醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)1剖析

PAGEPAGE116醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)全國(guó)高等醫(yī)藥院校研究生規(guī)劃教材供基礎(chǔ)、臨床、預(yù)防、口腔醫(yī)學(xué)、護(hù)理學(xué)、藥學(xué)專業(yè)用醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)主編查錫良副主編藥立波主審劉德培編者（以姓氏筆畫為序）馮作化（華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院）金穎（上海第二醫(yī)科大學(xué)）申宗候（復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院）昌增益（清華大學(xué)）李剛（北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部）藥立波（第四軍醫(yī)大學(xué)）楊安鋼（第四軍醫(yī)大學(xué)）賀竹梅（中山大學(xué)）宋惠萍(中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院）查錫良（復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院）屈伸（華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院）徐安龍（中山大學(xué)）周春燕（北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部）前言繼20世紀(jì)50年代Watson和Crick揭示了遺傳信息攜帶者DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)后，近50年來(lái)分子生物學(xué)的發(fā)展勢(shì)如破竹。60年代中期遺傳信息傳遞的中心法則的初步確定；70年代基因重組理論和技術(shù)的崛起；以及近二三十年來(lái)基因的表達(dá)和調(diào)控及相關(guān)的發(fā)育分子生物學(xué)的進(jìn)展；蛋白質(zhì)翻譯后加工、折疊、組裝、轉(zhuǎn)運(yùn)，生物大分子相互識(shí)別、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的深入研究等；一個(gè)個(gè)里程碑工作接踵而來(lái)。人類基因組計(jì)劃業(yè)已完成，不久完整的人類基因組序列將呈現(xiàn)在人們面前。一個(gè)嶄新的時(shí)代——后基因組時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨。分子生物學(xué)是一門從生物大分子結(jié)構(gòu)和功能水平上闡述各種生命現(xiàn)象的前沿學(xué)科，其內(nèi)涵也隨著生命科學(xué)的發(fā)展而日益豐富。尤為重要的是分子生物學(xué)的新理論、新技術(shù)迅速滲透到生命科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，產(chǎn)生了諸如分子遺傳學(xué)、分子生理學(xué)、分子免疫學(xué)、分子微生物學(xué)、分子神經(jīng)生物學(xué)、分子病理學(xué)和分子藥理學(xué)等新興的交叉學(xué)科，醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)也應(yīng)運(yùn)而生。醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)是分子生物學(xué)的重要分支，它與基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)密切結(jié)合，研究生物大分子結(jié)構(gòu)、功能、調(diào)控機(jī)制及其人體各種生理和病理狀態(tài)的分子機(jī)制。醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)的進(jìn)步大大促進(jìn)了基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)的發(fā)展，有效地推動(dòng)了新的診斷、治療、預(yù)防方法的建立以及新的健康理念的發(fā)展。本教材為全國(guó)高等醫(yī)藥教材建設(shè)研究會(huì)組織編寫的研究生規(guī)劃教材系列之一。適用于全國(guó)高等醫(yī)藥院校及研究機(jī)構(gòu)的碩士研究生。本教材在醫(yī)學(xué)院校生物化學(xué)與分子生物學(xué)教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，更為深入和系統(tǒng)地介紹了分子生物學(xué)的基本理論和最新進(jìn)展，并特別注重了與基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)的結(jié)合，以期為進(jìn)一步學(xué)習(xí)其他研究生專業(yè)課程和開(kāi)展醫(yī)學(xué)科研工作奠定醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)。全書內(nèi)容分為四篇：即基因、蛋白質(zhì)、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞增殖、分化與細(xì)胞凋亡。第一篇基因由8章組成，在介紹基因、基因組的概念、結(jié)構(gòu)與功能基礎(chǔ)上，著重闡述人類基因組計(jì)劃的新成就、功能基因組、基因表達(dá)及其調(diào)控、與疾病發(fā)生發(fā)展和診斷治療密切相關(guān)的分子機(jī)制、常用的基因操作原理等。第二篇蛋白質(zhì)由5章組成，力求從動(dòng)態(tài)角度出發(fā)，審視蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能；介紹蛋白質(zhì)“生老病死”的分子過(guò)程和酶學(xué)的新進(jìn)展；強(qiáng)調(diào)時(shí)間、空間、微環(huán)境等因素對(duì)蛋白質(zhì)正常和異常結(jié)構(gòu)與功能的影響；同時(shí)，從科研實(shí)際出發(fā)，敘述研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的思路和技術(shù)方法，并呈現(xiàn)給讀者若干懸而未決的蛋白質(zhì)研究難題，留給讀者更多的思考空間。第三篇細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)由5章組成，從分子水平介紹參與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的各種信號(hào)分子、受體的結(jié)構(gòu)和功能，以及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的原理及其規(guī)律；信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要通路及其生理作用；以及與疾病相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)異常；強(qiáng)調(diào)機(jī)體的各種生命活動(dòng)都受到嚴(yán)密的調(diào)控，其中細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)起著不可替代的介導(dǎo)作用；同時(shí)，討論了信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)研究的發(fā)展趨勢(shì)等。鑒于細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)研究在最近10年中的飛速發(fā)展及其在醫(yī)學(xué)發(fā)展中的重要作用，這一部分的內(nèi)容較以往各種教材更為詳細(xì)。第四篇細(xì)胞增殖、分化與細(xì)胞凋亡由4章組成，主要介紹了近年來(lái)頗受重視的細(xì)胞周期、細(xì)胞分化、胚胎干細(xì)胞發(fā)育全能性、細(xì)胞凋亡調(diào)控的分子機(jī)制等，這些前沿內(nèi)容與疾病發(fā)生發(fā)展和診斷治療緊密相連，也是研究生開(kāi)展基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)科學(xué)研究的必備知識(shí)。從培養(yǎng)研究生科學(xué)思維能力和科研工作能力的目標(biāo)出發(fā)，本教材在編寫方式和風(fēng)格方面中力求強(qiáng)調(diào)科學(xué)史的沿革、經(jīng)典實(shí)驗(yàn)結(jié)果、完整的理論知識(shí)和不同的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)的闡述，給讀者一個(gè)充分的自學(xué)余地和想象空間。本書的編寫人員由8所高校的12位教授組成。他們大部分來(lái)自醫(yī)學(xué)院校，也有的來(lái)自綜合性大學(xué)的生命科學(xué)學(xué)院。這種醫(yī)學(xué)領(lǐng)域與非醫(yī)學(xué)領(lǐng)域編寫者的組合是醫(yī)學(xué)院校教材編寫的一種新的嘗試，希望對(duì)于拓展醫(yī)學(xué)院校研究生的知識(shí)面和科研思路有所裨益。各位編者在所撰寫的章節(jié)中盡可能融會(huì)了個(gè)人的科研成果和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以使讀者對(duì)相關(guān)理論有更為深刻的理解。在編寫過(guò)程中，我們首先召開(kāi)了編者會(huì)議集體討論和議定了編寫大綱和各章的知識(shí)點(diǎn)，分頭執(zhí)筆完成初稿以后，進(jìn)行了通訊互審，最后又利用定稿會(huì)對(duì)全書進(jìn)行了再次的審定和修改，以盡量提高編寫質(zhì)量。但是由于編寫時(shí)間倉(cāng)促、編者學(xué)識(shí)水平有限，加之分子生物學(xué)發(fā)展異常迅速，本書難免存在遺漏、錯(cuò)訛和缺憾之處，謹(jǐn)請(qǐng)使用本書的廣大師生和科技工作者批評(píng)指正。本書每章末列出了以原始論文為主的若干參考文獻(xiàn)，以供讀者進(jìn)一步學(xué)習(xí)參考。本書在正文中出現(xiàn)的專業(yè)名詞后列出了英文原名及縮寫，書末列有英漢、漢英詞匯表和專業(yè)名詞索引，便于讀者查閱。需要指出的是，由于分子生物學(xué)專業(yè)新詞匯層出不窮，其中有些詞匯各家譯法不一，尚無(wú)公認(rèn)的譯名，只能以英文原名列出，或使用暫譯名。在本書的整個(gè)編寫過(guò)程中，始終得到主審劉德培院士的指導(dǎo)和關(guān)心。劉院士對(duì)本書的編寫大綱、初稿都進(jìn)行了認(rèn)真地審閱，并提出了寶貴的修改意見(jiàn)；中國(guó)協(xié)和醫(yī)科大學(xué)楊克恭教授對(duì)本教材初稿的審閱付出了大量的精力；還有一批為本教材編寫工作和編寫會(huì)議作貢獻(xiàn)的人士；在此一并表示衷心的感謝。查錫良藥立波2002年6月

基因第一章 基因的結(jié)構(gòu)與功能第一節(jié)遺傳的基本單位－基因一、基因一詞的由來(lái)及其含義的演變二、DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其性質(zhì)基因的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與分類一、染色體DNA二、線粒體DNA第三節(jié) 基因（符號(hào)）的命名法一、基因命名的基本原則二、人類基因的命名法三、其他生物基因的命名法第二章基因組

第—節(jié)

基因組及基因作圖

一、基因組與基因組學(xué)二、基因組存儲(chǔ)了生物體整套的遺傳信息

三、基因作圖的概念四、人類基因定位的基本方法第二節(jié)

人類基因組計(jì)劃

一、人類基因組計(jì)劃的誕生及意義

二、人類基因組計(jì)劃的4張圖譜

三、人類基因組計(jì)劃下一步的方向第三節(jié)

生物信息學(xué)及其在基因組研究中的應(yīng)用

第四節(jié)

單核苷酸多態(tài)性及意義

一、DNA分子標(biāo)記的發(fā)展

二、單核苷酸多態(tài)性的概念及其分析方法

三、單核苷酸多態(tài)性(SNPs)與疾病第五節(jié)

