核酸是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)

兩種核酸RNA和DNA

生物所特有的生長和繁殖機(jī)能以及遺傳與變異的特征都是核蛋白在起著主要作用，就連無細(xì)胞結(jié)構(gòu)的病毒也不例外。核蛋白是由蛋白質(zhì)和核酸所組成的結(jié)合蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)是生物體用以表達(dá)各項(xiàng)功能的具體工具，而核酸是生物用來制造蛋白質(zhì)的模型。沒有核酸，就沒有蛋白質(zhì)，核酸是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)。所以，核酸也成了現(xiàn)代科學(xué)研究最吸引人的領(lǐng)域之一。

核酸是高分子化合物，構(gòu)成核酸的單體是核苷酸。核苷酸完全水解可生成3種不相同的化合物——磷酸、戊糖及嘧啶或嘌呤的有機(jī)堿性化合物（稱為堿基）。其中，嘧啶的衍生物有3種：尿嘧啶，胞嘧啶和胸腺嘧啶；嘌呤的衍生物有兩種：腺嘌呤和鳥嘌呤。

核酸按其分解后所得戊糖的組成不同可以分成兩大類：核糖核酸（RNA）和脫氧核糖核酸（DNA）。DNA主要存在于細(xì)胞核內(nèi)，它分解后得到戊糖為D－2－脫氧核糖；RNA分解得到的戊糖是D－核糖，它主要存在于細(xì)胞質(zhì)中。核酸中兩種核糖與上述的5種堿基形成的糖苷統(tǒng)稱為核苷。核苷酸是核苷的膦酸酯。由DNA水解得的核苷酸稱為脫氧核糖核苷酸，由RNA來的核苷酸稱為核糖核苷酸。兩大類核酸DNA和RNA，雖各由4種核苷酸單體組成，但與蛋白質(zhì)一樣，生物體在合成核酸的過程中和合成之后，作了一些加工、修飾工作，使這些分子具有一些各自的特殊功能。

核酸是遺傳物質(zhì)

圖7－1　DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)

人人皆知，種瓜得瓜、種豆得豆。這是為什么呢？原來一切生物都有能把自己的性狀傳給后代的特性，這就叫遺傳。我們把遺傳因子叫基因，基因排列在細(xì)胞核的染色體上。1869年瑞士科學(xué)家米歇爾研究細(xì)胞核時(shí)發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞核里有一種含磷物質(zhì)，性質(zhì)與蛋白質(zhì)完全不同，他稱之為核素，20年后人們發(fā)現(xiàn)它有酸性，改稱核酸?，F(xiàn)已證明核酸是基因的分子基礎(chǔ)，由核酸構(gòu)成的DNA能夠忠實(shí)地復(fù)制自己，一變?yōu)槎優(yōu)樗摹瓨?gòu)成千千萬萬個(gè)細(xì)胞。1953年克拉克和沃森提出了DNA的雙螺旋模型（見圖7－1），能夠很好地說明復(fù)制過程。

如圖7－2所示，這些分子的雙螺旋可以先分成兩個(gè)單螺旋，也就是說兩個(gè)鏈散開了，每一個(gè)鏈都存在半個(gè)分子，這半個(gè)分子能夠負(fù)責(zé)合成它所失去的那一半，起了模具的作用。這樣，原來只有一個(gè)分子的地方就形成了兩個(gè)分子，并與原來的分子完全一樣。

圖7－2　DNA復(fù)制機(jī)制示意圖

核酸參與蛋白質(zhì)的合成

核酸在生物的遺傳變異、生長發(fā)育以及蛋白質(zhì)合成中起著重要作用。在有機(jī)體內(nèi)合成或從外界獲取的各種氨基酸進(jìn)入細(xì)胞后就可以合成蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)的生物合成與核酸有密切關(guān)系。目前認(rèn)為，在一般生物體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成是由DNA通過RNA決定的。

