分子細(xì)胞學(xué)技術(shù)基本理論知識(shí)

     從細(xì)胞生物學(xué)可知，真核細(xì)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(xì)胞自我復(fù)制（細(xì)胞分裂）和細(xì)胞分化是生命延續(xù)的保證。細(xì)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(jìn)化。生物遺傳性曾長(zhǎng)期被認(rèn)為是神秘和不可測(cè)知的生命現(xiàn)象。孟德?tīng)?865年發(fā)現(xiàn)了遺傳因子（基因），雖然賦予遺傳性以物質(zhì)實(shí)體性的概念，但卻長(zhǎng)久未能獲得令人信服和可以感知的證據(jù)。直到20世紀(jì)50年代，Crick和Watson闡明DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和它的半保留復(fù)制機(jī)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(wú)誤的對(duì)象，進(jìn)而導(dǎo)致分子生物學(xué)技術(shù)的形成，并以一泄千里之勢(shì)，不斷向前發(fā)展。

當(dāng)前分子細(xì)胞學(xué)內(nèi)容已極其豐富和復(fù)雜，難以盡述，也非本書(shū)目的，本節(jié)僅就與后述技術(shù)相關(guān)問(wèn)題作扼要回顧，更深入的內(nèi)容，請(qǐng)讀者參閱其它資料。

一、細(xì)胞和基因

（一）細(xì)胞的基本生命活動(dòng)

細(xì)胞自我復(fù)制和細(xì)胞分化是細(xì)胞生存中的主要生命活動(dòng)。細(xì)胞分化是細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的特化；是在細(xì)胞生存過(guò)程中不斷進(jìn)化和發(fā)展的產(chǎn)物。細(xì)胞的分化能使細(xì)胞更好的適應(yīng)環(huán)境和保證生命延續(xù)。因此細(xì)胞自我復(fù)制和細(xì)胞分化是細(xì)胞生命活動(dòng)中息息相關(guān)的兩個(gè)主要方面。沒(méi)有細(xì)胞自我復(fù)制，便沒(méi)有細(xì)胞生命的延續(xù)；沒(méi)有分化，細(xì)胞則不能更好地適應(yīng)環(huán)境。細(xì)胞生命活動(dòng)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(jìn)化的可能性。

任何結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度不同的機(jī)體，都有著不同層次的生命活動(dòng)。人體zui復(fù)雜，它有著整體、系統(tǒng)、器官、組織、細(xì)胞和分子等六個(gè)結(jié)構(gòu)層次的機(jī)能活動(dòng)表現(xiàn)。而單細(xì)胞生物如細(xì)菌，僅有細(xì)胞和分子兩個(gè)水平的生命活動(dòng)。但不論機(jī)體結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度如何，細(xì)胞和分子兩個(gè)水平的生命活動(dòng)仍是它們共同的基礎(chǔ)；分子生命活動(dòng)是基礎(chǔ)，細(xì)胞生命活動(dòng)是分子活動(dòng)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(dá)：DNA→RNA→蛋白質(zhì)（包括酶）的過(guò)程。蛋白質(zhì)是機(jī)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(xì)胞生命活動(dòng)的分子基礎(chǔ)是基因。

（二）基因的結(jié)構(gòu)：

細(xì)胞核內(nèi)染色質(zhì)是顯微鏡下肉眼可見(jiàn)的遺傳物質(zhì)，細(xì)胞分裂時(shí)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(chǔ)。細(xì)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(dòng)皆賴(lài)于蛋白質(zhì)和酶來(lái)完成。蛋白質(zhì)和酶都來(lái)源于DNA的活動(dòng)。因此一切生命活動(dòng)的信息歸根結(jié)底都儲(chǔ)存在DNA中。

人的每一個(gè)二倍體細(xì)胞均含有46條染色體，每條染色體平均長(zhǎng)1.6μm~8.2μm；46條染色體共攜帶的全體基（DNA）稱(chēng)基因組（Genome）。基因組由兩套基因組成，一套父源，另一套母源，每套DNA約有3×109堿基對(duì)（bp），包含著5~10萬(wàn)個(gè)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(jiǎn)稱(chēng)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(niǎo)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(hào)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(hào)：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(chēng)上游（Upstream），3′端稱(chēng)下游（Downstream）。很多脫氧核苷酸通過(guò)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(xì)胞中DNA分子是由兩條核苷酸鏈以互補(bǔ)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(bǔ)關(guān)系，是為DNA半保留復(fù)制合成形式的原理和構(gòu)成遺傳性的物質(zhì)基礎(chǔ)。兩條單鏈DNA借氫鍵相連接成雙鏈DNA；A-T間為兩個(gè)氫鍵，G-C間為三個(gè)氫鍵，后者比前者結(jié)合更為穩(wěn)固。

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