基因多態(tài)性與疾病相關(guān)性研究

一、基因多態(tài)性及其分析方法

二、基因多態(tài)性與疾病相關(guān)性的研究第六節(jié)藥物基因組學(xué)

一、藥物基因組學(xué)的概念

二、藥物基因組學(xué)的誕生三、藥物基因組學(xué)與基因多態(tài)性四、藥物基因組學(xué)的應(yīng)用DNA的生物合成與重組第一節(jié)復(fù)制DNA復(fù)制的基本特點(diǎn)原核生物染色體DNA的復(fù)制真核生物染色體DNA的復(fù)制DNA復(fù)制的方式逆轉(zhuǎn)錄第二節(jié)DNA損傷、突變和修復(fù)DNA損傷、突變的意義和類型DNA損傷、突變的引發(fā)因素DNA損傷、突變的修復(fù)DNA損傷、修復(fù)與人類疾病基因重組一、同源重組二、位點(diǎn)特異重組三、轉(zhuǎn)座因子四、免疫球蛋白基因重排第四章原核生物基因的表達(dá)和調(diào)控第一節(jié)原核生物基因的表達(dá)一、轉(zhuǎn)錄起始二、RNA延伸三、轉(zhuǎn)錄終止四、轉(zhuǎn)錄后加工五、翻譯的起始六、肽鏈的延伸七、翻譯的終止八、原核生物基因轉(zhuǎn)錄和翻譯的特點(diǎn)第二節(jié)原核基因表達(dá)的調(diào)控原核生物的順式作用元件和轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控的主要模式翻譯的可調(diào)控性及調(diào)控方式第五章真核生物基因的表達(dá)和調(diào)控第一節(jié)真核生物基因的表達(dá)一、轉(zhuǎn)錄起始二、RNA延伸三、轉(zhuǎn)錄終止四、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的加工五、RNA跨核膜運(yùn)輸六、翻譯七、翻譯后加工八、真核生物基因轉(zhuǎn)錄和翻譯的特點(diǎn)第二節(jié)真核生物基因表達(dá)調(diào)控的分子機(jī)制真核生物的順式作用元件真核生物的反式作用因子蛋白質(zhì)與DNA的相互作用其他調(diào)控基因表達(dá)的因素第三節(jié)真核基因表達(dá)的調(diào)控DNA和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控翻譯的可調(diào)控性及調(diào)控方式翻譯后加工的調(diào)控意義第四節(jié)基因表達(dá)研究在醫(yī)學(xué)研究中的意義對(duì)已知的單個(gè)或數(shù)個(gè)基因的表達(dá)研究基因表達(dá)譜的研究對(duì)大量基因的表達(dá)變化研究尋找在特定組織或細(xì)胞中表達(dá)的新基因基因表達(dá)調(diào)控研究在醫(yī)學(xué)研究中的意義闡明生理或病理過(guò)程的分子機(jī)制基因治療的基礎(chǔ)研究第六章基因與疾病第一節(jié)基因變異與疾病基因結(jié)構(gòu)變異與疾病基因表達(dá)異常與疾病原癌基因、抑癌基因與腫瘤外源基因的入侵與疾病線粒體DNA突變與疾病的關(guān)系動(dòng)態(tài)突變相關(guān)的疾病第二節(jié)基因突變導(dǎo)致的常見(jiàn)疾病遺傳性疾病腫瘤心血管疾病神經(jīng)系統(tǒng)疾病病原微生物感染導(dǎo)致的疾病第七章基因操作第一節(jié)基因工程基本技術(shù)一、基因工程技術(shù)的產(chǎn)生及其科學(xué)意義二、基因工程技術(shù)的基本原理和步驟三、基因工程用載體四、基因工程常用工具酶五、目的基因的獲得和重組載體的構(gòu)建六、重組載體的導(dǎo)入、鑒定和表達(dá)第二節(jié)聚合酶鏈反應(yīng)一、PCR技術(shù)的產(chǎn)生二、PCR技術(shù)的基本原理三、PCR技術(shù)的主要用途及其衍生技術(shù)第三節(jié)DNA序列分析第四節(jié)分子雜交和印跡技術(shù)一、印跡技術(shù)二、探針的種類和制備三、印跡技術(shù)的種類和用途第五節(jié)基因組文庫(kù)和cDNA文庫(kù)一、基因組文庫(kù)和cDNA文庫(kù)技術(shù)的產(chǎn)生二、基因組文庫(kù)的建立、篩選和用途三、cDNA文庫(kù)的建立、篩選和用途第六節(jié)基因重組動(dòng)物模型一、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型二、核轉(zhuǎn)移技術(shù)三、基因剔除技術(shù)四、基因轉(zhuǎn)移和基因剔除在醫(yī)學(xué)發(fā)展中的應(yīng)用第七節(jié)基因操作在醫(yī)學(xué)發(fā)展中的意義一、疾病相關(guān)基因分析二、制造生物活性蛋白第八章基因診斷與基因治療第一節(jié)基因診斷一、基因診斷的概念與特點(diǎn)二、基因診斷的主要技術(shù)和方法三、常見(jiàn)的基因異常及其檢測(cè)四、疾病的基因診斷基因診斷在法醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用第二節(jié)基因治療基因治療的概念基因治療的基本程序基因治療的主要策略和技術(shù)方法遺傳病的基因治療腫瘤的基因治療感染性疾病的基因治療基因治療臨床試驗(yàn)的現(xiàn)狀分析基因治療存在的問(wèn)題與展望第二篇蛋白質(zhì)第九章蛋白分子的折疊、組裝、細(xì)胞內(nèi)定位及降解第一節(jié)新生肽鏈需要折疊形成特定的天然構(gòu)象 一、蛋白質(zhì)折疊問(wèn)題二、從熱力學(xué)角度研究蛋白質(zhì)折疊三、從動(dòng)力學(xué)角度研究蛋白質(zhì)折疊四、生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)折疊問(wèn)題五、蛋白質(zhì)折疊的質(zhì)量控制系統(tǒng)六、不同蛋白折疊過(guò)程的共性和個(gè)性七、膜蛋白的折疊問(wèn)題八、蛋白質(zhì)折疊的研究方法第二節(jié)寡聚蛋白的亞基需要經(jīng)過(guò)一個(gè)組裝過(guò)程蛋白質(zhì)絕大多數(shù)都以寡聚或多聚體形式存在二、寡聚體的組裝過(guò)程是一個(gè)分子特異識(shí)別的過(guò)程三、存在于細(xì)胞膜上的蛋白復(fù)合體的組裝問(wèn)題第三節(jié)蛋白分子在細(xì)胞內(nèi)的定位決定于其自身的結(jié)構(gòu)一、定位于細(xì)胞不同部位的蛋白分子攜帶有不同的結(jié)構(gòu)信號(hào)二、真核細(xì)胞中的蛋白定位研究進(jìn)展三、已知因蛋白定位出錯(cuò)而引起的疾病第四節(jié)蛋白分子在細(xì)胞內(nèi)的降解一、N-末端規(guī)則二、使蛋白短命的內(nèi)部序列三、細(xì)胞內(nèi)蛋白降解的途徑第十章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第一節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的蛋白質(zhì)歸類二、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征三、從結(jié)構(gòu)信息分析蛋白的功能第二節(jié)、蛋白質(zhì)分子功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程一、蛋白質(zhì)通過(guò)非共價(jià)相互作用完成生物功能二、非共價(jià)相互作用的物理本質(zhì)三、蛋白通過(guò)與其他分子(配體)的特異相互作用而完成生物學(xué)功能四、蛋白質(zhì)分子與配體結(jié)合的親和力五、蛋白質(zhì)與配體親和力的解釋和預(yù)測(cè)問(wèn)題六、蛋白質(zhì)與配體結(jié)合的可逆性七、蛋白質(zhì)構(gòu)象的動(dòng)態(tài)性八、蛋白質(zhì)分子的翻譯后化學(xué)修飾第十一章蛋白質(zhì)研究第一節(jié)蛋白質(zhì)研究的歷史回顧第二節(jié)蛋白質(zhì)對(duì)象的選擇和樣品的獲取一、研究對(duì)象的選擇二、細(xì)胞的破碎三、去污劑處理溶解膜蛋白四、從細(xì)胞中釋放的蛋白分子的穩(wěn)定五、細(xì)胞碎片的去除六、目標(biāo)蛋白質(zhì)的純化第三節(jié)蛋白質(zhì)的檢測(cè)和鑒定一、光譜學(xué)特性二、電泳檢測(cè)三、測(cè)定純化蛋白的分子大小四、測(cè)定蛋白質(zhì)的氨基酸序列五、利用抗體探測(cè)特異蛋白質(zhì)分子第四節(jié)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)分析一、氨基酸序列測(cè)定二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的測(cè)定三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化檢測(cè)四、蛋白分子的生物功能研究第五節(jié)蛋白質(zhì)研究的發(fā)展趨勢(shì)一、從單個(gè)蛋白到所有蛋白二、蛋白質(zhì)組學(xué)三、蛋白質(zhì)芯片技術(shù)第十二章蛋白質(zhì)與醫(yī)學(xué)第一節(jié)血紅蛋白結(jié)構(gòu)與功能一、血紅蛋白基因二、結(jié)構(gòu)與功能三、2，3－二磷酸甘油酸四、血紅蛋白的新功能五、異常血紅蛋白六、血紅蛋白變構(gòu)調(diào)節(jié)的作用機(jī)制第二節(jié)重要細(xì)胞外基質(zhì)蛋白一、膠原二、纖連蛋白第三節(jié)細(xì)胞粘附分子一、整合蛋白二、鈣粘蛋白三、免疫球蛋白超家族四、CD44五、粘附分子與腫瘤轉(zhuǎn)移第四節(jié)朊病毒蛋白一、蛋白質(zhì)錯(cuò)折疊疾病概況二、朊病毒蛋白第十三章酶學(xué)第一節(jié)酶的催化機(jī)制一、多元催化二、表面效應(yīng)三、臨近效應(yīng)與定向排列四、誘導(dǎo)契合五、綜合效應(yīng)第二節(jié)

