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基本简介

  单体脱氧核糖核酸聚合而成的聚合体——脱氧核糖核酸链,也被称为DNA。在繁殖过程中,父代把它们自己DNA的一部分(通常一半,即DNA双链中的一条)复制传递到子代中,从而完成性状的传播。因此,化学物质DNA会被称为“遗传微粒”。原核细胞的拟核是一个长DNA分子。真核细胞核中有不止一个染色体,每条染色体上含有一个或两个DNA。不过它们一般都比原核细胞中的DNA分子大而且和蛋白质结合在一起。DNA分子的功能是贮存决定物种性状的几乎所有蛋白质和RNA分子的全部遗传信息;编码和设计生物有机体在一定的时空中有序地转录基因和表达蛋白完成定向发育的所有程序;初步确定了生物独有的性状和个性以及和环境相互作用时所有的应激反应。除染色体DNA外,有极少量结构不同的DNA存在于真核细胞的线粒体叶绿体中。病毒的遗传物质也是DNA,极少数为RNA,极其特别的病毒以蛋白质为遗传物质(朊病毒)。

  
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DNA是一种长链聚合物,组成单位称为脱氧核苷酸,而糖类与磷酸分子借由酯键相连,组成其长链骨架。每个糖分子都与四种碱基里的其中一种相接,这些碱基沿着DNA长链所排列而成的序列,可组成遗传密码,是蛋白质氨基酸序列合成的依据。读取密码的过程称为转录,是根据DNA序列复制出一段称为RNA的核酸分子。多数RNA带有合成蛋白质的讯息,另有一些本身就拥有特殊功能,例如rRNA、snRNA与siRNA。

  四链体DNA

  Sundpuist和Klug在模拟1种原生动物棘毛虫的端粒DNA时,人工合成了1段DNA序列,发现在一定条件下模拟的富G单链DNA可形成四链体DNA结构。由此推测染色体端粒尾的单链之间也形成了四链体。Kang等人分别用实验证实在晶体和溶液中,富GDNA也能够形成四链体DNA结构。

  四链体DNA的基本结构单位是G-四联体,即在四联体的中心有1个由4个带负电荷的羧基氧原子围成的“口袋”通过G-四联体的堆积可以形成分子内或分子间的右手螺旋,与DNA双螺旋结构比较,G-四联体螺旋有2个显著的特点:1、它的稳定性决定于口袋内所结合的阳离子种类,已知钾离子的结合使四联体螺旋最稳定;2、它的热力学和动力学性质都很稳定。

  就目前对一些生物的DNA序列分析得知,富鸟嘌呤的DNA序列多见于一些在功能上及进化上都相当保守的基因组区域,许多研究表明,富鸟嘌呤DNA链所形成的G-DNA可能是作为分子之间相互识别的元件之一,在生物体细胞中起着一些特殊作用

【DNA的结构】

  
DNA分子是由两条核苷酸链以互补配对原则所构成的双螺旋结构的分子化合物。单个核苷酸由一个5碳糖连接一个或多个磷酸基团和一个含氮碱基组成。单个核苷酸再以糖-磷酸-糖的共价键形式连接形成DNA单链。两条DNA单链以互补配对形式,5'端对应3'端形成DNA双螺旋结构。其中两条DNA链中对应的碱基A-T以双键形式连接,C-G以三键形式连接,糖-磷酸-糖形成的主链在螺旋外侧,配对碱基在螺旋内侧。螺宽为2nm。

  真核生物的DNA以高度有序的形式存在于细胞核内,在细胞周期的大部分时间里以松散的染色质形式出现,在细胞分裂期形成高度致密的染色体。核小体(nucleosome)是染色质的基本组成单位,由DNA和5种组蛋白共同构成。先由各两个分子的组蛋白H2A、H2B、H3和H4形成八聚体的核心组蛋白,之后进一步压缩成染色单体,在核内组装成染色体。

【DNA的复制】

  DNA是遗传信息的载体,故亲代DNA必须以自身分子为模板准确的复制成两个拷贝,并分配到两个子细胞中去,完成其遗传信息载体的使命。而DNA的双链结构对于维持这类遗传物质的稳定性和复制的准确性都是极为重要的。

  (一)DNA的半保留复制

  Watson和Click在提出DNA双螺旋结构模型时曾就DNA复制过程进行过研究,发现DNA在复制过程中碱基间的氢键首先断裂(通过解旋酶),双螺旋结构解旋分开,每条链分别作模板合成新链。由于每个子代DNA的一条链来自亲代,另一条则是新合成的,故称之为半保留式复制(semiconservativereplication)。

  (二)DNA复制过程

  1.DNA双螺旋的解旋

  (1)单链DNA结合蛋白(single—stranded DNA binding protein, ssbDNA蛋白)

  (2)DNA解链酶(DNA helicase)

  (3)DNA解链

  2.冈崎片段与半不连续复制

  3.复制的引发和终止

  (三)端粒和端粒酶

  1941年美籍印度人麦克林托克(Mc Clintock)就提出了端粒(telomere)的假说,认为染色体末端必然存在一种特殊结构——端粒。现在已知染色体端粒的作用至少有二:①保护染色体末端免受损伤,使染色体保持稳定;② 与核纤层相连,使染色体得以定位。

【DNA的理化性质】

  DNA是大分子高分子聚合物,DNA溶液为高分子溶液,具有很高的粘度。DNA对紫外线有吸收作用,当核酸变性时,吸光值升高;当变性核酸可复性时,吸光值又会恢复到原来水平。温度、有机溶剂、酸碱度、尿素酰胺等试剂都可以引起DNA分子变性,即使得DNA双键间的氢键断裂,双螺旋结构解开。

  在分子链螺旋过程中,位形熵起了十分关键的作用。近年来对单根DNA分子进行拉伸的实验结果表示,在形变初期,由于熵力比键力微弱得多,可以达到甚大的伸长量;到大量形变后,分子拉直,要继续拉伸就得对键力做功,因而形变要困难得多。这也说明了熵力对DNA高弹性的影响。

【DNA的酶催化活性】

  20世纪90年代,Cuenoud等发现DNA也有酶催化活性,他们根据共有序列设计并合成了由47个核苷酸组成的单链DNA——E47,它可以催化两个底物DNA片段之间的连接。DNA的双功能性对“RNA世界”的进化观点提出了挑战。

【分布和功能】

  原核细胞的染色体是一个长DNA分子。真核细胞核中有不止一个染色体,每个染色体也只含一个DNA分子。不过它们一般都比原核细胞中的DNA分子大而且和蛋白质结合在一起。DNA分子的功能是贮存决定物种的所有蛋白质和RNA结构的全部遗传信息;策划生物有次序地合成细胞和组织组分的时间和空间;确定生物生命周期自始至终的活性和确定生物的个性。除染色体DNA外,有极少量结构不同的DNA存在于真核细胞的线粒体和叶绿体中。DNA病毒的遗传物质也是DNA。

【DNA的代谢】

DNA合成

  DNA的合成是以一条DNA为为模板实施的同DNA的复制见前面叙述。

DNA的氧化分解

  DNA氧化分解,首先是分解成核苷酸,核苷酸又分解为磷酸和四种碱基(A腺嘌呤、T胸腺嘧啶、G鸟嘌呤、C胞嘧啶),嘌呤的过多主要就是核酸的分解,在人体则是主要的内源性嘌呤和尿酸的来源,也是痛风的主要原因,最终分解为8-OHdG(8-羟化脱氧鸟苷),生物体的DNA是否被损伤了,过去没有人知道,经过近些年的研究,终于明白了DNA损伤后的主要标志物是8-羟化脱氧鸟苷(8-OHdG)。 

