核酸是生命的物质基础

核酸是生命的物质基础

两种核酸RNA和DNA

生物所特有的生长和繁殖机能以及遗传与变异的特征都是核蛋白在起着主要作用，就连无细胞结构的病毒也不例外。核蛋白是由蛋白质和核酸所组成的结合蛋白质。蛋白质是生物体用以表达各项功能的具体工具，而核酸是生物用来制造蛋白质的模型。没有核酸，就没有蛋白质，核酸是生命的物质基础。所以，核酸也成了现代科学研究最吸引人的领域之一。

核酸是高分子化合物，构成核酸的单体是核苷酸。核苷酸完全水解可生成3种不相同的化合物——磷酸、戊糖及嘧啶或嘌呤的有机碱性化合物（称为碱基）。其中，嘧啶的衍生物有3种：尿嘧啶，胞嘧啶和胸腺嘧啶；嘌呤的衍生物有两种：腺嘌呤和鸟嘌呤。

核酸按其分解后所得戊糖的组成不同可以分成两大类：核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。DNA主要存在于细胞核内，它分解后得到戊糖为D－2－脱氧核糖；RNA分解得到的戊糖是D－核糖，它主要存在于细胞质中。核酸中两种核糖与上述的5种碱基形成的糖苷统称为核苷。核苷酸是核苷的膦酸酯。由DNA水解得的核苷酸称为脱氧核糖核苷酸，由RNA来的核苷酸称为核糖核苷酸。两大类核酸DNA和RNA，虽各由4种核苷酸单体组成，但与蛋白质一样，生物体在合成核酸的过程中和合成之后，作了一些加工、修饰工作，使这些分子具有一些各自的特殊功能。

核酸是遗传物质

图7－1　DNA的双螺旋结构

人人皆知，种瓜得瓜、种豆得豆。这是为什么呢？原来一切生物都有能把自己的性状传给后代的特性，这就叫遗传。我们把遗传因子叫基因，基因排列在细胞核的染色体上。1869年瑞士科学家米歇尔研究细胞核时发现，细胞核里有一种含磷物质，性质与蛋白质完全不同，他称之为核素，20年后人们发现它有酸性，改称核酸。现已证明核酸是基因的分子基础，由核酸构成的DNA能够忠实地复制自己，一变为二，二变为四……构成千千万万个细胞。1953年克拉克和沃森提出了DNA的双螺旋模型（见图7－1），能够很好地说明复制过程。

如图7－2所示，这些分子的双螺旋可以先分成两个单螺旋，也就是说两个链散开了，每一个链都存在半个分子，这半个分子能够负责合成它所失去的那一半，起了模具的作用。这样，原来只有一个分子的地方就形成了两个分子，并与原来的分子完全一样。

图7－2　DNA复制机制示意图

核酸参与蛋白质的合成

核酸在生物的遗传变异、生长发育以及蛋白质合成中起着重要作用。在有机体内合成或从外界获取的各种氨基酸进入细胞后就可以合成蛋白质。蛋白质的生物合成与核酸有密切关系。目前认为，在一般生物体内蛋白质的合成是由DNA通过RNA决定的。

生物体的每一个细胞内都有携带遗传密码的DNA。DNA将特殊信息传给mRNA（信使核糖核酸），mRNA接受信息后移至核糖体，当mRNA向前传送时，tRNA（转移核糖核酸）接受mRNA的信息，得知如何排列组成蛋白质的氨基酸，每个tRNA将不同氨基酸摆放在适当位置，当tRNA将氨基酸一个接一个地排列成长链后就形成了蛋白质。

由于核酸在有机体内的重要性，随着核酸化学和生物化学研究的发展，人们必将逐步揭开生命的秘密，为科学和技术开拓宏伟的前景。

对DNA、RNA研究最早的当属英国的生物化学家桑格（1918—　）和伯格（1926—　）。桑格从20世纪40年代初就致力于蛋白质的研究，是这方面研究中最有成就者，曾两次获得诺贝尔奖。1958年，由于最早确定了胰岛素的结构，测定了胰岛素51个氨基酸的序列而获得诺贝尔化学奖。此后，他又从事RNA和DNA的结构分析法的研究，并巧妙地设计出一种测定DNA内核苷酸排列顺序的方法——直读法，成功地测定了某种噬菌体完整DNA分子的全部核苷酸排列顺序。由于这一新的成就，1980年再次与伯格和美国生物学家吉尔伯特（1932—　）共同获得诺贝尔化学奖。20世纪70年代初期，伯格开始研究正常细胞发生癌变的机理，并成功地将猴SV₄₀病毒的有关基因通过噬菌体为媒介，移植入大肠杆菌的遗传物质中，从而首次实现用两个不同种属重组DNA。在重组DNA过程中，他创立了一系列基因分离和连接技术，为基因工程奠定了基础，并使人工改变生物的遗传特性、定向繁殖自然界从未有过的新物种成为可能。这一成就可用于制造对多种病毒和某些癌肿瘤有特效的生物制品，在治疗多种遗传性疾病方面也有巨大的实用价值。

克隆技术发展快

1996年7月人类应用克隆技术成功的“复制”了一只取名为“多莉”的绵羊，近两年又成功地复制了牛和鼠类。我国科学家在20世纪90年代初就曾实现卵细胞的复制，而“多莉”是用体细胞进行复制的，因而更加进步，水平更高。

克隆技术是一种无性繁殖技术，这项技术是生物工程的重大成果。它将帮助人类培育出众多的优良作物和畜禽品种，带来巨大的经济效益，同时也为医药学和拯救濒危动物提供了新的途径。人们培育克隆羊，据说是为了生产特殊的乳制品，治疗一些疾病。

克隆技术从理论上来说也可以应用于人类，但这提出了一个十分严峻的伦理道德问题。1998年初因宣布一项克隆人类计划而遭到舆论强烈谴责的美国物理学家理查德·锡德近日再次声明，他将坚持这一计划，鉴于克隆人类有一定的危险性，便决定首先克隆他本人。这位现年69岁的芝加哥地区私立科研机构的科学家声称“复制生物能够带动一系列的科学研究”。美国科学界许多知名人士抨击锡德的克隆人类计划是“不负责任、不合伦理、违反职业道德”之举。目前，关于克隆人类的政治和法律界定问题尚未解决。