金屬酶一、金屬酶和金屬激活酶二、金屬在金屬酶中的作用三、金屬酶結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系第三節(jié)

別構(gòu)酶一、別構(gòu)效應(yīng)與別構(gòu)酶二、別構(gòu)酶的特征三、別構(gòu)酶活性調(diào)節(jié)的機(jī)制四、別構(gòu)酶對(duì)代謝的調(diào)節(jié)作用第四節(jié)

具有“酶”催化活性的生物分子一、核酶二、抗體酶三、其它生物催化劑第五節(jié)

同工酶一、同工酶的概念二、同工酶的分類三、同工酶的生物學(xué)意義第三篇細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)第十四章細(xì)胞通訊和信號(hào)分子第一節(jié)細(xì)胞通訊方式一、細(xì)胞直接聯(lián)系的細(xì)胞通訊二、細(xì)胞間接聯(lián)系的細(xì)胞通訊第二節(jié)細(xì)胞內(nèi)重要信號(hào)分子一、蛋白激酶二、蛋白磷酸酶三、GTP結(jié)合蛋白四、第二信使合成及降解相關(guān)的酶五、信號(hào)蛋白銜接的分子基礎(chǔ)第十五章細(xì)胞受體第一節(jié)受體研究的歷史第二節(jié)膜受體的種類及其作用方式一、配體依賴性離子通道受體二、G蛋白偶聯(lián)受體三、單個(gè)跨膜α螺旋受體第三節(jié)胞內(nèi)受體一、胞內(nèi)受體的基本結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)-DNA相互作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)第四節(jié)受體作用的特點(diǎn)一、高度專一性二、高親和力三、可飽和性四、可逆性五、引起特定的生理效應(yīng)第五節(jié)受體活性的調(diào)節(jié)一、磷酸化和去磷酸化二﹑配體-受體復(fù)合物的內(nèi)化和降解三﹑膜磷脂的含量、成分和代謝第十六章細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路第一節(jié)cAMP-蛋白激酶A通路一、G蛋白在cAMP-蛋白激酶A通路中的作用二、cAMP的合成與分解三、cAMP的作用機(jī)理四、PKA的作用第二節(jié)磷脂與Ca2+-蛋白激酶通路一、Ca2+-磷脂依賴性蛋白激酶途徑二、Ca2+/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶第三節(jié)cGMP-蛋白激酶系統(tǒng)一、cGMP的合成二、cGMP的功能三、依賴cGMP的蛋白激酶第四節(jié)Ras-Raf-MAPK通路一﹑Ras-Raf-MAPK通路二﹑Ras-Raf-MAPK通路的調(diào)節(jié)第五節(jié)JAKs-STAT途徑一、JAK二、細(xì)胞內(nèi)信息分子——STAT三、JAK-STAT信息轉(zhuǎn)導(dǎo)第六節(jié)TPK→PI-3激酶→Akt/PKB途徑一、PI-3激酶家族二、D3-PPI的靶位點(diǎn)三、D3-PPIs調(diào)節(jié)的蛋白激酶四、Akt/PKB的下游信息流和生物學(xué)功能第七節(jié)核因子κB系統(tǒng)第八節(jié)TGF-β通路一、TGF-β通路的胞內(nèi)底物二、TGFβ的信息轉(zhuǎn)導(dǎo)第九節(jié)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信息傳遞第十七章細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)異常與疾病第一節(jié)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)異常的主要類型第二節(jié)G-蛋白耦聯(lián)受體異常與疾病一、G-蛋白耦聯(lián)受體與心血管疾病的關(guān)系二、G-蛋白耦聯(lián)受體與腫瘤的關(guān)系三、G-蛋白耦聯(lián)受體與遺傳性疾病四、G-蛋白耦聯(lián)受體與感染性疾病五、G-蛋白耦聯(lián)受體與藥物成隱性疾病第三節(jié)單次跨膜受體異常與疾病一、單次跨膜受體介導(dǎo)信號(hào)通路異常相關(guān)遺傳病二、單次跨膜受體與炎癥和應(yīng)激反應(yīng)第四節(jié)NO相關(guān)疾病一、NO與心血管疾病二、NO與肺部疾患三、NO與神經(jīng)損傷四、NO與胃腸道疾病的關(guān)系五、NO與炎癥第十八章細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)研究展望第一節(jié)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的規(guī)律和特點(diǎn)一、胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中信號(hào)的發(fā)生和終止二、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中的級(jí)聯(lián)放大效應(yīng)三、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的通用性四、胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的復(fù)雜性第二節(jié)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)研究的主要趨勢(shì)一、單一分子、單一通路研究向多通路、規(guī)?；芯堪l(fā)展二、從定性研究向定量研究發(fā)展三、單純生物學(xué)實(shí)驗(yàn)研究向計(jì)算機(jī)模擬研究的發(fā)展四、從體外研究向體內(nèi)研究的發(fā)展五、從基礎(chǔ)研究向應(yīng)用研究的發(fā)展第四篇細(xì)胞增殖、分化與細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制第十九章真核細(xì)胞細(xì)胞周期的調(diào)控第一節(jié)細(xì)胞周期及調(diào)控的概述細(xì)胞周期細(xì)胞周期調(diào)控的主要分子機(jī)制研究細(xì)胞周期調(diào)控的實(shí)驗(yàn)體系第二節(jié)對(duì)卵母細(xì)胞、卵及早期胚胎的研究細(xì)胞漿轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)與成熟促進(jìn)因子細(xì)胞周期蛋白泛素與APC四、細(xì)胞生長(zhǎng)抑制因子第三節(jié)G1到S期轉(zhuǎn)折和DNA復(fù)制的調(diào)節(jié)一、G1細(xì)胞周期蛋白和CDKs二、Rb蛋白和E2F轉(zhuǎn)錄因子三、DNA復(fù)制第四節(jié)G2/M轉(zhuǎn)折和有絲分裂的調(diào)控一、有絲分裂開(kāi)始的調(diào)控二、有絲分裂結(jié)束的調(diào)節(jié)第五節(jié)細(xì)胞周期蛋白激酶的抑制因子一、INK4家族的CKI二、CIP/KIP家族的CKIs三、新的CKI：14-3-3第六節(jié)細(xì)胞周期調(diào)節(jié)的關(guān)卡一、G1和G2期停滯二、S期關(guān)卡三、有絲分裂紡錘體組裝不完全導(dǎo)致細(xì)胞分裂后期停滯第七節(jié)細(xì)胞周期與癌癥一、G1/S轉(zhuǎn)折關(guān)卡和癌癥二、pRB與E2f三、p53和14-3-3四、CDK和p27第二十章哺乳類細(xì)胞分化的分子調(diào)控機(jī)制第一節(jié)概述一、譜系特化和決定二、核的全能性和卵母細(xì)胞胞質(zhì)的作用第二節(jié)骨骼肌的分化調(diào)節(jié)一、MyoD家族生肌調(diào)節(jié)因子二、肌肉增強(qiáng)子結(jié)合因子和生肌調(diào)節(jié)因子共同實(shí)現(xiàn)成肌特異性三、肌肉增強(qiáng)子結(jié)合因子和生肌調(diào)節(jié)因子在成肌不同階段的作用四、成肌細(xì)胞的最后分化五、成肌程序的維持六、成體肌肉中衛(wèi)星細(xì)胞和多能干細(xì)胞第三節(jié)神經(jīng)發(fā)生的調(diào)控機(jī)制一、神經(jīng)發(fā)生需要與bHLH成肌蛋白相似的調(diào)節(jié)蛋白二、神經(jīng)發(fā)育潛能的進(jìn)行性限制需要抑制性HLH蛋白和局部細(xì)胞之間相互作用三、bHLH調(diào)節(jié)系統(tǒng)可能在其它類型細(xì)胞特化中起作用第四節(jié)胚胎干細(xì)胞保持發(fā)育多能性的分子機(jī)制一、保持胚胎干細(xì)胞自我更新的外部信號(hào)二、不依賴于LIF的信號(hào)三、多能性的內(nèi)部決定因子第五節(jié)轉(zhuǎn)分化和組織分化一、胰腺細(xì)胞向肝細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化二、成肌細(xì)胞向脂肪細(xì)胞的組織轉(zhuǎn)化三、骨髓干細(xì)胞向肝細(xì)胞組織轉(zhuǎn)化四、細(xì)胞融合產(chǎn)生的疑問(wèn)第二十一章細(xì)胞凋亡及其調(diào)控第一節(jié)細(xì)胞凋亡的特征及生物學(xué)意義胞凋亡的基本特征二、細(xì)胞凋亡的生物學(xué)意義細(xì)胞凋亡的發(fā)生機(jī)理一、細(xì)胞凋亡的酶學(xué)基礎(chǔ)二、細(xì)胞凋亡的誘導(dǎo)發(fā)生細(xì)胞凋亡的調(diào)控胞自身蛋白的調(diào)控作用二、病毒蛋白的調(diào)控作用三、細(xì)胞周期與細(xì)胞凋亡調(diào)控檢測(cè)細(xì)胞凋亡的常用技術(shù)和方法一、細(xì)胞形態(tài)學(xué)的評(píng)價(jià)二、質(zhì)膜完整性的評(píng)價(jià)三、DNA斷裂的檢測(cè)方法細(xì)胞凋亡與疾病一、細(xì)胞凋亡異常與疾病發(fā)生二、細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)與疾病治療第二十二章癌基因和抑癌基因第一節(jié)癌基因一、病毒癌基因二、細(xì)胞癌基因第二節(jié)抑癌基因一、抑癌基因的發(fā)現(xiàn)二、抑癌基因定義及舉例三、DNA修復(fù)基因第三節(jié)癌基因、抑癌基因與細(xì)胞周期及細(xì)胞凋亡癌基因、抑癌基因與細(xì)胞周期癌基因、抑癌基因與細(xì)胞凋亡三、癌基因、抑癌基因在腫瘤發(fā)生中的協(xié)同作用第一篇基因從簡(jiǎn)單的病毒到復(fù)雜的高等動(dòng)植物細(xì)胞，RNA和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息都是以基因的形式貯存在DNA（部分病毒是RNA）中的。