  8-OHdG是敏感的DNA损害标志物[1]

,因一个氢氧基接在鸟嘌呤的第8个碳上而形成。不过,其氧化“系由氧化应激所产生的羟自由基诱导”这一点,则为1984年葛西首次报道。8-OHdG由高效液相色谱分离后,容易为电化学方法检测出,现在许多研究室包括医院的检验科都能进行测定。另外,已于上世纪90年代研制出8-OHdG的特异性单克隆抗体,此后相关论文显著增加;不但用于理解各种疾病,尚以作为预防医学健康指标的价值更加受到重视。进一步,近年已使用诸多抗氧化物质进行临床干预实验,期待着通过减少8-OHdG,来达到抗衰老和预防疾病dna 结构

目的。

【DNA的发现】

  自从孟德尔的遗传定律被重新发现以后,人们又提出了一个问题:遗传因子是不是一种物质实体?为了解决基因是什么的问题,人们开始了对核酸和蛋白质的研究。

  
遗传学创始人孟德尔
早在1868年,人们就已经发现了核酸。在德国化学家霍佩·赛勒的实验室里,有一个瑞士籍的研究生名叫米歇尔(1844--1895),他对实验室附近的一家医院扔出的带脓血的绷带很感兴趣,因为他知道脓血是那些为了保卫人体健康,与病菌“作战”而战死的白细胞和被杀死的人体细胞的“遗体”。于是他细心地把绷带上的脓血收集起来,并用胃蛋白酶进行分解,结果发现细胞遗体的大部分被分解了,但对细胞核不起作用。他进一步对细胞核内物质进行分析,发现细胞核中含有一种富含磷和氮的物质。霍佩·赛勒用酵母做实验,证明米歇尔对细胞核内物质的发现是正确的。于是他便给这种从细胞核中分离出来的物质取名为“核素”,后来人们发现它呈酸性,因此改叫“核酸”。从此人们对核酸进行了一系列卓有成效的研究。

  20世纪初,德国科赛尔(1853--1927)和他的两个学生琼斯(1865--1935)和列文(1869--1940)的研究,弄清了核酸的基本化学结构,认为它是由许多核苷酸组成的大分子。核苷酸是由碱基、核糖和磷酸构成的。其中碱基有4种(腺瞟呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶),核糖有两种(核糖、脱氧核糖),因此把核酸分为核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)。

  列文急于发表他的研究成果,错误地认为4种碱基在核酸中的量是相等的,从而推导出核酸的基本结构是由4个含不同碱基的核苷酸连接成的四核苷酸,以此为基础聚合成核酸,提出了"四核苷酸假说"。这个错误的假说,对认识复杂的核酸结构起了相当大的阻碍作用,也在一定程度上影响了人们对核酸功能的认识。人们认为,虽然核酸存在于重要的结构--细胞核中,但它的结构太简单,很难设想它能在遗传过程中起什么作用。

  
美国遗传学家摩尔根
蛋白质的发现比核酸早30年,发展迅速。进入20世纪时,组成蛋白质的20种氨基酸中已有12种被发现,到1940年则全部被发现。

  1902年,德国化学家费歇尔提出氨基酸之间以肽链相连接而形成蛋白质的理论,1917年他合成了由15个甘氨酸和3个亮氨酸组成的18个肽的长链。于是,有的科学家设想,很可能是蛋白质在遗传中起主要作用。如果核酸参与遗传作用,也必然是与蛋白质连在一起的核蛋白在起作用。因此,那时生物界普遍倾向于认为蛋白质是遗传信息的载体。

  1928年,美国科学家格里菲斯(1877--1941)用一种有荚膜、毒性强的和一种无荚膜、毒性弱的肺炎双球菌对老鼠做实验。他把有荚病菌用高温杀死后与无荚的活病菌一起注人老鼠体内,结果他发现老鼠很快发病死亡,同时他从老鼠的血液中分离出了活的有荚病菌。这说明无荚菌竟从死的有荚菌中获得了什么物质,使无荚菌转化为有荚菌。这种假设是否正确呢?格里菲斯又在试管中做实验,发现把死了的有荚膜菌与活的无荚膜菌同时放在试管中培养,无荚膜菌全部变成了有荚膜菌,并发现使无荚膜菌长出蛋白质荚膜的就是已死的有荚膜菌壳中遗留的核酸(因为在加热中,荚膜中的核酸并没有被破坏)。格里菲斯称该核酸为"转化因子"。

  1944年,美国细菌学家艾弗里(1877--1955)从有荚膜菌中分离得到活性的“转化因子”,并对这种物质做了检验蛋白质是否存在的试验,结果为阴性,并证明“转化因子”是DNA。但这个发现没有得到广泛的承认,人们怀疑当时的技术不能除净蛋白质,残留的蛋白质起到转化的作用。

  美籍德国科学家德尔布吕克(1906--1981)的噬菌体小组对艾弗里的发现坚信不移。因为他们在电子显微镜下观察到了噬菌体的形态和进入大肠杆菌的生长过程。噬菌体是以细菌细胞为寄主的一种病毒,个体微小,只有用电子显微镜才能看到它。它像一个小蝌蚪,外部是由蛋白质组成的头膜和尾鞘,头的内部含有DNA,尾鞘上有尾丝、基片和小钩。当噬菌体侵染大肠杆菌时,先把尾部末端扎在细菌的细胞膜上,然后将它体内的DNA全部注人到细菌细胞中去,蛋白质空壳仍留在细菌细胞外面,再没有起什么作用了。进入细菌细胞后的噬菌体DNA,就利用细菌内的物质迅速合成噬菌体的DNA和蛋白质,从而复制出许多与原噬菌体大小形状一模一样的新噬菌体,直到细菌被彻底解体,这些噬菌体才离开死了的细菌,再去侵染其他的细菌。

  1952年,噬菌体小组主要成员赫尔希(1908一)和他的学生蔡斯用先进的同位素标记技术,做噬菌体侵染大肠杆菌的实验。他把大肠杆菌T2噬菌体的核酸标记上32P,蛋白质外壳标记上35S。先用标记了的T2噬菌体感染大肠杆菌,然后加以分离,结果噬菌体将带35S标记的空壳留在大肠杆菌外面,只有噬菌体内部带有32P标记的核酸全部注人大肠杆菌,并在大肠杆菌内成功地进行噬菌体的繁殖。这个实验证明DNA有传递遗传信息的功能,而蛋白质则是由DNA的指令合成的。这一结果立即为学术界所接受。

  几乎与此同时,奥地利生物化学家查加夫(1905--)对核酸中的4种碱基的含量的重新测定取得了成果。在艾弗里工作的影响下,他认为如果不同的生物种是由于DNA的不同,则DNA的结构必定十分复杂,否则难以适应生物界的多样性。因此,他对列文的"四核苷酸假说"产生了怀疑。在1948-1952年4年时间内,他利用了比列文时代更精确的纸层析法分离4种碱基,用紫外线吸收光谱做定量分析,经过多次反复实验,终于得出了不同于列文的结果。实验结果表明,在DNA大分子中嘌吟和嘧啶的总分子数量相等,其中腺嘌吟A与胸腺嘧啶T数量相等,鸟嘌吟G与胞嘧啶C数量相等。说明DNA分子中的碱基A与T、G与C是配对存在的,从而否定了"四核苷酸假说",并为探索DNA分子结构提供了重要的线索和依据。