生物體的每一個(gè)細(xì)胞內(nèi)都有攜帶遺傳密碼的DNA。DNA將特殊信息傳給mRNA（信使核糖核酸），mRNA接受信息后移至核糖體，當(dāng)mRNA向前傳送時(shí)，tRNA（轉(zhuǎn)移核糖核酸）接受mRNA的信息，得知如何排列組成蛋白質(zhì)的氨基酸，每個(gè)tRNA將不同氨基酸擺放在適當(dāng)位置，當(dāng)tRNA將氨基酸一個(gè)接一個(gè)地排列成長鏈后就形成了蛋白質(zhì)。

由于核酸在有機(jī)體內(nèi)的重要性，隨著核酸化學(xué)和生物化學(xué)研究的發(fā)展，人們必將逐步揭開生命的秘密，為科學(xué)和技術(shù)開拓宏偉的前景。

對DNA、RNA研究最早的當(dāng)屬英國的生物化學(xué)家桑格（1918—?。┖筒瘢?926—　）。桑格從20世紀(jì)40年代初就致力于蛋白質(zhì)的研究，是這方面研究中最有成就者，曾兩次獲得諾貝爾獎(jiǎng)。1958年，由于最早確定了胰島素的結(jié)構(gòu)，測定了胰島素51個(gè)氨基酸的序列而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。此后，他又從事RNA和DNA的結(jié)構(gòu)分析法的研究，并巧妙地設(shè)計(jì)出一種測定DNA內(nèi)核苷酸排列順序的方法——直讀法，成功地測定了某種噬菌體完整DNA分子的全部核苷酸排列順序。由于這一新的成就，1980年再次與伯格和美國生物學(xué)家吉爾伯特（1932—?。┕餐@得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。20世紀(jì)70年代初期，伯格開始研究正常細(xì)胞發(fā)生癌變的機(jī)理，并成功地將猴SV₄₀病毒的有關(guān)基因通過噬菌體為媒介，移植入大腸桿菌的遺傳物質(zhì)中，從而首次實(shí)現(xiàn)用兩個(gè)不同種屬重組DNA。在重組DNA過程中，他創(chuàng)立了一系列基因分離和連接技術(shù)，為基因工程奠定了基礎(chǔ)，并使人工改變生物的遺傳特性、定向繁殖自然界從未有過的新物種成為可能。這一成就可用于制造對多種病毒和某些癌腫瘤有特效的生物制品，在治療多種遺傳性疾病方面也有巨大的實(shí)用價(jià)值。

克隆技術(shù)發(fā)展快

1996年7月人類應(yīng)用克隆技術(shù)成功的“復(fù)制”了一只取名為“多莉”的綿羊，近兩年又成功地復(fù)制了牛和鼠類。我國科學(xué)家在20世紀(jì)90年代初就曾實(shí)現(xiàn)卵細(xì)胞的復(fù)制，而“多莉”是用體細(xì)胞進(jìn)行復(fù)制的，因而更加進(jìn)步，水平更高。

克隆技術(shù)是一種無性繁殖技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)是生物工程的重大成果。它將幫助人類培育出眾多的優(yōu)良作物和畜禽品種，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也為醫(yī)藥學(xué)和拯救瀕危動(dòng)物提供了新的途徑。人們培育克隆羊，據(jù)說是為了生產(chǎn)特殊的乳制品，治療一些疾病。

克隆技術(shù)從理論上來說也可以應(yīng)用于人類，但這提出了一個(gè)十分嚴(yán)峻的倫理道德問題。1998年初因宣布一項(xiàng)克隆人類計(jì)劃而遭到輿論強(qiáng)烈譴責(zé)的美國物理學(xué)家理查德·錫德近日再次聲明，他將堅(jiān)持這一計(jì)劃，鑒于克隆人類有一定的危險(xiǎn)性，便決定首先克隆他本人。這位現(xiàn)年69歲的芝加哥地區(qū)私立科研機(jī)構(gòu)的科學(xué)家聲稱“復(fù)制生物能夠帶動(dòng)一系列的科學(xué)研究”。美國科學(xué)界許多知名人士抨擊錫德的克隆人類計(jì)劃是“不負(fù)責(zé)任、不合倫理、違反職業(yè)道德”之舉。目前，關(guān)于克隆人類的政治和法律界定問題尚未解決。