從分子生物學(xué)意義上說(shuō)，基因（gene）是核酸分子中貯存遺傳信息的遺傳單位，是指貯存RNA序列信息及表達(dá)這些信息所必需的全部核苷酸序列。其中貯存RNA序列信息的DNA區(qū)段稱為結(jié)構(gòu)基因，結(jié)構(gòu)基因上游和下游控制轉(zhuǎn)錄的序列即為基因的調(diào)控序列。RNA的堿基序列信息直接來(lái)源于結(jié)構(gòu)基因，其中大部分RNA（信使RNA）的序列中又貯存有蛋白質(zhì)多肽鏈的氨基酸序列信息。分子生物學(xué)的核心內(nèi)容是從分子水平研究基因和基因的活動(dòng)，這些活動(dòng)主要是通過(guò)核酸和蛋白質(zhì)這兩類生物大分子的活動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，有關(guān)核酸和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的研究是對(duì)基因進(jìn)行研究的基礎(chǔ)。從分子水平研究基因和基因的活動(dòng)，涉及到核酸和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能、基因組的結(jié)構(gòu)與功能、基因的復(fù)制與表達(dá)、基因表達(dá)的調(diào)控及其生物學(xué)效應(yīng)，涉及到生物大分子之間的相互作用以及這些相互作用所形成的細(xì)胞間通訊和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，涉及到基因的結(jié)構(gòu)、功能、表達(dá)調(diào)控的分析和基因的制備、改造、調(diào)控、應(yīng)用所需的各種技術(shù)體系。本篇介紹的內(nèi)容包括基因的結(jié)構(gòu)與功能，基因組（包括基因組及基因作圖，基因組計(jì)劃，基因組分析，基因多態(tài)性與疾病，單核苷酸多態(tài)性等），DNA復(fù)制、損傷、突變和修復(fù)、基因重組，基因表達(dá)以及基因表達(dá)的調(diào)控等，在“基因操作”一章中將對(duì)與基因研究有關(guān)的技術(shù)體系作簡(jiǎn)要介紹。醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)是分子生物學(xué)的一個(gè)重要分支，它主要研究人體生物大分子和大分子體系的結(jié)構(gòu)、功能、相互作用及其與疾病發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系。人體的生長(zhǎng)、發(fā)育、衰老、死亡等生命現(xiàn)象，人體各種疾病的發(fā)生，都是與一種或多種基因有關(guān)，也常常涉及到細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。因此，醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)主要研究人體發(fā)育、分化和衰老的分子生物學(xué)基礎(chǔ)、細(xì)胞增殖調(diào)控的分子基礎(chǔ)，人體三大功能調(diào)控系統(tǒng)（神經(jīng)、內(nèi)分泌和免疫）的分子生物學(xué)基礎(chǔ)，基因的結(jié)構(gòu)異?；蛘{(diào)控異常與疾病發(fā)生、發(fā)展之間的關(guān)系；同時(shí)，應(yīng)用分子生物學(xué)理論和技術(shù)體系開(kāi)展疾病的基因診斷和基因治療、生物制藥以及衛(wèi)生防疫。本篇“基因與疾病”和“基因診斷與基因治療”兩章中將介紹基因結(jié)構(gòu)異常、基因表達(dá)異常與疾病的關(guān)系，以及基因診斷和基因治療的基本理論知識(shí)和相關(guān)研究進(jìn)展。這些內(nèi)容都是分子生物學(xué)基礎(chǔ)理論和技術(shù)在醫(yī)學(xué)研究中的重要應(yīng)用，可以預(yù)料，基因工程、基因診斷和基因治療等將在21世紀(jì)的醫(yī)學(xué)中帶來(lái)革命性變化。第一章 基因的結(jié)構(gòu)與功能基因這一概念最初是在19世紀(jì)由遺傳學(xué)家提出來(lái)的，而對(duì)其化學(xué)本質(zhì)及功能的真正了解卻是在20世紀(jì)40年代以后。如今生物學(xué)領(lǐng)域的許多新發(fā)現(xiàn)、新技術(shù)，包括基因治療、基因診斷、基因工程、基因組計(jì)劃以及克隆植物和動(dòng)物等都與基因有關(guān)。基因作為分子生物學(xué)研究領(lǐng)域的主要內(nèi)容之一，將生物化學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等多種學(xué)科融合到一起，成為人們揭示生命奧秘的重要環(huán)節(jié)。第一節(jié) 遺傳的基本單位—基因分子生物學(xué)實(shí)際上是在遺傳學(xué)和生物化學(xué)發(fā)展到一定階段相互滲透、相互融合形成的一門學(xué)科。對(duì)于基因的研究也是遺傳學(xué)家們最早提出并且付諸于實(shí)踐的。一、基因一詞的由來(lái)及其含義的演變(一)從遺傳因子到基因1866年，現(xiàn)代遺傳學(xué)的奠基人Mendel提出了遺傳因子學(xué)說(shuō)，并對(duì)遺傳因子（基因）的基本性質(zhì)做了最早的論述。他通過(guò)豌豆雜交試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)黃豌豆植株與綠豌豆植株雜交，子代都是黃豌豆，黃色對(duì)綠色來(lái)說(shuō)是顯性。當(dāng)子代自花授粉時(shí)，子代豌豆有黃有綠。Mendel根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為，遺傳性狀是由成對(duì)的遺傳因子決定的。在生殖細(xì)胞形成時(shí)，成對(duì)的遺傳因子分開(kāi)，分別進(jìn)入兩個(gè)生殖細(xì)胞中去。這被后人稱為Mendel的第一定律或分離律（lawofsegregation）。Mendel還認(rèn)為，在生殖細(xì)胞形成時(shí)，不同對(duì)的遺傳因子可以自由組合，即Mendel第二定律或自由組合律（lawofassortment）。這兩個(gè)定律是Mendel遺傳因子學(xué)說(shuō)的中心內(nèi)容。但是Mendel的工作在當(dāng)時(shí)并沒(méi)有引起任何人的注意。直到1900年，他的發(fā)現(xiàn)才被Vries，Tschermak和Correns重新證實(shí)。1903年Sutton和Boveri分別注意到Mendel的遺傳因子行為與生殖細(xì)胞形成和受精過(guò)程中染色體的行為完全平行，于是兩人分別提出遺傳因子就在染色體上。1909年Johannsen將遺傳因子改稱為基因（gene），并提出基因型（genotype）和表現(xiàn)型（phenotype）的概念。基因型是指逐代傳遞下去的成對(duì)因子的集合，因子中一個(gè)來(lái)源于父本，另一個(gè)來(lái)源于母本；表現(xiàn)型則是指一些容易區(qū)分的個(gè)體特征的總和。1910年，美國(guó)生物學(xué)家Morgan以果蠅（Drosophila）作為研究材料，發(fā)現(xiàn)有些基因的傳代在不同性別的果蠅中有著不同的方式，表現(xiàn)為與“性染色體”的傳遞方式一致。同時(shí)，他還發(fā)現(xiàn)基因的連鎖、交換和不分離現(xiàn)象，進(jìn)一步創(chuàng)立了基因?qū)W說(shuō)。Morgan的觀察即證實(shí)了性染色體在性別決定中的作用，同時(shí)也證實(shí)了Sutton和Boveri關(guān)于基因是由染色體攜帶的假說(shuō)。然而，在當(dāng)時(shí)人們對(duì)基因的化學(xué)本質(zhì)并不清楚。在20世紀(jì)30年代，通過(guò)對(duì)染色體的化學(xué)分析表明染色體是由核酸和蛋白質(zhì)組成的，但是這兩種成分并沒(méi)有被看成是同等重要的。人們普遍認(rèn)為基因是由蛋白質(zhì)組成的，而核酸僅僅起著支撐性或儲(chǔ)存能量的作用。直到1944年，Avery通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)基因是由DNA組成的，才正式確定了基因的化學(xué)性質(zhì)（詳見(jiàn)本節(jié)“DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其性質(zhì)”）。（二）基因含義的演變?cè)缭谌藗儗?duì)基因的化學(xué)本質(zhì)有所了解之前，就有許多研究結(jié)果表明基因和有機(jī)體內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有關(guān)。