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              分子細胞學技術(shù)

              發(fā)布時間:2014-12-05瀏覽:1940次

              從細胞生物學可知,真核細胞的出現(xiàn),是生命發(fā)展質(zhì)的飛躍。生命特征在于生命的延續(xù)性;細胞自我復制(細胞分裂)和細胞分化是生命延續(xù)的保證。細胞結(jié)構(gòu)和生物性狀代代相傳即遺傳性,遺傳的變異和新性狀的出現(xiàn)是生命的進化。生物遺傳性曾長期被認為是神秘和不可測知的生命現(xiàn)象。孟德爾1865年發(fā)現(xiàn)了遺傳因子(基因),雖然賦予遺傳性以物質(zhì)實體性的概念,但卻長久未能獲得令人信服和可以感知的證據(jù)。直到20世紀50年代,Crick和Watson闡明DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和它的半保留復制機制后,遺傳的秘密才大白于天下,從而DNA也就成了人們研究遺傳性和基因確切無誤的對象,進而導致分子生物學技術(shù)的形成,并以一泄千里之勢,不斷向前發(fā)展。

              當前分子細胞學內(nèi)容已極其豐富和復雜,難以盡述,也非本書目的,本節(jié)僅就與后述技術(shù)相關(guān)問題作扼要回顧,更深入的內(nèi)容,請讀者參閱其它資料。

               

              一、細胞和基因

              (一)細胞的基本生命活動

              細胞自我復制和細胞分化是細胞生存中的主要生命活動。細胞分化是細胞結(jié)構(gòu)和功能的特化;是在細胞生存過程中不斷進化和發(fā)展的產(chǎn)物。細胞的分化能使細胞更好的適應環(huán)境和保證生命延續(xù)。因此細胞自我復制和細胞分化是細胞生命活動中息息相關(guān)的兩個主要方面。沒有細胞自我復制,便沒有細胞生命的延續(xù);沒有分化,細胞則不能更好地適應環(huán)境。細胞生命活動具有保守性,即遺傳性。生物遺傳性保證了物種的穩(wěn)定性;遺傳性的改變是為變異,變異賦予了生命進化的可能性。

               

              任何結(jié)構(gòu)復雜程度不同的機體,都有著不同層次的生命活動。人體zui復雜,它有著整體、系統(tǒng)、器官、組織、細胞和分子等六個結(jié)構(gòu)層次的機能活動表現(xiàn)。而單細胞生物如細菌,僅有細胞和分子兩個水平的生命活動。但不論機體結(jié)構(gòu)復雜程度如何,細胞和分子兩個水平的生命活動仍是它們共同的基礎;分子生命活動是基礎,細胞生命活動是分子活動的體現(xiàn)。由DNA構(gòu)成的基因,能轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生RNA,再由RNA翻譯制造蛋白質(zhì);也即基因表達:DNA→RNA→蛋白質(zhì)(包括酶)的過程。蛋白質(zhì)是機體構(gòu)建一切結(jié)構(gòu)和完成生理功能的基本成分;RNA傳遞生成蛋白質(zhì)的遺傳信息,細胞生命活動的分子基礎是基因。

               

              (二)基因的結(jié)構(gòu):

              細胞核內(nèi)染色質(zhì)是顯微鏡下肉眼可見的遺傳物質(zhì),細胞分裂時變成染色體,其基本成分是脫氧核蛋白。脫氧核蛋白由組蛋白和脫氧核糖核酸(DNA)構(gòu)成。DNA是有遺傳功能的物質(zhì),它攜帶的遺傳信息是保證生命遺傳性和蛋白質(zhì)合成的基礎。細胞的一切結(jié)構(gòu)皆成自蛋白質(zhì),酶也是蛋白質(zhì)。生命的一切功能活動皆賴于蛋白質(zhì)和酶來完成。蛋白質(zhì)和酶都來源于DNA的活動。因此一切生命活動的信息歸根結(jié)底都儲存在DNA中。

               

              人的每一個二倍體細胞均含有46條染色體,每條染色體平均長1.6μm~8.2μm;46條染色體共攜帶的全體基(DNA)稱基因組(Genome)?;蚪M由兩套基因組成,一套父源,另一套母源,每套DNA約有3×109堿基對(bp),包含著5~10萬個基因。

              1.成分:

              遺傳物質(zhì)DNA的基本分子為脫氧核苷酸(Deoxynucleotide:DNA)。DNA成自:

               

              脫氧核糖核苷三磷酸或簡稱脫氧核苷酸(dNTP)共四種:脫氧核糖腺苷酸(dATP:A)、脫氧核糖胸苷(dTTP:T)、脫氧核糖胞苷(dCTP:C)和脫氧核糖鳥苷(dGTP:G)是組成DNA的基本成分。除脫氧核糖外尚有核糖;兩種核糖中碳原子的編號均用:1′2′3′4′5′表示,以和嘌呤或嘧啶堿基中碳原子的編號:1,2,3,4,5相區(qū)別。磷酸與核苷中的脫氧核糖5′或3′位的羥基發(fā)生酯化形成脫氧核苷酸,從而核苷酸有3′或5′位兩種脫氧核苷酸;5′端稱上游(Upstream),3′端稱下游(Downstream)。很多脫氧核苷酸通過5′和3′位相連接成為多核苷酸(鏈),故DNA也是多核苷酸鏈。在細胞中DNA分子是由兩條核苷酸鏈以互補關(guān)系相結(jié)合的雙鏈為其存在形式;在一定條件下DNA也可以單鏈形式存在但不穩(wěn)定。由于分子結(jié)構(gòu)原因,只能形成A-T,C-G特定互補關(guān)系,是為DNA半保留復制合成形式的原理和構(gòu)成遺傳性的物質(zhì)基礎。兩條單鏈DNA借氫鍵相連接成雙鏈DNA;A-T間為兩個氫鍵,G-C間為三個氫鍵,后者比前者結(jié)合更為穩(wěn)固。

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