  1953年4月25日,英国的《自然》杂志刊登了美国的沃森和英国的克里克在英国剑桥大学合作的研究成果:DNA双螺旋结构的分子模型,这一成果后来被誉为20世纪以来生物学方面最伟大的发现,标志着分子生物学的诞生。

  沃森(1928一)在中学时代是一个极其聪明的孩子,15岁时便进入芝加哥大学学习。当时,由于一个允许较早人学的实验性教育计划,使沃森有机会从各个方面完整地攻读生物科学课程。在大学期间,沃森在遗传学方面虽然很少有正规的训练,但自从阅读了薛定愕的《生命是什么?--活细胞的物理面貌》一书,促使他去"发现基因的秘密"。他善于集思广益,博取众长,善于用他人的思想来充实自己。只要有便利的条件,不必强迫自己学习整个新领域,也能得到所需要的知识。沃森22岁取得博士学位,然后被送往欧洲攻读博士后研究员。为了完全搞清楚一个病毒基因的化学结构,他到丹麦哥本哈根实验室学习化学。有一次他与导师一起到意大利那不勒斯参加一次生物大分子会议,有机会听英国物理生物学家威尔金斯(1916--)的演讲,看到了威尔金斯的DNAX射线衍射照片。从此,寻找解开DNA结构的钥匙的念头在沃森的头脑中索回。什么地方可以学习分析X射线衍射图呢?于是他又到英国剑桥大学卡文迪什实验室学习,在此期间沃森认识了克里克。

  克里克(1916一2004)上中学时对科学充满热情,1937年毕业于伦敦大学。1946年,他阅读了《生命是什么?-活细胞的物理面貌》一书,决心把物理学知识用于生物学的研究,从此对生物学产生了兴趣。1947年他重新开始了研究生的学习,1949年他同佩鲁兹一起使用X射线技术研究蛋白质分子结构,于是在此与沃森相遇了。当时克里克比沃森大12岁,还没有取得博士学位。但他们谈得很投机,沃森感到在这里居然能找到一位懂得DNA比蛋白质更重要的人,真是三生有幸。同时沃森感到在他所接触的人当中,克里克是最聪明的一个。他们每天交谈至少几个小时,讨论学术问题。两个人互相补充,互相批评以及相互激发出对方的灵感。他们认为解决DNA分子结构是打开遗传之谜的关键。只有借助于精确的X射线衍射资料,才能更快地弄清DNA的结构。为了搞到DNAX射线衍射资料,克里克请威尔金斯到剑桥来度周末。在交谈中威尔金斯接受了DNA结构是螺旋型的观点,还谈到他的合作者富兰克林(1920一1958,女)以及实验室的科学家们,也在苦苦思索着DNA结构模型的问题。从1951年11月至1953年4月的18个月中,沃森、克里克同威尔金斯、富兰克林之间有过几次重要的学术交往。

  1951年11月,沃森听了富兰克林关于DNA结构的较详细的报告后,深受启发,具有一定晶体结构分析知识的沃森和克里克认识到,要想很快建立DNA结构模型,只能利用别人的分析数据。他们很快就提出了一个三股螺旋的DNA结构的设想。1951年底,他们请威尔金斯和富兰克林来讨论这个模型时,富兰克林指出他们把DNA的含水量少算了一半,于是第一次设立的模型宣告失败。

  有一天,沃森又到国王学院威尔金斯实验室,威尔金斯拿出一张富兰克林最近拍制的“B型”DNA的X射线衍射的照片。沃森一看照片,立刻兴奋起来、心跳也加快了,因为这种图像比以前得到的“A型”简单得多,只要稍稍看一下“B型”的X射线衍射照片,再经简单计算,就能确定DNA分子内多核苷酸链的数目了。

  克里克请数学家帮助计算,结果表明源吟有吸引嘧啶的趋势。他们根据这一结果和从查加夫处得到的核酸的两个嘌吟和两个嘧啶两两相等的结果,形成了碱基配对的概念。

  他们苦苦地思索4种碱基的排列顺序,一次又一次地在纸上画碱基结构式,摆弄模型,一次次地提出假设,又一次次地推翻自己的假设。

  
沃森(左)和克里克
有一次,沃森又在按着自己的设想摆弄模型,他把碱基移来移去寻找各种配对的可能性。突然,他发现由两个氢键连接的腺膘吟一胸腺嘧啶对竟然和由3个氢键连接的鸟嘌吟一胞嘧啶对有着相同的形状,于是精神为之大振。因为嘌吟的数目为什么和嘧啶数目完全相同这个谜就要被解开了。查加夫规律也就一下子成了DNA双螺旋结构的必然结果。因此,一条链如何作为模板合成另一条互补碱基顺序的链也就不难想象了。那么,两条链的骨架一定是方向相反的。

  经过沃森和克里克紧张连续的工作,很快就完成了DNA金属模型的组装。从这模型中看到,DNA由两条核苷酸链组成,它们沿着中心轴以相反方向相互缠绕在一起,很像一座螺旋形的楼梯,两侧扶手是两条多核苷酸链的糖一磷基因交替结合的骨架,而踏板就是碱基对。由于缺乏准确的X射线资料,他们还不敢断定模型是完全正确的。

  
富兰克林
下一步的科学方法就是把根据这个模型预测出的衍射图与X射线的实验数据作一番认真的比较。他们又一次打电话请来了威尔金斯。不到两天工夫,威尔金斯和富兰克林就用X射线数据分析证实了双螺旋结构模型是正确的,并写了两篇实验报告同时发表在英国《自然》杂志上。1962年,沃森、克里克和威尔金斯获得了诺贝尔医学和生理学奖,而富兰克林因患癌症于1958年病逝而未被授予该奖。

  20世纪30年代后期,瑞典的科学家们就证明DNA是不对称的。第二次世界大战后,用电子显微镜测定出DNA分子的直径约为2nm。

  
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DNA双螺旋结构被发现后,极大地震动了学术界,启发了人们的思想。从此,人们立即以遗传学为中心开展了大量的分子生物学的研究。首先是围绕着4种碱基怎样排列组合进行编码才能表达出20种氨基酸为中心开展实验研究。1967年,遗传密码全部被破解,基因从而在DNA分子水平上得到新的概念。它表明:基因实际上就是DNA大分子中的一个片段,是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位。在这个单位片段上的许多核苷酸不是任意排列的,而是以有含意的密码顺序排列的。一定结构的DNA,可以控制合成相应结构的蛋白质。蛋白质是组成生物体的重要成分,生物体的性状主要是通过蛋白质来体现的。因此,基因对性状的控制是通过DNA控制蛋白质的合成来实现的。在此基础上相继产生了基因工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程等,这些生物技术的发展必将使人们利用生物规律造福于人类。现代生物学的发展,愈来愈显示出它将要上升为带头学科的趋势。