1941年Beadle和Tatum在PNAS上發(fā)表了題為“鏈孢霉中生化反應(yīng)的遺傳控制”的研究報(bào)告，提出“一個(gè)基因一種酶”的假說(shuō)（PNASUSA,1941,27:499-506）。他們以鏈孢霉（Neurospora）為實(shí)驗(yàn)材料，用X光照射霉菌，獲得了大量的失去合成某種有機(jī)物能力的突變菌。由于鏈孢霉是單倍體，其中的每一個(gè)基因都只有一個(gè)拷貝。因此，對(duì)于基因的任何修飾都會(huì)引起相應(yīng)的表現(xiàn)。他們將所獲得的突變孢子或者加入到正常培養(yǎng)基中、或者加入到添加了維生素B1和維生素B6的培養(yǎng)基中，因而分離到了幾十個(gè)需要某種維生素才能存活的突變菌株。通過(guò)將這些突變菌雜交發(fā)現(xiàn)，是某些基因突變引起了某些酶的改變，因而產(chǎn)生了不同的突變菌。而且一個(gè)基因控制著某一種特定的酶的合成。接著他們又發(fā)現(xiàn)了一種不能合成色氨酸的突變菌，并鑒定了一些能夠使他們準(zhǔn)確描述色氨酸合成途徑的變異菌株和基因，發(fā)現(xiàn)該代謝途徑的每一步都是由一個(gè)不同的基因控制的。為此他們提出“一個(gè)基因一種酶”的假說(shuō)，并因此獲得了1958年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。毫無(wú)疑問(wèn)，Beadle和Tatum建立的研究方法是研究代謝途徑極為有效的工具。但是，對(duì)于具有多個(gè)亞單位的蛋白質(zhì)來(lái)說(shuō)，“一個(gè)基因一種酶”的假說(shuō)卻不夠完善。進(jìn)一步研究證實(shí)，如果一種蛋白質(zhì)的幾個(gè)亞單位相同，這種蛋白質(zhì)稱為同源多聚體（homomultimer），是由一個(gè)單基因編碼的；如果一種蛋白質(zhì)的幾個(gè)亞單位不同，稱為異源多聚體（heteromultimer），分別由不同的基因編碼。因此，人們對(duì)“一個(gè)基因一種酶”的假說(shuō)進(jìn)行了修正，提出“一個(gè)基因一條多肽鏈”的概念。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，尤其是人類基因組草圖的順利完成，人們對(duì)基因的定義又進(jìn)行了進(jìn)一步的探討。2000年，美國(guó)科學(xué)家Bacon就基因的概念問(wèn)題提出疑問(wèn)。在他寫給Morris和Wu的信中，他指出：就Johannsen在1909年對(duì)基因的定義而言，他并沒(méi)有用基因這一概念來(lái)特指某種化學(xué)物質(zhì)，而是針對(duì)其所具有的遺傳特性的這種性質(zhì)。因此，他懷疑將基因定義為DNA，是否完整而且令人滿意（Isittruethatthegenecanbecompletelyandsatisfactorilydefinedbyasinglechemical,thedeoxyribonucleicacid,orDNA?）。2001年8月，《科學(xué)》雜志刊登了Bacon與Morris和Wu在幾個(gè)月之間的七封通信的摘要。毫無(wú)疑問(wèn)，在某些特定的生物體內(nèi)，RNA也可以作為遺傳信息的攜帶者。但是，就基因的定義而言，目前人們普遍接受的是：基因是含有生物信息的DNA片段，根據(jù)這些生物信息可以編碼具有生物功能的產(chǎn)物，包括RNA和多肽鏈（Gene:ADNAsegmentcontainingbiologicalinformationandhencecodingforanRNAand/orpolypeptidemolecule）。二、 DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其性質(zhì)1868年，瑞士外科醫(yī)生Miescher首次從人的膿細(xì)胞核內(nèi)分離得到一種酸性物質(zhì)，命名為核酸。隨后人們又相繼從其他種屬的細(xì)胞核內(nèi)分離得到類似的物質(zhì)，并且發(fā)現(xiàn)生物界的核酸有兩大類，既脫氧核糖核酸(deoxyribonucleicacid,DNA)和核糖核酸(ribonucleicacid,RNA)。核酸的發(fā)現(xiàn)與Mendel遺傳定律的提出基本上是同一時(shí)期的事件，然而兩者之間的關(guān)系、更確切的講是DNA與基因的關(guān)系直到1944年才由McCarty和Avery通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到證實(shí)。如今，DNA作為遺傳信息的攜帶者已經(jīng)得到公認(rèn)。進(jìn)一步的研究證實(shí)，在某些病毒中，RNA也可以作為遺傳信息的攜帶者。（一）遺傳信息儲(chǔ)存在DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)中1、“轉(zhuǎn)化”現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 肺炎球菌在揭示DNA作為遺傳信息攜帶者的研究中發(fā)揮了極為重要的作用。早在1928年，英國(guó)醫(yī)生Griffith就發(fā)現(xiàn)非致病的R型肺炎球菌（R為英文Rough的縮寫）可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹虏〉腟型肺炎球菌（S為英文Smooth的縮寫）。他將活的R型肺炎球菌與經(jīng)過(guò)熱滅活的S型肺炎球菌共同注射到小鼠體內(nèi)，引起小鼠發(fā)??；而將這兩種細(xì)菌分別注射給小鼠則不會(huì)引起小鼠發(fā)病。同時(shí)他還從發(fā)病的小鼠血液內(nèi)檢測(cè)到活的S型肺炎球菌。因此他推測(cè)某種物質(zhì)從滅活的S型肺炎球菌轉(zhuǎn)移到了R型肺炎球菌，并將S型肺炎球菌的致病性帶給了R型肺炎球菌。1931年，Dawson和Sia在體外重復(fù)了這個(gè)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，Alloway利用已經(jīng)殺死的致病性S型肺炎球菌的提取液，將非致病的R型肺炎球菌在體外轉(zhuǎn)化為致病的肺炎球菌。這一實(shí)驗(yàn)為后人進(jìn)行的提取“轉(zhuǎn)化因子”的工作奠定了基礎(chǔ)。2、“轉(zhuǎn)化因子”的化學(xué)本質(zhì) 1944年，McCarty、MacLeod和Avery在《實(shí)驗(yàn)醫(yī)學(xué)雜志》上發(fā)表了他們歷經(jīng)將盡10年的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。他們利用滅活的S型肺炎球菌的無(wú)細(xì)胞提取液進(jìn)行了一系列分析，證實(shí)了DNA就是將S型肺炎球菌的致病性轉(zhuǎn)移給R型肺炎球菌的物質(zhì)。這一結(jié)論主要基于以下發(fā)現(xiàn)：①化學(xué)分析的結(jié)果提示這種物質(zhì)符合DNA的性質(zhì)；②這種物質(zhì)的光學(xué)、超速離心以及電泳特性均符合DNA的特征；③將蛋白質(zhì)和磷脂從抽提液中去除并不影響轉(zhuǎn)化作用；④用胰蛋白酶和糜蛋白酶處理抽提液不影響轉(zhuǎn)化作用；⑤用RNA酶處理抽提液也不影響轉(zhuǎn)化作用；⑥用未被加熱的血清處理抽提液則使其喪失轉(zhuǎn)化能力，而人們已知血清中含有一種能夠降解DNA的酶。這一工作成為生物化學(xué)發(fā)展的重要事件。在此之前，人們普遍認(rèn)為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的攜帶者，而DNA僅僅起了次要的作用。但由于人們當(dāng)時(shí)對(duì)DNA的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)缺乏了解，Avery以及他的同事們無(wú)法使人們確信基因是由DNA組成的。實(shí)際上，他們自己在文章中的結(jié)論也是十分謹(jǐn)慎的，僅僅是概述了一種可能的關(guān)系。但是不能否認(rèn)，他們的工作為“基因是由DNA組成的”這一理論奠定了基礎(chǔ)。八年后（1952年），Hershey和Chase利用噬菌體證實(shí)了DNA的遺傳性質(zhì)。噬菌體的化學(xué)組成十分簡(jiǎn)單，只包括DNA和蛋白質(zhì)，在20世紀(jì)初已被廣泛研究。Avery等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果促使Hershey和Chase把重點(diǎn)放到了噬菌體DNA的研究上。他們用硫（35S）標(biāo)記噬菌體的蛋白質(zhì)分子，用磷（32P）標(biāo)記DNA分子。將這些用放射性同位素標(biāo)記的噬菌體放到含有細(xì)菌的培養(yǎng)液中，再經(jīng)過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)，或去除噬菌體蛋白質(zhì)、或去除噬菌體DNA，最終證實(shí)噬菌體體內(nèi)與復(fù)制有關(guān)的物質(zhì)是DNA，包裹DNA的蛋白質(zhì)外殼只起到保護(hù)DNA、并幫助DNA注入到細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的作用。這些實(shí)驗(yàn)證實(shí)了Avery等人在8年前利用不同體系得出的結(jié)論：DNA是遺傳信息的攜帶者。1953年，當(dāng)Watson和Crick在冷泉港會(huì)議上公布他們的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)時(shí)，Hershey和Chase的結(jié)果再度以概要形式被宣讀，作為DNA具有遺傳功能的附加證據(jù)。Hershey并因此與另外兩位從事噬菌體研究的創(chuàng)始人Delbrück和Luria一起獲得了1969年的諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。