核酸的研究歷史

　　核酸的發現

　　1869年，F.Miescher從膿細胞中提取到一種富含磷元素的酸性化合物，因存在于細胞核中而將它命名為“核質”(nuclein）。但核酸(nucleic acids）這一名詞在Miescher發現“核質”20年后才被正式啟用，當時已能提取不含蛋白質的核酸制品。早期的研究僅將核酸看成是細胞中的一般化學成分，沒有人注意到它在生物體內有什么功能這樣的重要問題。

　　DNA遺傳物質

　　1944年，Avery等為了尋找導致細菌轉化的原因，他們發現從S 型肺炎球菌中提取的DNA與R型肺炎球菌混合后，能使某些R型菌轉化為S型菌，且轉化率與DNA純度呈正相關，若將DNA預先用DNA酶降解，轉化就不發生。結論是：S型菌的DNA將其遺傳特性傳給了R型菌，DNA就是遺傳物質。從此核酸是遺傳物質的重要地位才被確立，人們把對遺傳物質的注意力從蛋白質移到了核酸上。

　　雙螺旋結構

　　核酸研究中劃時代的工作是Watson和Crick于1953年創立的DNA 雙螺旋結構模型。模型的提出建立在對DNA下列三方面認識的基礎上：

　　1．核酸化學研究中所獲得的DNA化學組成及結構單元的知識，特別是Chargaff于1950~1953年發現的DNA化學組成的新事實；DNA中四種堿基的比例關系為A/T=G/C=1。

　　2．X線衍射技術對DNA結晶的研究中所獲得的一些原子結構的最新參數。

　　3．遺傳學研究所積累的有關遺傳信息的生物學屬性的知識。綜合這三方面的知識所創立的DNA雙螺旋結構模型，不僅闡明了DNA分子的結構特征，而且提出了DNA作為執行生物遺傳功能的分子，從親代到子代的DNA復制 (replication）過程中，遺傳信息的傳遞方式及高度保真性。其正確性于1958年被Meselson和Stahl的著名實驗所證實。DNA雙螺旋結構模型的確立為遺傳學進入分子水平奠定了基礎，是現代分子生物學的里程碑。從此核酸研究受到了前所未有的重視。

　　DNA分子具有規則的雙螺旋結構。是由兩條相互平行且反向右旋的脫氧核苷酸長鏈所構成，分子中央的堿基堿基互補配對原則以氫鍵相連。DNA獨特的雙螺旋結構和堿基互補配對能力使DNA的兩條鏈“可分”，“可合”，半保留復制自如，“精確”復制的DNA通過細胞分裂等方式傳遞下去，使子代（或體細胞）含有與親代相似的遺傳物質。但“精確”復制并不是絕對不存在差錯，復制差錯率非常低（約1~10億分之一），然而卻導致基因發生突變，出現新基因，產生可遺傳的變異，有利于生物的進化。

　　科學家

　　瑞士生物學家：米舍爾Friedrich Miescher

　　美國生物學家：沃森Watson,James Dewey

　　英國生物物理學家：克里克Crick,Francis Harry Compton

　　英國醫生：格里菲思Griffith, F.

　　阿委瑞Avery O. T.

　　赫爾希Hershey, A.D.

　　蔡斯Chase, M.

　　研究進展

　　30多年來，核酸研究的進展日新月異，所積累的知識幾年就要更新。其影響面之大，幾乎涉及生命科學的各個領域，現代分子生物學的發展使人類對生命本質的認識進入了一個嶄新的天地。

　　雙螺旋結構創始人之一的Crick于1958年提出的分子遺傳中心法則(centraldogma），揭示了核酸與蛋白質間的內在關系，以及RNA作為遺傳信息傳遞者的生物學功能。并指出了信息在復制、傳遞及表達過 程中的一般規律，即DNA→RNA→蛋白質。

　　遺傳信息以核苷酸順序的形式貯存在DNA分子中，它們以功能單位在染色體上占據一定的位置構成基因（gene）。因此，搞清DNA順序無疑是非常重要的。1975年 Sanger發明的DNA測序（DNAsequencing）加減法為實現這一企圖起了關鍵性的作用。由此而發展起來的大片段DNA順序快速測定技術──Maxam 和Gilbert的化學降解法（1977年）和Sanger的末端終止法（1977年），已是核酸結構與功能研究中不可缺少的分析手段。

　　中國學者洪國藩于1982年提出了非隨機的有序DNA測序新策略，對DNA測序技術的發展作出了重要貢獻。憑借先進的DNA測序技術及其它基因分析手段，人類正在進行一項以探明自身基因組（genome）全部核苷酸順序（單倍基因組 含3×109堿基對）為目標的宏偉計劃──人類基因組圖譜制作計劃（human genome mapping project）。據稱，此項計劃的實現，將對全人類的健康產生無止境的影響。

　　Watson-Crick模型創立36年后的1989年，一項新技術──掃描隧道顯微鏡(scanning tummeling microscopy,STM）使人類首次能直接觀測到近似自然環境中的單個DNA分子的結構細節，觀測數據的計算 機處理圖像能在原子級水平上精確度量出DNA分子的構型、旋轉周期、大溝（major groove）及小溝（minor groove）。這一成果是對DNA 雙螺旋結構模型真實性的最直接而可信的證明。此項技術無疑會對人類最終完全解開遺傳之謎提供有力的幫助。可喜的是，中國科學家在這項世界領先的研究中也占有一席之地。