【DNA重组技术的发展】

  20世纪50年代,DNA双螺旋结构被阐明,揭开了生命科学的新篇章,开创了科学技术的新时代。随后,遗传的分子机理――DNA复制、遗传密码、遗传信息传递的中心法则、作为遗传的基本单位和细胞工程蓝图的基因以及基因表达的调控相继被认识。至此,人们已完全认识到掌握所有生物命运的东西就是DNA和它所包含的基因,生物的进化过程和生命过程的不同,就是因为DNA和基因运作轨迹不同所致。

  知道DNA的重大作用和价值后,生命科学家首先想到能否在某些与人类利益密切相关的方面打破自然遗传的铁律,让患病者的基因改邪归正以达治病目的,把不同来源的基因片段进行“嫁接”以产生新品种和新品质……于是,一个充满了诱惑力的科学幻想奇迹般地成为现实。这是发生在20世纪70年代初的事情。

  实现这一科学奇迹的科技手段就是DNA重组技术。1972年,美国科学家保罗?伯格首次成功地重组了世界上第一批DNA分子,标志着DNA重组技术――基因工程作为现代生物工程的基础,成为现代生物技术和生命科学的基础与核心。

  DNA重组技术的具体内容就是采用人工手段将不同来源的含某种特定基因的DNA片段进行重组,以达到改变生物基因类型和获得特定基因产物的目的的一种高科学技术。

  到了20世纪70年代中后期,由于出现了工程菌以及实现DNA重组和后处理都有工程化的性质,基因工程或遗传工程作为DNA重组技术的代名词被广泛使用。现在,基因工程还包括基因组的改造、核酸序列分析、分子进化分析、分子免疫学、基因克隆、基因诊断和基因治疗等内容。可以说,DNA重组技术创立近30多年来所获得的丰硕成果已经把人们带进了一个不可思议的梦幻般的科学世界,使人类获得了打开生命奥秘和防病治病“魔盒”的金钥匙。

  目前,DNA重组技术已经取得的成果是多方面的。到20世纪末,DNA重组技术最大的应用领域在医药方面,包括活性多肽、蛋白质和疫苗的生产,疾病发生机理、诊断和治疗,新基因的分离以及环境监测与净化。

  许多活性多肽和蛋白质都具有治疗和预防疾病的作用,它们都是从相应的基因中产生的。但是由于在组织细胞内产量极微,所以采用常规方法很难获得足够量供临床应用。

  基因工程则突破了这一局限性,能够大量生产这类多肽和蛋白质,迄今已成功地生产出治疗糖尿病精神分裂症胰岛素,对血癌和某些实体肿瘤有疗效的抗病毒剂――干扰素,治疗侏儒症的人体生长激素,治疗肢端肥大症和急性胰腺炎的生长激素释放抑制因子等100多种产品。

  基因工程还可将有关抗原的DNA导入活的微生物,这种微生物在受免疫应激后的宿主体内生长可产生弱毒活疫苗,具有抗原刺激剂量大、且持续时间长等优点。目前正在研制的基因工程疫苗就有数十种之多,在对付细菌方面有针对麻风杆菌、百日咳杆菌、淋球菌、脑膜炎双球菌等的疫苗;在对付病毒方面有针对甲型肝炎、乙型肝炎、巨细胞病毒、单纯疱疹、流感、人体免疫缺陷病毒等的疫苗……。我国乙肝病毒携带者和乙肝患者多达一二亿,这一情况更促使了我国科学家自行成功研制出乙肝疫苗,取得了巨大的社会效益和经济效益。

  抗体是人体免疫系统防病抗病的主要武器之一,20世纪70年代创立的单克隆抗体技术在防病抗病方面虽然发挥了重要作用,但由于人源性单抗很难获得,使得单抗在临床上的应用受到限制。为解决此问题,近年来科学家采用DNA重组技术已获得了人源性抗体,这种抗体既可保证它与抗原结合的专一性和亲合力,又能保证正常功能的发挥。目前,已有多种这样的抗体进行了临床试验,如抗HER-2人源化单抗治疗乳腺癌已进入Ⅲ期试验,抗IGE人源化单抗治疗哮喘病已进入Ⅱ期试验。

  抗生素在治疗疾病上起到了重要作用,随着抗生素数量的增加,用传统方法发现新抗生素的几率越来越低。为了获取更多的新型抗生素,采用DNA重组技术已成为重要手段之一。目前人们已获得数十种基因工程“杂合”的抗生素,为临床应用开辟了新的治疗途径。

  值得指出的是,以上所述基因工程多肽、蛋白质、疫苗、抗生素等防治药物不仅在有效控制疾病,而且在避免毒副作用方面也往往优于以传统方法生产的同类药品,因而更受人们青睐。

  人类疾病都直接或间接与基因相关,在基因水平上对疾病进行诊断和治疗,则既可达到病因诊断的准确性和原始性,又可使诊断和治疗工作达到特异性强、灵敏度高、简便快速的目的。于基因水平进行诊断和治疗在专业上称为基因诊断和基因治疗。目前基因诊断作为第四代临床诊断技术已被广泛应用于对遗传病、肿瘤、心脑血管疾病、病毒细菌寄生虫病和职业病等的诊断;而基因治疗的目标则是通过DNA重组技术创建具有特定功能的基因重组体,以补偿失去功能的基因的作用,或是增加某种功能以利对异常细胞进行矫正或消灭。

  在理论上,基因治疗是治本治愈而无任何毒副作用的疗法。不过,尽管至今国际上已有100多个基因治疗方案正处于临床试验阶段,但基因治疗在理论和技术上的一些难题仍使这种治疗方法离大规模应用还有一段很长的距离。不论是确定基因病因还是实施基因诊断、基因治疗、研究疾病发生机理,关键的先决条件是要了解特定疾病的相关基因。随着“人类基因组计划”的临近完成,科学家们对人体全部基因将会获得全面的了解,这就为运用基因重组技术造逼于人类健康事业创造了条件。

  不过,虽然基因技术向人类展示了它奇妙的“魔术师”般的魅力,但也有大量的科学家对这种技术的发展予以人类伦理和生态演化的自然法则的冲击表示出极大的担忧。从理论上来讲,这种技术发展的一个极致就是使人类拥有了创造任何生命形态或从未有过的生物的能力。人们能够想像这将是怎样的结果吗?