3、遺傳信息的儲(chǔ)存及遺傳密碼的破譯 通過(guò)對(duì)DNA結(jié)構(gòu)的分析，我們知道DNA是由堿基、脫氧核糖和磷酸三種成分組成的大分子。組成DNA的堿基有腺嘌呤(Adenine,A)、鳥嘌呤(Guanine,G)、胞嘧啶(Cytosine,C)和胸腺嘧啶(Thymine,T)。在DNA分子的戊糖中，與第2位碳原子（C-2）相連的羥基上缺少一個(gè)氧原子，稱為脫氧核糖（deoxyribose）。脫氧核糖與堿基在戊糖的第1位碳原子（C-1）和嘧啶的第1位氮原子（N-1）或嘌呤的第9位氮原子（N-9）以糖苷鍵相連構(gòu)成脫氧核苷（deoxynucleoside）。磷酸與脫氧核苷中的戊糖在第5位碳原子（C-5）之間通過(guò)磷酯鍵相連，構(gòu)成脫氧核糖核苷酸，后者靠3，5磷酸二酯鍵連接而形成一條多核苷酸鏈。這一連接方式?jīng)Q定了DNA的多核苷酸鏈具有特定的方向性，其5端為磷酸基、3端為羥基，以53或35來(lái)表示。在DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)中,脫氧核糖和磷酸都是相同的，核苷酸的差異主要是堿基不同，四種不同堿基的順序也就代表了核苷酸的順序。因此，核苷酸序列又稱為堿基序列。大多數(shù)生物（除RNA病毒以外）的遺傳信息都是貯存在DNA分子中。這些信息以特定的核苷酸排列順序貯存在DNA分子上,如果核苷酸排列順序變化,它的生物學(xué)含義也就改變。Watson和Crick在提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型后，曾經(jīng)指出“堿基的精確順序就是攜帶有遺傳信息的密碼”。然而對(duì)“信息”和“密碼”內(nèi)在聯(lián)系的真正了解卻經(jīng)歷了一段相當(dāng)復(fù)雜的路程。“遺傳密碼”與DNA序列的對(duì)應(yīng)關(guān)系最初是由俄國(guó)物理學(xué)家Gamow提出的。他認(rèn)為DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)提供了20種空間作為容納氨基酸的“容器”，這些空間的形狀取決于周圍核苷酸的本質(zhì)，不同的空間吸引了不同的氨基酸，這些氨基酸靠共價(jià)鍵連接起來(lái)形成多肽鏈。盡管Gamow的這一假設(shè)是錯(cuò)誤的，但是他的關(guān)于遺傳密碼的想法，即核苷酸與氨基酸之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系還是被人們接受了。隨著人們對(duì)tRNA的發(fā)現(xiàn)、對(duì)ATP在蛋白質(zhì)合成過(guò)程中的作用的認(rèn)識(shí)，以及放射性同位素標(biāo)記氨基酸技術(shù)的應(yīng)用，Matthaei與Nirenberg于1961年成功的利用多聚尿嘧啶合成了苯丙氨酸肽鏈第一個(gè)遺傳密碼，到1966年所有的密碼子全部被鑒定清楚。我們現(xiàn)在已經(jīng)知道DNA分子主要攜帶兩類遺傳信息。一類是有功能活性的DNA序列攜帶的信息，這些信息能夠通過(guò)轉(zhuǎn)錄過(guò)程而轉(zhuǎn)變成RNA(如mRNA,tRNA,rRNA)的序列,其中mRNA的序列中又含有蛋白質(zhì)多肽鏈的氨基酸序列信息。另一類信息為調(diào)控信息，這是一些特定的DNA區(qū)段,能夠被各種蛋白質(zhì)分子特異性識(shí)別和結(jié)合。這些特定的DNA區(qū)段在以后的章節(jié)中將會(huì)介紹,如各種作用元件等。(二)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)及其意義Watson和Crick于20世紀(jì)50年代否定了DNA的單螺旋結(jié)構(gòu)和三螺旋結(jié)構(gòu)，提出DNA是由兩條多核苷酸單鏈結(jié)合形成的雙螺旋(doublehelix)結(jié)構(gòu)，并對(duì)這一結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)地描述。同時(shí)，他們還提出了DNA復(fù)制的假說(shuō)。他們的發(fā)現(xiàn)是對(duì)人類遺傳學(xué)的重大貢獻(xiàn)，并因此于1962年與Wilkins一起獲得了諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。Watson和Crick的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建立是20世紀(jì)生物學(xué)最重要的發(fā)現(xiàn)。近年的研究證實(shí)雙鏈DNA在生物體內(nèi)可以形成各種不同的構(gòu)型。１、雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)及特點(diǎn) 人們對(duì)DNA生物學(xué)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于對(duì)其結(jié)構(gòu)的了解。如前所述，早在40年代科學(xué)家們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)DNA在不同菌種之間的轉(zhuǎn)移可以將遺傳信息從一個(gè)菌種轉(zhuǎn)移到另一個(gè)菌種。許多證據(jù)表明DNA分子一定是由兩條或更多條多核苷酸單鏈以某種方式組成。20世紀(jì)50年代初期，Wilkins和Franklin等人對(duì)DNA的X射線衍射照片進(jìn)行了分析，推測(cè)出與Watson和Crick提出的模型相一致的DNA結(jié)構(gòu)，為DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建立提供了寶貴的數(shù)據(jù)資料。正是由于這些線索，為Watson和Crick的DNA雙螺旋模型提供了重要的根據(jù)。Watson和Crick的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)主要包括以下幾點(diǎn)：①兩條多核苷酸單鏈以相反的方向互相纏繞形成右手螺旋結(jié)構(gòu)；②在這條雙螺旋DNA鏈中，脫氧核糖與磷酸是親水的，位于螺旋的外側(cè)，而堿基是疏水的，處于螺旋內(nèi)部；③螺旋鏈的直徑為2.37nm，每個(gè)螺旋含10個(gè)堿基對(duì)（basepair,bp），其高度約為3.4nm；④由疏水作用造成的堿基堆積力（basetacking）和兩條鏈間由于堿基配對(duì)形成的氫鍵是保持螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要作用力，A與T配對(duì)形成2個(gè)氫鍵，G與C配對(duì)形成3個(gè)氫鍵，配對(duì)的堿基在同一平面上，與螺旋軸相垂直；⑤堿基可以在多核苷酸鏈中以任何排列順序存在。兩條多核苷酸單鏈通過(guò)堿基配對(duì)(basepairing)形成氫鍵不僅是保持雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的主要作用力，更重要的是堿基配對(duì)的生物學(xué)含義。由于幾何形狀等原因，A只能與T配對(duì)，G只能與C配對(duì)，這種配對(duì)原則稱為堿基互補(bǔ)配對(duì)。Chargaff的研究結(jié)果也完全支持這一結(jié)論，既A與T、G與C的比值在不同生物中幾乎都是1。這就意味著在DNA復(fù)制過(guò)程中，以預(yù)先存在的DNA鏈作為模板就可以得到一條與其完全互補(bǔ)的子鏈，由此可以保證遺傳信息的準(zhǔn)確傳遞。Watson和Crick的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)稱為B型結(jié)構(gòu)，是細(xì)胞內(nèi)DNA存在的主要形式。當(dāng)測(cè)定條件改變，尤其是濕度改變時(shí)，B型DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生一些變化。例如，A型DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)直徑為2.55nm，每個(gè)螺旋含11個(gè)堿基對(duì)，其高度約為3.3nm。B型DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的其他構(gòu)型變化還包括C,D和T型等（表1-1）。表1-1DNA雙螺旋的主要參數(shù)類型每個(gè)螺旋堿基數(shù)堿基高度直徑戊糖構(gòu)象A110.26nm23?C3內(nèi)型B100.34nm20?C2內(nèi)型*C9.330.33nm19?C3外型D8.50.30nmZ120.37nm18?外型***構(gòu)象可變。**與嘧啶相連為C2內(nèi)型構(gòu)象，與嘌呤相連為C3外型構(gòu)象。在自然界原核生物和真核生物基因組中還發(fā)現(xiàn)左手雙螺旋DNA，其分子螺旋的方向與右手雙螺旋DNA的方向相反，稱為Z型螺旋。左手雙螺旋DNA可能參與基因表達(dá)的調(diào)控，但其確切的生物學(xué)功能尚待研究。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)不同構(gòu)型的意義并不在于其螺旋直徑及其高度的變化，關(guān)鍵是由于這些變化而引起的表面結(jié)構(gòu)的改變（見(jiàn)圖1-1），進(jìn)而影響其生物學(xué)功能。B型DNA雙螺旋的表面并不是完全平滑的，而是沿其長(zhǎng)軸有兩個(gè)不同大小的溝。其中一個(gè)相對(duì)較深、較寬，稱為大溝；另外一個(gè)相對(duì)較淺，較窄，稱為小溝。A型螺旋也有兩個(gè)溝，其中大溝更深，小溝更淺但較寬；Z型螺旋則僅呈現(xiàn)一個(gè)很窄很深的溝。