第二章 走入基因-1
—1895)发现的。他为了想搞清楚细胞核的化学性质,用盐酸处理脓细胞;以稀碱分离出核,经沉淀后分析其中的成分,发现氮和磷的含量特别高。
由于这类物质是从细胞核中分离出来的,又都表现为酸性,故人们把它叫做核酸。后来,经过许多科学家的研究,终于搞清楚核酸是由核音酸作为基本单位组成的聚合物。接着酸本身也是比较复杂的化合物,它是由戊糖、碱基和磷酸三个部分组成的。根据组成核酸的核音酸中戊糖种类的不同,可将核酸分成两大类,即核糖核酸(简称RNA)和脱氧核糖核酸(简称DNA)。前者的戊糖部分是核糖。后者是脱氧核糖。除了糖组分不同外,这两类核酸中所含的碱基种类也不完全相同。RNA含腺源哈(用A表示),鸟瞟吟(用G表示)、胞呼峻(用C表示)和尿晓晚(用U表示)。DNA则含A、G、C、t(胸腺呼陡)而没有U。实际上,DNA和RNA的碱基只有一个不同,即在RNA中t为U所代替。核着酸按255所含碱基不同,分别叫腺着酸(AMP)或脱氧腺着酸(dAMP)、鸟着酸(GMP)或脱氧鸟昔酸(dGMP)、胞音酸(CMP)或脱氧胞着酸(dCMP)、尿着酸(U’MP)和脱氧胸腺着酸(dtMP)等。这些核音酸是通过脱水绩合作用而成为聚合物的。在核酸分子中,核音酸的排列是有一定顺序的,这种核高酸的线性序列就是核酸的一级结构。虽然组成DNA或RNA的核音酸只有4种,但是由于它们排列顺序的不同,便可构成核酸分子的多样性。假定一个核酸分子是由100个4种不同核音酸组成的。那么它就可能提供4‘ho这么多种不同的排列顺序。
在没有搞清楚DNA的三维结构(或空间结构)之前,要想从其化学本性来说明它的遗传职能,是很困难的。这个问题亟需解决。1953年,沃森(J.D.ason,1928-)和克里克(F.,C配G,每对碱基处于同一平面,不同碱基对互相平行,而和中心轴垂直。图3—5是DNA分子双螺旋结构模式图。(A)是以骨架形式展示出来的DNA模型。(B)是DNA的填充空间模型。
很明显,这样一个分子模型包含有相当大的生物学意义。它首次为生物的生殖和遗传提供了化学基础。正如沃森和克里克所说的,“DNA双螺旋模型的碱基特异性配对的原则,立即展示出遗传物质可能有的复制机制。”还提出,“倘若得知配对键的一侧碱基的实际顺序,人们就可以写下另一侧的碱基的精确顺序。因此可以说,一条链是另一条的互补链,正是这一特征提示着DNA分子为什么会自我复制。
沃森和克里克的预言,不久(195年)便为梅塞尔松(M.Meseson,1930-)等人的工作所证实。1963年,美国科学家凯恩斯(c劝ms)还用电子显微镜和放射自显影技术相结合的方法,成功地拍摄到大肠杆菌DNA复制过程的图象,从而直接证明沃森和克里克对于DNA复制推测的正确性。
验明DNA是基因的化学实体并确定它的双螺旋结构和复制机制是划时代的事件,它使经典遗传学的基因概念发生了深刻的变化。按照经典遗传学的理解,基因是抽象的、不可分的遗传单位。而DNA被确定为基因的化学实体之后,基因却是个实实在在的化学分子,基因的概念被定义为DNA的一个有遗传功能的片段,这个片段带有通常为蛋白质和RNA编码的一个遗传信息单位。或者说,基因就是一个具有特定的连续的核音酸线性序列。以噬菌体M%为例,它是由3569个核音酸组成的单链RNA分子(在一些生物中RNA也可作为遗传物质),共有三个基因,分别负责A蛋白、外壳蛋白和RNA复制酶的合成,称之为A蛋白基因外壳蛋白基因和RNA复制酶基因。现在已经搞清楚,在M%RNA分子的开头有由