  科学家在DNA中发现除基因密码之外的新密码

  据台湾媒体报道,美国与以色列科学家相信,他们已在DNA(去氧核醣核酸)之中找到除了基因密码之外的第二种密码。新发现的密码负责决定核体─亦即DNA所环绕的微型蛋白质线轴─之位置。这些线轴同时保护与控制通往DNA本身的途径。

  这项发现若获得证实,可能开启有关控制基因更高位阶的机制新知。譬如,每一种人体细胞得以激活其所需基因,却又无法触及其它种类细胞所使用的基因等既关键又神秘的过程。

  以色列魏兹曼研究院的塞格尔与美国西北大学的威顿及其同僚,在这一期“自然”科学期刊中,撰文描述这种DNA新密码。

  每一个人体细胞里都有约三千万个核体。之所以需要这么多的核体,是因为DNA线包覆每一个核体仅一.六五次,每个DNA螺旋就包含一百四十七个单位,而且单一染色体里的DNA分子在长度上可能就有高达二亿二千五百万个单位。

  生物学家多年来一直怀疑,DNA上的某些位置,特别是DNA最容易弯曲的那些位置,可能比其它位置更有利于核体的存在,但整体模式并不显而易见。如今,塞格尔与威顿博士分析了酵母菌基因内约二百个位置的序列,这些都是既知核体纠结在一起的地方,两人发现其中确实隐含一个模式存在。

  透过了解此一模式,他们成功预测其它有机体大约五成核体的位置。这个模式乃是能让DNA更容易弯曲,以及紧密包复核体的两种序列结合而成。但在此一模式中,每一个核体纠结的位置仅需若干序列出现即可,因此并不明显。正由于其形成条件松散,因此并不与基因密码冲突。

【DNA亲子鉴定】

  鉴定亲子关系目前用得最多的是DNA分型鉴定。人的血液、毛发、唾液、口腔细胞等都可以用于用亲子鉴定,十分方便。一个人有23对(46条)染色体,同一对染色体同一位置上的一对基因称为等位基因,一般一个来自父亲,一个来自母亲。如果检测到某个DNA位点的等位基因,一个与母亲相同,另一个就应与父亲相同,否则就存在疑问了。

  利用DNA进行亲子鉴定,只要作十几至几十个DNA位点作检测,如果全部一样,就可以确定亲子关系,如果有3个以上的位点不同,则可排除亲子关系,有一两个位点不同,则应考虑基因突变的可能,加做一些位点的检测进行辨别。DNA亲子鉴定,否定亲子关系的准确率几近100%,肯定亲子关系的准确率可达到99.99%。

  DNA亲子鉴定测试的常见问题

  什么是DNA亲子鉴定测试?

  DNA(脱氧核糖核酸)是人身体内细胞的原子物质。 每个原子有46个染色体,另外,男性的精子细胞和女性的卵子,各有23个染色体,当精子和卵子结合的时候。这46个原子染色体就制造一个生命, 因此,每人从生父处继承一半的分子物质,而另一半则从生母处获得。

  DNA亲子鉴定测试与传统的血液测试有很大的不同。 它可以在不同的样本上进行测试, 包括血液,腮腔细胞, 组织细胞样本和精液样本。由于血液型号, 例如A型, B型, O型或RH型, 在人群中的运用比较普遍, 用来分辨每一个人的血缘关系,但不如DNA亲子鉴定测试有效。除了真正双胞胎外, 每人的DNA是独一无二的. 由于它是这样独特, 就好像指纹一样, 用于亲子鉴定,DNA是最为有效的方法。我们的结果通常是比法庭上要求的还准确10到100倍。

  亲子鉴定的准确性

  DNA亲子鉴定是目前最准确的亲权鉴定方法,如果小孩的遗传位点和被测试男子的位点(至少1个)不一致,那么该男子便100%被排除血缘关系之外,即他绝对不可能是孩子的父亲。如果孩子与其父母亲的位点都吻合,我们就能得出亲权关系大于99.99%的可能性,即证明他们之间的血缘亲子关系。

  亲子鉴定须知(1) 被鉴定人应由母-子-可疑父亲或父母-子组成,只要求父子或母子二人鉴定者一般不予受理;(2)成年被鉴定人均应自愿同意鉴定,12岁以上的青少年应适当求其对鉴定的意见;(3) 被鉴定人应了解自己或近亲属有无遗传病史;(4)被鉴定子女年龄一般在半岁以上为好;(5) 羊水或绒毛作亲子鉴定应孕妇及可疑父亲签定委托鉴定协议书。

【DNA超速离心】

  近代质粒DNA分离纯化以从大肠杆菌中分离为代表,鉴于大局杆菌(E.coli)在分子生物学研究中的重要地位,从E.coli中分离纯化质控DNA〈PiasmidDNA〉成为近年来超离心技术中一个重要课题。而质粒DNA的快速分离纯化又对超离心设备(超速离心机、转头和附属设备)提出了更高要求。

  E.coli是典型的原核细胞生物,由于原核细胞缺乏其核细胞所具有的那种由单位膜组成的可把多种功能组分分隔为专一化的和局部独立区域的内膜系统,因而没有其核细胞所包含的细胞器(核、内质网、高尔基体、线拉体、溶酶体等等)。电镜显微照片显示E.coli有两个可以区别的内部区域一一细胞质和核质,在它们外面围着一层较薄的细胞质膜和很厚的细胞壁,在细胞壁外部附着一些一端游离的鞭毛。质粒DNA位于核区,以细丝状存在,这种细丝状物在多种情况下是极长的环状DNA的一些片断所折叠起来的聚密体。

  针对E.coli的显微结构待点,在进行超离心分离纯化质粒DNA之前的预处理顺序是:

  E.coli→用溶菌酶去细胞壁→用表面活性剂如SDS、TritX-100等EE细胞膜→用乙酸锅使DNA、RNA及蛋白质大部分沉淀(90%以上)。

  沉淀物可以在加入TE缓冲液(10m-MTris-HCLlmMEDTA,pH8.0)后分子筛上住去蛋白,去RNA;也可以用超速离心法去蛋白质,去RNA,去级状DNA或DNA断片。

  【质粒DNA超速离心的分离方法】

  传统的分离方法:数年前,由于受设备条件限制,质粒DNA的分离一般用CsCl平衡等密度离心法,自形成梯度。以10~12ml单管容量为例,用甩平转头分离,36.000rpm×60小时,用角式转头分离45,OOOrpm×36小时,前者包括加减速在内共用去1.3亿转驱动部寿命,后者也要用去1亿转驱动部寿命,这对当时超速离心机总寿命为100~200亿转来看,无疑每次实验费用过高,加上CsCl用量多、价格贵等因素,使这类分离纯化工作成为非常昂贵的实验。

  【质粒DNA超速离心分离的最新进展】

  (1)超速垂直管转头的离心分离(钦合金或碳纤维制造的):从1975年垂直管转头向世后,近年来各主要离心机生产商开发的垂直管转头,单管容量0.2ml到4Oml,最高转速从50,000rpm到120,000rpm,RCFmax可达700,OOOXg,90年代开发的新机型和转头己能够使质粒DNA垂直管离心分离实验做起来得心应手。

  (3)近垂直管转头离心分离:为了消除垂直管转头用于质粒DNA离心在壁部形成的RNA沉淀对已形成的DNA区带的污染,同时也为了改进一般斜角式转头(倾角25•——35•)由于沉降距离较长,因而分离时间也较长的缺点,近几年开发了多种近垂直管转头(即NearVerticalTube Rot时,简称NVT转头或Neo AngleRotor,小假角转头,简称NT).它们的离心管纵剖面中心轴线与离心机驱动轴线之间夹角在7.5•——10•之间,转速从65,000rpm到120,OOOrpm,RCFmax可达646,000×g单管容量从2ml至13.5ml。NVT(或NT)转头的开发主要是为质粒DNA分离而设计,当然它也适用于线粒体DNA、染色体DNA、RNA及血清脂蛋白的分离•纯化。