DNA雙螺旋的這種表面結(jié)構(gòu)有助于DNA結(jié)合蛋白識(shí)別并結(jié)合特定的DNA序列。而這種表面構(gòu)型的變化對(duì)于基因組DNA與其DNA結(jié)合蛋白的特異性相互作用具有重要的意義。（圖1-1）２、其他類型的DNA結(jié)構(gòu) 雖然雙螺旋結(jié)構(gòu)是DNA最常見(jiàn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)形式,DNA也可以形成不同于雙螺旋的其它結(jié)構(gòu)。（１）三股螺旋DNA 三股螺旋DNA（triplex）也稱為三鏈DNA(triplestrandDNA,tsDNA),其結(jié)構(gòu)是在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成的。雙螺旋通過(guò)Watson-Crick氫鍵穩(wěn)定,而三股螺旋尚需通過(guò)Hoogsteen氫鍵穩(wěn)定（見(jiàn)圖1-2）。三條鏈均為同型嘌呤(homopurine,Hpu)或同型嘧啶(homopyrimidine,Hpy),既整段的堿基均為嘌呤或嘧啶。根據(jù)三鏈的組成和相對(duì)位置分為兩種基本類型：①嘌呤-嘌呤-嘧啶型(Pu-Pu-Py型，Pu代表嘌呤，Py代表嘧啶),在堿性介質(zhì)中穩(wěn)定；②嘧啶-嘌呤-嘧啶型(Py-Pu-Py型)在偏酸性pH中穩(wěn)定。其中兩條鏈為正常雙螺旋,第三條嘧啶鏈位于雙螺旋的大溝中，它與Pu鏈的方向一致，并隨雙螺旋結(jié)構(gòu)一起旋轉(zhuǎn)。三鏈DNA的兩種類型有４種同分異構(gòu)體。三鏈中堿基配對(duì)符合Hoogsteen模型，第三堿基在Py-Pu-Py型中為T=A=T、C+≡G≡C(與鳥嘌呤形成Hoogsteen鍵的“C”必須質(zhì)子化)配對(duì)；在Pu-Pu-Py型中存在G≡G≡C、A=A=T配對(duì)。當(dāng)DNA雙鏈中含有H-回文序列(H-palindrone)時(shí)，既某區(qū)段DNA兩條鏈分別為Hpu和Hpy，并且各自為回文結(jié)構(gòu)時(shí)，任一條回文結(jié)構(gòu)的5和3部分都可以形成分子內(nèi)三股螺旋結(jié)構(gòu)及剩余的半條回文結(jié)構(gòu)游離單鏈。在一定條件下，含H-回文序列DNA還可形成小瘤DNA(noduleDNA)，它在中性溶液中穩(wěn)定。（圖1-2）真核生物基因組中存在大量可形成三鏈DNA的多聚嘌呤核苷酸和多聚嘧啶核苷酸序列。這些序列有的存在于調(diào)控區(qū)，有的位于DNA復(fù)制的起點(diǎn)或終點(diǎn)，有的則位于染色體重組位點(diǎn),提示它們可能與基因的表達(dá)調(diào)控、DNA的復(fù)制及染色體的重組有關(guān)。（２）十字型結(jié)構(gòu) 十字型結(jié)構(gòu)的分子基礎(chǔ)是DNA分子中存在翻轉(zhuǎn)重復(fù)序列。此時(shí)，不僅兩條鏈互補(bǔ)，單鏈中的翻轉(zhuǎn)重復(fù)區(qū)也可以互相配對(duì)形成雙鏈分子。DNA變性后或因其他原因引起DNA分子兩條鏈分開(kāi)，再?gòu)?fù)性時(shí)翻轉(zhuǎn)重復(fù)區(qū)的DNA可以自我配對(duì)，形成突出于雙鏈之外的發(fā)卡結(jié)構(gòu)（hairpinstructure），兩個(gè)并列的發(fā)卡形成十字結(jié)構(gòu)。與DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)相比，十字形結(jié)構(gòu)中氫鍵形成減少，而且失去了雙螺旋DNA堿基堆積力的相互作用，因而穩(wěn)定性不如雙螺旋DNA。十字形結(jié)構(gòu)可能在基因表達(dá)調(diào)控中有作用，但其確切的生物學(xué)功能有待研究。（圖1-3）（３）DNA的超螺旋結(jié)構(gòu) DNA雙螺旋進(jìn)一步盤曲形成更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)稱為DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu),即超螺旋結(jié)構(gòu)（supercoil）。超螺旋的形成如果是由雙螺旋繞數(shù)減少所引起的就稱為負(fù)超螺旋，反之稱為正超螺旋。生物體的閉環(huán)DNA都以超螺旋形式存在，如細(xì)菌質(zhì)粒、一些病毒、線粒體的DNA等。線性DNA分子或環(huán)狀DNA分子中有一條鏈有缺口時(shí)均不能形成超螺旋結(jié)構(gòu)。真核生物染色體(chromosome)DNA成線性，其三級(jí)結(jié)構(gòu)是DNA雙鏈進(jìn)一步盤繞在以組蛋白(H2A,H2B,H3,H4分子)為核心的結(jié)構(gòu)表面,構(gòu)成核小體(nucleosome)。許多核小體連接成串珠狀,再經(jīng)過(guò)反復(fù)盤旋折疊最后形成染色單體(chromatid)。染色質(zhì)纖維經(jīng)過(guò)幾次卷曲折疊后,DNA形成復(fù)雜的多層次超螺旋結(jié)構(gòu),其長(zhǎng)度大大壓縮。超螺旋可能有兩方面的生物學(xué)意義：①超螺旋DNA比松弛型DNA更緊密，使DNA分子體積變得更小，對(duì)其在細(xì)胞的包裝過(guò)程更為有利；②超螺旋能影響雙螺旋的解鏈程序，因而影響DNA分子與其它分子（如酶、蛋白質(zhì)）之間的相互作用。（三）DNA的理化性質(zhì)及應(yīng)用DNA作為生物大分子具有一些特殊的理化性質(zhì)。了解這些理化性質(zhì)對(duì)于我們自如的掌握和應(yīng)用DNA有極大的幫助，進(jìn)而使我們更好的揭示生命的奧秘。1、一般理化性質(zhì) 核酸為多元酸，具有較強(qiáng)的酸性，在酸性條件下比較穩(wěn)定，而在堿性條件下容易降解。核酸屬于大分子，已知最小的核酸分子如tRNA，其分子量也在20000以上。線形高分子DNA的粘度極大，在機(jī)械力的作用下容易發(fā)生斷裂。因此在提取完整的基因組DNA時(shí)，具有一定的難度，一是提取的DNA不容易完全溶解，二是DNA容易發(fā)生斷裂。而RNA分子遠(yuǎn)小于DNA，粘度也比較小。但由于RNA酶的廣泛存在，在提取RNA時(shí)極易發(fā)生降解。2、紫外吸收 核酸所含的嘌呤和嘧啶分子中都有共軛雙鍵，使核酸分子在250-280nm波長(zhǎng)處有光吸收，其最大吸收峰在260nm處。這個(gè)性質(zhì)可用于核酸的定量測(cè)定。核酸在260nm的光吸收值又稱為OD260值。一個(gè)OD260值所含的核酸量對(duì)單鏈DNA、雙鏈DNA、寡核苷酸以及RNA均有所不同。例如，一個(gè)OD260值包含50μg雙鏈DNA，40μgRNA，33μg單鏈DNA。3、變性、復(fù)性與雜交 DNA雙鏈以堿基之間形成氫鍵，相互配對(duì)而連接在一起。氫鍵是一種次級(jí)鍵，能量較低，容易受到破壞而使DNA雙鏈分開(kāi)。氫鍵的形成是一個(gè)自由能降低的過(guò)程，可以自發(fā)生成。局部分開(kāi)的堿基對(duì)又可以重新形成氫鍵，使其恢復(fù)雙螺旋結(jié)構(gòu)。這使得DNA在生理?xiàng)l件下能夠迅速分開(kāi)和再形成，從而保證DNA生物學(xué)功能的行使。（1）變性 雙螺旋的穩(wěn)定靠堿基堆積力和氫鍵的相互作用來(lái)共同維持。如果因?yàn)槟撤N因素破壞了這兩種非共價(jià)鍵力，導(dǎo)致DNA兩條鏈完全解離，就稱為變性（denaturation）。導(dǎo)致變性的因素可以有溫度過(guò)高、鹽濃度過(guò)低及酸堿過(guò)強(qiáng)等。DNA變性是二級(jí)結(jié)構(gòu)的破壞，雙螺旋解體的過(guò)程，堿基對(duì)氫鍵斷開(kāi)，堿基堆積力遭到破壞，但不伴隨共價(jià)鍵的斷裂，這有別于DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)破壞引起的DNA降解過(guò)程。DNA變性常伴隨一些物理性質(zhì)的改變，如粘度降低，浮力密度增加，尤其重要的是光密度的改變。如前所述，核酸分子中堿基雜環(huán)的共軛雙鍵，使核酸在260nm波長(zhǎng)處有特征性光吸收。在雙螺旋結(jié)構(gòu)中，平行堿基堆積時(shí)，相鄰堿基之間的相互作用會(huì)導(dǎo)致雙螺旋DNA在波長(zhǎng)260nm的光吸收比相同組成的游離核苷酸混合物的光吸收值低40%，這種現(xiàn)象稱為減色（hypochromic）效應(yīng)。DNA變性后立即引起這一效應(yīng)的降低，與未發(fā)生變性的相同濃度DNA溶液相比，變性DNA在波長(zhǎng)260nm的光吸收增強(qiáng)，這一現(xiàn)象稱為增色（hyperchromic）效應(yīng)。利用增色效應(yīng)可以在波長(zhǎng)260nm處監(jiān)測(cè)溫度變化引起的DNA變性過(guò)程。DNA的變性發(fā)生在一定的溫度范圍內(nèi)，這個(gè)溫度范圍的中點(diǎn)稱為融解溫度（meltingtemperature），用Tm表示，即：使DNA分子內(nèi)50%的雙螺旋結(jié)構(gòu)被解開(kāi)的溫度。Tm值與DNA的堿基組成和變性條件有關(guān)。DNA分子的GC含量越高，Tm值也越大，每增加1%（G+C），Tm增加0.4℃。Tm值還與DNA分子的長(zhǎng)度有關(guān)，DNA分子越長(zhǎng)，Tm值越大。此外，溶液離子濃度增高也可以使Tm值增大。（2）復(fù)性 DNA的變性是一個(gè)可逆過(guò)程，在適宜條件下，如溫度或pH值逐漸恢復(fù)到生理范圍，分離的DNA雙鏈可以自動(dòng)退火(annealing)，再次互補(bǔ)結(jié)合形成雙螺旋，這個(gè)過(guò)程稱為復(fù)性(renaturation)。復(fù)性過(guò)程的發(fā)生主要與溫度、鹽濃度以及兩條鏈之間堿基互補(bǔ)的程度有關(guān)。