生成的， cAMP和 cGMP的結(jié)構(gòu)式如圖 211所示。cyclic adenosine monophosphate, cAMP)是一些激素發(fā)揮作用的媒介物，被稱為這些激素的第二信使。 哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的 339。核苷三磷酸化合物在生物體的能量代謝中起著重要的作用，在所有生物系統(tǒng)化學(xué)能的轉(zhuǎn)化和利用中普遍起作用的是 ATP。 Structures of the four mon ribonucleotides—AMP, GMP, CMP, and UMP—together with their two sets of full names, for example, adenosine 539。核苷酸 (圖 29)，所以通常將核苷 539。脫氧核苷酸的五碳糖上只有 2個(gè)自由羥基，只能生成 339。核苷中的核糖有 3個(gè)自由的羥基，均可以被磷酸酯化，分別生成239。常見(jiàn)的修飾核苷符號(hào)有：次黃苷或肌苷 (inosine)為 I，黃嘌呤核苷 (xanthosine)為 X，二氫尿嘧啶核苷(dihydrouridine)為 D，假尿嘧啶核苷 (pseudouridine)為 ψ。在 tRNA中有少量尿嘧啶的第 5位碳原子與核糖的 139。體內(nèi)核酸大分子中的堿基一般也是以酮式存在的。在一些核酸中還存在少量的其它修飾堿基，如次黃嘌呤、二氫尿嘧啶、 5甲基尿嘧啶 (胸腺嘧啶 )、 4硫尿嘧啶等。 DNA和 RNA均含有腺嘌呤和鳥嘌呤 (圖 24)，但二者所含的嘧啶堿有所不同， RNA主要含胞嘧啶和尿嘧啶， DNA則含胞嘧啶和胸腺嘧啶(5甲基尿嘧啶，圖 25 ，圖 26)。一側(cè)，稱 內(nèi)式 (endo)，若偏向另一側(cè)則稱之為 外式 (exo)。 239。某些 RNA中含有少量的 D2O甲基核糖，即核糖的第 2個(gè)碳原子上的羥基已被甲基化， D核糖和 D2脫氧核糖的結(jié)構(gòu)式如圖 22所示。 RNA的主要作用是從 DNA轉(zhuǎn)錄遺傳信息，并指導(dǎo)蛋白質(zhì)的生物合成。原核生物的染色體是由一個(gè)環(huán)狀DNA分子和少量蛋白質(zhì)構(gòu)成的，真核生物的染色體則是由DNA和約等量的蛋白質(zhì)構(gòu)成的。 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)。 The AveryMacLeodMcCarty experiment. When injected into mice, the encapsulated strain of pneumococcus is lethal, whereas the nonencapsulated strain, like the heatkilled encapsulated strain, is harmless. Earlier research by the bacteriologist Frederick Griffith had shown that adding heatkilled virulent bacteria (harmless to mice) to a live nonvirulent strain permanently transformed the latter into lethal, virulent, encapsulated bacteria. Avery and his colleagues extracted the DNA from heatkilled virulent pneumococci, removing the protein as pletely as possible, and added this DNA to nonvirulent bacteria. The DNA gained entrance into the nonvirulent bacteria, which were permanently transformed into a virulent strain. 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。 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)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。 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 (ribonucleic acid, RNA)和 脫氧核糖核酸 (deoxyribonucleic acid, DNA)?；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)。 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)。 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。 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。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。 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)。 （ 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)，而不是充當(dāng)遺傳信息的載體。 the viral ghosts contained no radioactivity. The cells infected with 35Slabeled phage were found to have no radioactivity after blender treatment, but the viral ghosts contained 35S. Progeny virus particles (not shown) were produced in both batches of bacteria some time after the viral coats were removed, indicating that the geic message for their replication had been introduced by viral DNA, not by viral protein. 現(xiàn)已證明，除少數(shù)病毒以 RNA為遺傳物質(zhì)外， 多數(shù)生物體的遺傳物質(zhì)是 DNA。 RNA主要存在于細(xì)胞質(zhì)中，核內(nèi) RNA只占 RNA總量的約 10%。 戊糖 RNA和 DNA兩類核酸是因所含的戊糖不同而分類的， RNA含 D核糖， DNA含 D2脫氧核糖 。在核苷中，戊糖中的原子編號(hào)改為 139。核糖和脫氧核糖均為 βD型呋喃糖，通常糖環(huán)的 4個(gè)原子處于同一平面，另一個(gè)原子偏離平面，若突出的原子偏向 C539。內(nèi)式 (圖 23) 核酸中的堿基有 嘌呤和嘧啶 兩大類，圖 24中嘌呤環(huán)和嘧啶環(huán)中各原子的編號(hào)是目前國(guó)際上普遍采用的統(tǒng)一編號(hào)。稀有堿基是主要堿基經(jīng)過(guò)化學(xué)修飾生成的，因此也可稱作 修飾堿基 。 含氧的堿基有 烯醇式和酮式 兩種互變異構(gòu)體 (圖 27)，在生理 pH條件下主要以酮式存在。碳原子通常與嘌呤堿的第 9氮原子或嘧啶堿的第 1氮原子相連。 The mon ribonucleosides—cytidine, uridine, adenosine, and guanos