  (3)不连续阶梯梯度分离:质校DNA分离纯化传统方法是采用金管CsCl自形成梯度平衡等密度离心法,离心开始时金管CsCl密度均一,样品均匀分布其中。

【人类基因组计划】

  人类基因组计划(human genome project,HGP)是由美国科学家于1985年率先提出,于1990年正式启动的。美国、英国、法兰西共和国、德意志联邦共和国、日本国和我国科学家共同参与了这一价值达30亿美元的人类基因组计划。这一计划旨在为30多亿个碱基对构成的人类基因组精确测序,发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置,破译人类全部遗传信息。与曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计划并称为三大科学计划。

  2000年6月26日,参加人类基因组工程项目的美国、英国、法兰西共和国、德意志联邦共和国、日本国国和中国的6国科学家共同宣布,人类基因组草图的绘制工作已经完成。最终完成图要求测序所用的克隆能忠实地代表常染色体的基因组结构,序列错误率低于万分之一。95%常染色质区域被测序,每个Gap小于150kb。完成图将于2003年完成,比预计提前2年。

  美国和英国科学家2006年5月18日在英国《自然》杂志网络版上发表了人类最后一个染色体——1号染色体的基因测序。

  在人体全部22对常染色体中,1号染色体包含基因数量最多,达3141个,是平均水平的两倍,共有超过2.23亿个碱基对,破译难度也最大。一个由150名英国和美国科学家组成的团队历时10年,才完成了1号染色体的测序工作。

  科学家不止一次宣布人类基因组计划完工,但推出的均不是全本,这一次杀青的“生命之书”更为精确,覆盖了人类基因组的99.99%。解读人体基因密码的“生命之书”宣告完成,历时16年的人类基因组计划书写完了最后一个章节。

【“垃圾DNA”(junk DNA)】

  酵母和蠕虫之类的简单生物是如何进化为鸟和哺乳动物这样的复杂生物的呢?一项针对基因组进行的广泛比较研究显示,问题的答案可能就隐藏在生物的垃圾脱氧核糖核酸(DNA)中。美国科学家发现,生物越复杂,其携带的垃圾DNA就越多,而恰恰是这些没有编码的“无用”DNA帮助高等生物进化出了复杂的机体。

  自从第一个真核生物——包括从酵母到人类的有细胞核的生物——的基因组被破译以来,科学家一直想知道,为什么生物的大多数DNA并没有形成有用的基因。从突变保护到染色体的结构支撑,对于这种所谓的垃圾DNA的可能解释有许多种。但是去年从人类、小鼠和大鼠身上得到的完全一致的关于垃圾DNA的研究结果却表明,在这一区域中可能包含有重要的调节机制,从而能够控制基础的生物化学反应和发育进程,这将帮助生物进化出更为复杂的机体。与简单的真核生物相比,复杂生物有更多的基因不会发生突变的事实无疑极大地强化了这一发现。

  为了对这一问题有更深的了解,由美国加利福尼亚大学圣塔克鲁斯分校(UCSC)的计算生物学家DavidHaussler领导的一个研究小组,对5种脊椎动物——人、小鼠、大鼠、鸡和河豚——的垃圾DNA序列与4种昆虫、两种蠕虫和7种酵母的垃圾DNA序列进行了比较。研究人员从对比结果中得到了一个惊人的模式:生物越复杂,垃圾DNA似乎就越重要。

  这其中暗含的可能性在于,如果不同种类的生物具有相同的DNA,那么这些DNA必定是用来解决一些关键性的问题的。酵母与脊椎动物共享了一定数量的DNA,毕竟它们都需要制造蛋白质,但是只有15%的共有DNA与基因无关。研究小组在7月14日的《基因组研究》杂志网络版上报告说,他们将酵母与更为复杂的蠕虫进行了比较,后者是一种多细胞生物,发现有40%的共有DNA没有被编码。随后,研究人员又将脊椎动物与昆虫进行了对比,这些生物比蠕虫更为复杂,结果发现,有超过66%的共有DNA包含有没有编码的DNA。

  参与该项研究工作的UCSC计算生物学家AdamSiepel指出,有关蠕虫的研究结果需要慎重对待,这是由于科学家仅仅对其中的两个基因组进行了分析。尽管如此,Siepel还是认为,这一发现有力地支持了这样一种理论,即脊椎动物和昆虫的生物复杂性的增加主要是由于基因调节的精细模式。

【DNA探针】

  DNA探针是最常用的核酸探针,指长度在几百碱基对以上的双链DNA或单链DNA探针。现已获得DNA探针数量很多,有细菌、病毒、原虫、真菌、动物和人类细胞DNA探针。这类探针多为某一基因的全部或部分序列,或某一非编码序列。这些DNA片段须是特异的,如细菌的毒力因子基因探针和人类Alu探针。这些DNA探针的获得有赖于分子克隆技术的发展和应用。以细菌为例,目前分子杂交技术用于细菌的分类和菌种鉴定比之G+C百分比值要准确的多,是细菌分类学的一个发展方向。加之分子杂交技术的高敏感性,分子杂交在临床微生物诊断上具有广阔的前景。细菌的基因组大小约5×106bp,约含3000个基因。各种细菌之间绝大部分DNA是相同的,要获得某细菌特异的核酸探针,通常要采取建立细菌基因组DNA文库的办法,即将细菌DNA切成小片段后分别克隆得到包含基因组的全信息的克隆库。然后用多种其它菌种的DNA作探针来筛选,产生杂交信号的克隆被剔除,最后剩下的不与任何其它细菌杂交的克隆则可能含有该细菌特异性DNA片段。将此重组质粒标记后作探针进一步鉴定,亦可经DNA序列分析鉴定其基因来源和功能。因此要得到一种特异性DNA探针,常常是比较繁琐的。探针DNA克隆的筛选也可采用血清学方法,所不同的是所建DNA文库为可表达性,克隆菌落或噬斑经裂解后释放出表达抗原,然后用来源细菌的多克隆抗血清筛选阳性克隆,所得到多个阳性克隆再经其它细菌的抗血清筛选,最后只与本细菌抗血清反应的表达克隆即含有此细菌的特异性基因片段,它所编码的蛋白是该菌种所特有的。用这种表达文库筛选得到的显然只是特定基因探针。

  【DNA修复】

  DNA修复(DNArepairing)是细胞对DNA受损伤后的一种反应,这种反应可能使DNA结构恢复原样,重新能执行它原来的功能;但有时并非能完全消除DNA的损伤,只是使细胞能够耐受这DNA的损伤而能继续生存。也许这未能完全修复而存留下来的损伤会在适合的条件下显示出来(如细胞的癌变等),但如果细胞不具备这修复功能,就无法对付经常在发生的DNA损伤事件,就不能生存。所以研究DNA修复也是探索生命的一个重要方面,而且与军事医学、肿瘤学等密切相关。对不同的DNA损伤,细胞可以有不同的修复反应。

  DNA含有A、C、G、T四种碱基,通常情况下A——T,C——G组合碱基对构成DNA链的横档。基因就是通过解读DNA中这些碱基排列顺序来传达给细胞指令,控制细胞工作。

  很多因素会引起DNA链断裂,DNA链在重组中碱基要重新排列,导致基因解读的碱基排列和原来不同,发出错误指令,造成细胞错误的生长及工作状态,因此发生了细胞变异,也就会产生了肿瘤细胞。肿瘤细胞会吸收大量的人体养份或正常细胞而快速成长,因此肿瘤细胞比正常细胞要大的多,细胞核比正常大1-5倍,并且多发生畸形等情况。同时肿瘤DNA链在同样的情况也会发生断裂,因为DNA具有自身修复和半保留复制的功能,DNA连接酶可将DNA片段再次连接起来,在旋转酶的作用下重新形成螺旋状。并且一小段DNA就可遗传肿瘤细胞的特性生成新的肿瘤细胞。现在科学家常常提到的克隆,就是利用了DNA的这一特性。所以大部分情况下肿瘤DNA链的重组是一变二或一变多的过程,这就形成肿瘤细胞的复制和繁殖,由此就造成肿瘤的扩大、扩散、转移及恶化,最终威胁人类的健康和生命。

  【DNA复制】

  DNA复制是指DNA双链在细胞分裂以前进行的复制过程,复制的结果是一条双链变成两条一样的双链(如果复制过程正常的话),每条双链都与原来的双链一样。这个过程是通过名为半保留复制的机制来得以顺利完成的。复制可以分为以下几个阶段:

  起始阶段:解旋酶在局部展开双螺旋结构的DNA分子为单链,引物酶辨认起始位点,以解开的一段DNA为模板,按照5'到3'方向合成RNA短链。形成RNA引物。

  DNA片段的生成:在引物提供了3'-OH末端的基础上,DNA聚合酶催化DNA的两条链同时进行复制过程,由于复制过程只能由5'->3'方向合成,因此一条链能够连续合成,另一条链分段合成,其中每一段短链成为冈崎片段(Okazakifragments)。

  RNA引物的水解:当DNA合成一定长度后,DNA聚合酶水解RNA引物,补填缺口。

  DNA连接酶将DNA片段的磷酸二酯键连接起来,形成完整的DNA分子。

  最后DNA新合成的片段在旋转酶的帮助下重新形成螺旋状。

  【单链DNA】

  单链DNA(single-strandedDNA)大部分DNA以双螺旋结构存在,但一经热或碱处理就会变为单链状态。单链DNA就是指以这种状态存在的DNA。单链DNA在分子流体力学性质、吸收光谱、碱基反应性质等方面都和双链DNA不同。某些噬菌体粒子内含有单链环状的DNA,这样的噬菌体DNA在细胞内增殖时则形成双链DNA。

  【闭环DNA】

  闭环DNA(closed circularDNA)没有断口的双链环状DNA,亦称为超螺旋DNA。由于具有螺旋结构的双链各自闭合,结果使整个DNA分子进一步旋曲而形成三级结构。另外如果一条或二条链的不同部位上产生一个断口,就会成为无旋曲的开环DNA分子。从细胞中提取出来的质粒或病毒DNA都含有闭环和开环这二种分子。可根据两者与色素结合能力的不同,而将两者分离开来。

  【连接DNA】

  连接DNA (Linker DNA):核小体中除146bp核心DNA 外的所有DNA。

  【模板DNA】

  模板DNA可以是单链分子,也可以是双链分子,可以是线状分子,也可以是环状分子(线状分子比环状分子的扩增效果稍好).就模板DNA而言,影响PCR的主要因素是模板的数量和纯度。

  【互补DNA】

  互补DNA(cDNA, complementary DNA )构成基因的双链DNA分子用一条单链作为模板,转录产生与其序列互补的信使RNA分子,然后在反转录酶的作用下,以mRNA分子为模板,合成一条与mRNA序列互补的单链DNA,最后再以单链DNA为模板合成另一条与其互补的单链DNA,两条互补的单链DNA分子组成一个双链cDNA分子.因此,双链cDNA分子的序列同转录产生的mRNA分子的基因是相同的.所以一个cDNA分子就代表一个基因.但是cDNA仍不同于基因,因为基因在转录产生mRNA时,一些不编码的序列即内含子被删除了,保留的只是编码序列,即外显子.所以cDNA序列都比基因序列要短得多,因为cDNA中不包括基因的非编码序列---内含子。

  【DNA限制性片断长度多态性分析】

  在人类基因组中,平均约200对碱基可发生一对变异(称为中性突变),中性突变导致个体间核苷酸序列的差异,称为DNA多态性。不少DNA多态性发生在限制性内切酶识别位点上,酶解该DNA片段就会产生长度不同的片断,称为限制性片段长度多态性(RFLP)。RFLR按孟德尔方式遗传,在某一特定家族中,如果某一致病基因与特异的多态性片断紧密连锁,就可用这一多态性片段为一种“遗传标志”,来判断家庭成员或胎儿是否为致病基因的携带者。甲型血友病、囊性纤维病变和苯丙酮尿症等均可借助这一方法得到诊断.

【DNA治疗】

  基因治疗是用正常的基因整合入细胞,以校正和置换致病基因的一种治疗方法。目前从广义上来讲,将某种遗传物质转移到患者细胞内,使其体内发挥作用,以达到治疗疾病目的方法,也谓之基因治疗。

  目前基因治疗所采用的方法基本上可分为以下几种:

1、DNA矫正

  DNA矫正指将致病DNA链的异常碱基进行纠正,而正常部分予以保留。

2、DNA置换

  DNA置换就是用正常DNA通过体内DNA同源重组.原位替换病变细胞内的致病DNA,使细胞内的DNA完全恢复正常状态

【DNA的简易提取法】

一:人体DNA的简易提取法

  ★所需的材料:①一茶匙,放进一杯(自来水即可,绝对不能有杂质)里完全溶解、②一个干净的小玻璃杯、③一些洗涤液(去超市买正规的)、④一根滴管(可在化学品试剂店买)、⑤酒精度在50°以上的冰镇烈性酒(桶酿燕麦威士忌、质量上乘的杜松子酒、高度伏特加酒,或者抗菌酒精都能实现这项工作)

  ★制取方法:在干净的小玻璃杯里放入一茶匙洗涤液并用三茶匙水(自来水即可,绝对不能有杂质)稀释。用盐水在嘴里用力漱洗30秒钟左右,然后吐进稀释的洗涤液之中。用力搅拌混合物几分钟,然后非常小心地把两茶匙冰镇烈酒顺着玻璃杯的侧壁倒进去。如果你的手不能拿稳,可以使用滴管,把杯子稍微倾斜一下会对此有所帮助。这个步骤要求注意力非常集中,而且是非常关键的一步,必须要形成一个泾渭分明的水和酒之间的界限。如果你做到了细心谨慎,就将在盐和漱口水混合液的顶部形成单独的一层;等几分钟之后,你就会看到在酒之中开始形成纺锤形、白色、线状的团块样物质。这就是你的DNA。接下来如果有条件的话,可用1280倍的显微镜观察……

  ★注意事项:在开始之前,一定要保证你的口腔是干净的。如果刚吃完东西,要等4个多小时后才能提取,以确保提取的精度。

二:动物DNA的简易提取法

  (略为复杂一些)

  ★所需的材料:①鸡血细胞液5~10毫升(后面有鸡血细胞液的制作方法)、②铁架台、③铁环、④镊子、⑤三角架、⑥酒精灯、⑦石棉网、⑧载玻片(可在化学品试剂店买)、⑨玻璃棒、⑩滤纸、⑾滴管(化学品试剂店买)、⑿量筒(100ml一个)、⒀烧杯(100ml一个,50ml和500ml各2个)、⒁试管(20ml2个)、⒂漏斗(建议买3个)、⒃试管夹(建议买4个)、⒄纱布(建议买4个)、⒅体积分数为95%的酒精溶液(就是浓度为95%的酒精,实验前置于冰箱内冷却24小时,建议冷藏室的温度调节在4°~6°之间最好)、⒆蒸馏水(不少于500毫升)、⒇质量浓度为0.1%克/ml(毫升)的柠檬酸钠溶液、(21)物质的量浓度为2mol(摩尔)/L(升)和0.015mol/L的氯化钠溶液、(22)二苯胺试剂(本试剂是成瓶的)。

  ★制取方法:①制备鸡血细胞→取刚杀过的鸡血(要干净,不能有杂质)50毫升左右,加入柠檬酸钠防止凝血;除去上面的清液,因为DNA主要存在于细胞核中。②提取核物质→加蒸馏水(一般是鸡血细胞的2倍半)并用玻璃棒搅拌不少于5分钟,使血细胞破裂,释放出的DNA往往和蛋白质结合在一起。③溶解核内DNA→DNA在高浓度的氯化钠溶液中溶解度很高,用2mol/L的氯化钠溶液可以加速核蛋白解聚,游离出DNA。④析出含DNA的粘稠物→加蒸馏水降低氯化钠溶液的浓度至0.14mol/L,此时DNA的溶解度下降,蛋白质的溶解度增高,从而使DNA和蛋白质分离,析出DNA(注意:此步骤要精确浓度)。⑤滤出含DNA的粘稠物→用纱布过滤得到丝状DNA的粘稠物。⑥DNA粘稠物再溶解→加入2mol/L的氯化钠溶液后,充分搅拌,使DNA溶解。⑦过滤含DNA的氯化钠溶液→用新纱布过滤。⑧提取较纯净的DNA→加入冷却的浓度为95%的酒精,使DNA沉淀、浓缩、形成含杂质较少的白色丝状物。⑨DNA的鉴定→DNA的鉴定可用二苯胺法,DNA遇到二苯胺变为蓝色;还可以用“甲基绿”法,“甲基绿”使DNA变为蓝绿色。

  ★注意事项:①盛放鸡血细胞的容器,最好是塑料容器。鸡血细胞破碎后,DNA容易被玻璃容器吸附。因此,实验中最好使用塑料的烧杯和试管,可以减少提取过程中DNA的损失。②实验中搅拌含有悬浮物的溶液时,玻璃棒不要直插烧杯底部,同时搅拌要轻慢。③用“甲基绿”法鉴别DNA时,可将“甲基绿”直接滴到玻璃棒的丝状物上后,要用水充分冲洗掉浮色后再观察。

三:植物DNA的简易提取法

  (提取时千万要注意里面的步骤!!!)

  ★所需的材料:①新鲜菜花(或蒜黄、菠菜)。②塑料烧杯一个。③量筒(规格和数量同上)。④玻璃棒一个。⑤尼龙纱布(数量同上)。⑥陶瓷研钵一个(最好用陶瓷的)。⑦试管(数量同上,没标明数量的要同时准备两个,以备用)。⑧试管架(数量同上)⑨试管夹(数量同上)。⑩漏斗(数量同上)。⑾酒精灯一个。⑿石棉网(数量同上)。⒀三角架。⒁火柴一把(小火柴)。⒂刀片一把(小刀即可)。⒃天平。⒄研磨液(可在化学品试剂店买)。⒅体积为95%的酒精溶液(体积就是浓度)。⒆二苯胺试剂一瓶。⒇蒸馏水(不少于500毫升)。(21)塑料离心机一台(也可用食品加工机代替)。

  ★制取方法:①准备材料→将新鲜菜花和浓度为95%的酒精溶液放入冰箱冷冻室内,至少24个小时,建议48个小时,冷冻室的温度要调成-18°以下。②取材→称取30克菜花,去梗取花,切碎。③研磨→将碎菜花放入研钵内,倒入10毫升研磨液,充分研磨10分钟,建议15分钟。④过滤→在漏斗中垫上尼龙纱布,将菜花研磨液滤入烧杯中(有条件的可将滤液滤入塑料离心机中离心,用1000转/分钟的速度旋转,离心5分钟,取出上面的清澈液体放入烧杯中。[也可用食品加工机代替,但速度一定要有保证!])在4°的冷藏室中放置5~6分钟后,再取上面的清澈液体。⑤加冷酒精→将一倍体积的清澈液体倒入两倍体积浓度为95%的冷酒精中,并用玻璃棒缓缓地轻轻地搅拌溶液(玻璃棒不要插入烧杯底部)。沉淀3~5分钟后,可见白色的DNA絮状物出现。用玻璃棒缓缓旋转,絮状物会缠在玻璃棒上。⑥配制二苯胺试剂→取0.1毫升B液,滴入到10毫升A液中,混匀。⑦鉴定→取4毫升DNA提取液放入试管中,加入4毫升二苯胺试剂,混匀后观察溶液颜色(不变蓝)。用沸水浴(100°)加热10分钟。在加热过程中,随时注意试管中溶液颜色的变化(逐渐出现浅蓝色)。

  ★注意事项:①一定的冷冻时间是绝对要掌握好的,因为植物的DNA提取不易。②研磨的时间也要掌握好,理由同前。③要想好一切步骤,一举呵成,就是要抓紧时间,理由同前。

DNA的心灵感应

  DNA双螺旋结构DNA分子能够识别与自己“配对”的分子,即使相隔一段距离,并且在表面无其它外力帮助的情况下,相配对的两个分子最终能聚合在一起。科学家指出,这种“心理感应”会帮助DNA分子在它们混乱前排列整齐,这能够有效避免DNA结合时发生差错,也就有效避免了癌症,老化和其它的疾病的发生。但是同样的DNA适当地打乱组合顺序其实是对有性繁殖有意义的,因为要保证后代遗传得多样性。

DNA鉴定

  人体细胞有总数约为30亿个碱基对的DNA[2],每个人的DNA都不完全相同,人与人之间不同的碱基对数目达几百万之多,因此通过分子生物学方法显示的DNA图谱也因人而异,由此可以识别不同的人。

歌曲名

  BY2第二张专辑《Twins》当中的其中一首歌。

  歌词:

  眼 还在偷瞄些什么 口在碎碎念什么

  不能说的秘密还哽咽在喉咙

  你的戏演的好弱 你的招术又好旧

  So tell me baby what’re you waiting for?

  早就该自首 早就应该知道情网恢恢疏而不漏的

  强词了太多 没有用

  瞳孔缩放掩不住爱情的计谋

  指纹在我手心里留下你的心动

  DNA说明了你动机跟理由

  证据摊在你面前 还有什么话好说

  你的戏演的好弱 你的招术又好旧

  So tell me baby what’re you waiting for?

  早就该自首 早就应该知道情网恢恢疏而不漏的

  强词了太多 没有用

  瞳孔缩放掩不住爱情的计谋

  指纹在我手心里留下你的心动

  DNA说明了你动机跟理由

  证据摊在你面前 还有什么话好说

  瞳孔缩放掩不住爱情的计谋

  指纹在我手心里留下你的心动

  DNA说明了你动机跟理由

  证据摊在你面前 还有什么话好说

  瞳孔缩放掩不住爱情的计谋

  指纹在我手心里留下你的心动

  DNA说明了你动机跟理由

  证据摊在你面前 还有什么话好说

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