復(fù)性時(shí)互補(bǔ)鏈之間的堿基互相配對(duì)，這個(gè)過(guò)程可以分為兩個(gè)階段。首先，溶液中的單鏈DNA隨即碰撞，如果它們之間的序列有互補(bǔ)關(guān)系，兩條鏈經(jīng)GC,AT配對(duì)，產(chǎn)生短的雙螺旋區(qū)；然后堿基配對(duì)區(qū)沿著DNA分子延伸形成雙鏈DNA分子。DNA復(fù)性后，由變性引起的性質(zhì)改變也得以恢復(fù)。DNA復(fù)性的速度可以用下列公式來(lái)表示：Co?t1/2=1/kC代表在t時(shí)間單鏈DNA的濃度，K代表復(fù)性速度常數(shù)（單位是濃度-1?時(shí)間-1）?？刂茝?fù)性反應(yīng)的參數(shù)是DNA濃度(Co)和保溫時(shí)間(t)的乘積。達(dá)到半復(fù)性時(shí)的Co?t稱為Co?t1/2，Co?t1/2越大，反應(yīng)就越慢。復(fù)性的分子基礎(chǔ)是堿基配對(duì)。不同來(lái)源的核酸變性后，混合在一起，只要這些核酸分子中含有可以形成堿基互補(bǔ)配對(duì)的序列，復(fù)性就可以發(fā)生。復(fù)性可以發(fā)生在堿基完全互補(bǔ)配對(duì)的序列之間，也可以在一定條件下發(fā)生在具有一定相似性（similarity）或同源性（homology）的堿基序列之間。DNA變性和復(fù)性的這種性質(zhì)是核酸分子雜交的基礎(chǔ)。（3）分子雜交 復(fù)性發(fā)生在不同來(lái)源的核酸鏈之間，形成雜化雙鏈（heteroduplex）的過(guò)程稱為雜交（hybridization）。不同來(lái)源的DNA可以雜交，DNA與RNA以及RNA之間也可以雜交。雜交的一方是待測(cè)的DNA或RNA，另一方是用于檢測(cè)用的已知序列的核酸片斷，稱為探針。探針通常用同位素或非核素標(biāo)記物進(jìn)行標(biāo)記，然后通過(guò)雜交反應(yīng)就可以確定待測(cè)核酸是否含有與之相同的序列（有關(guān)探針的選擇與標(biāo)記的內(nèi)容詳見(jiàn)第七章）。雜交反應(yīng)可以在液相中進(jìn)行，即待測(cè)樣品和探針都在溶液中（稱為液相雜交）；也可以是一方固定于固相支持物上，另一方在溶液中（稱為固相雜交）。①RNA酶保護(hù)分析（RibonucleaseProtectionAssay，RPA）：RPA是一液相雜交為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的，可用于基因和mRNA的結(jié)構(gòu)分析以及mRNA的定量研究。其原理是在體外經(jīng)轉(zhuǎn)錄合成一個(gè)帶有標(biāo)記的單鏈RNA探針，此探針與待測(cè)RNA在序列上互補(bǔ)，二者雜交后，用RNA酶處理，未形成雙鏈的RNA單鏈被水解成單核苷酸，雜交形成的雙鏈RNA受到保護(hù)，不被降解，然后通過(guò)電泳進(jìn)行RNA-RNA雜交體的檢測(cè)（見(jiàn)圖1-4）。RPA的檢測(cè)方法十分靈敏，結(jié)果可靠，是分析mRNA定量、mRNA末端定位以及確定內(nèi)含子位置的常用方法。（圖1-4）②濾膜雜交：濾膜雜交是固相雜交的一種，是將待測(cè)核酸分子結(jié)合到不同的濾膜上，然后同存在于液相中的標(biāo)記探針進(jìn)行雜交。待測(cè)核酸樣品可以直接點(diǎn)在濾膜上（稱為斑點(diǎn)雜交）；也可以先將核酸樣品經(jīng)瓊脂糖凝膠電泳分離，再通過(guò)印跡技術(shù)（詳見(jiàn)第七章）將核酸從凝膠中按原來(lái)的位置和順序轉(zhuǎn)移到濾膜上。這樣可以比較準(zhǔn)確地保持待測(cè)核酸片斷在電泳圖譜中的位置，同時(shí)又可以進(jìn)行分子量測(cè)定。這一技術(shù)通常用于DNA的限制性內(nèi)切酶圖譜分析、判斷DNA的限制性內(nèi)切酶片斷長(zhǎng)度多態(tài)性以及RNA的定性、定量等研究。③原位雜交（insituhybridization）：原位雜交是用標(biāo)記探針與細(xì)胞或組織切片中的核酸進(jìn)行雜交。這一方法可以保持組織或細(xì)胞的完整結(jié)構(gòu)，因此可以精確的進(jìn)行DNA或RNA在組織或細(xì)胞內(nèi)的定位。此外，結(jié)合共聚焦顯微鏡的應(yīng)用，這一方法還可以將特異的基因或DNA片段經(jīng)熒光標(biāo)記后在染色體上進(jìn)行定位（fluorescenceinsituhybridization，F(xiàn)ISH）。(圖1-5)④DNA芯片（DNAchips）：DNA芯片技術(shù)是近年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)融合分子生物學(xué)與微電子學(xué)等多學(xué)科的高新技術(shù)。其基本原理類似于原位雜交。首先在特定的固相支持物表面（常用計(jì)算機(jī)硅芯片）原位合成寡核苷酸，或者將預(yù)先制備的DNA片段以顯微打印的方式有順序的固化于支持物表面，然后與經(jīng)熒光、生物素或放射性核素標(biāo)記的核酸樣品雜交。具有與芯片上DNA序列互補(bǔ)的核酸樣品既可以與芯片上的探針結(jié)合。通過(guò)對(duì)雜交信號(hào)的檢測(cè)分析，便可以得到樣品的遺傳信息（基因序列、基因表達(dá)等）。固定于芯片的探針除了可以用合成的寡核苷酸或克隆的DNA片段、PCR產(chǎn)物以外，也可以用單鏈的DNA或RNA片段。待測(cè)的樣品可以是DNA，也可以是mRNA。由于DNA芯片可以容納大量的探針，可以對(duì)樣品進(jìn)行平行、快速、高效、敏感的檢測(cè)，因此成為分子生物學(xué)研究的重要技術(shù)手段。同時(shí)，在臨床醫(yī)學(xué)以及藥物研究與開(kāi)發(fā)方面得到了廣泛的應(yīng)用。基因的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與分類如前所述，就大多數(shù)生物而言，基因是遺傳的基本單位，由DNA組成。在這些生物體內(nèi)所有的基因以及重復(fù)序列DNA構(gòu)成基因組（genome）。某些病毒的基因組則是由RNA組成的，這部分內(nèi)容不在這里進(jìn)行討論。根據(jù)DNA在細(xì)胞中所處的位置，可以分為染色體DNA（又稱核基因）和線粒體DNA。人的基因結(jié)構(gòu)與原核生物以及其它低等真核生物的基因結(jié)構(gòu)相比更為復(fù)雜，在這一節(jié)中將主要介紹人的基因結(jié)構(gòu)。一、染色體DNA人類基因組包含3x109個(gè)堿基對(duì)，約有3萬(wàn)到3.5萬(wàn)個(gè)編碼特異蛋白的基因，分布在23對(duì)染色體上。其中一號(hào)染色體上的基因數(shù)目最多，為4635個(gè)；Y染色體上的基因數(shù)目最少，為330個(gè)（截止到2002年4月）。不同生物的基因組大小差異很大。大腸桿菌的基因組含有4.2x106個(gè)堿基對(duì)；酵母的基因組含有1.3x107個(gè)堿基對(duì)；而某些哺乳動(dòng)物的基因組含有的堿基對(duì)高達(dá)109以上。但是基因組的大小與基因的數(shù)目并沒(méi)有直接的線性關(guān)系。酵母的第三號(hào)染色體含有5萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)，攜帶有28個(gè)基因；而在玉米的基因組中，根據(jù)已知的部分序列的分析，其中一段DNA的5萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)中，只有兩個(gè)基因，其中一個(gè)基因的功能還是未知的。這種差異固然是長(zhǎng)期進(jìn)化的結(jié)果。我們今天所看到的這種進(jìn)化結(jié)果就是不同生物的基因結(jié)構(gòu)形成了各自的特點(diǎn)。表1-2、幾種不同生物的基因組大小種屬基因組（bp）病毒SV405.1x103λ噬菌體（λphage）4.9x104支原體（mycoplasma）3.0x105大腸桿菌（E.coli）4.2x106酵母（S.cerevisiae）1.3x107線蟲（C.elegans）8.0X107果蠅（fruitfly）1.85x108小鼠（mouse）3.0x109人（H.sapiens）3.3x109小麥（wheat）1.7x1010（一）單拷貝基因與多基因家族最初，人們推測(cè)人類基因組含有8萬(wàn)到15萬(wàn)個(gè)基因。隨著人類基因組計(jì)劃的完成，通過(guò)對(duì)所獲得基因組序列的分析，認(rèn)為人類基因組含有3萬(wàn)到3.5萬(wàn)個(gè)編碼特異蛋白的基因。而最新資料表明人類基因可能在5萬(wàn)個(gè)左右。這些基因，小的只有幾百個(gè)堿基對(duì)，而大的可以多達(dá)200多萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)，平均為3萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)。許多基因是單拷貝基因，編碼的蛋白質(zhì)維系著細(xì)胞的功能，如酶、激素、受體、結(jié)構(gòu)蛋白和調(diào)節(jié)蛋白等。這些單拷貝基因或低重復(fù)序列基因約占全基因組序列的75%。它們具有人類基因的共同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。1、人類基因的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 人類基因的顯著特征是含有非編碼的插入序列，稱為內(nèi)含子（intron）。內(nèi)含子能夠轉(zhuǎn)錄成mRNA前體（precursor），但是在mRNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工過(guò)程中被剪切掉，因此不包括在成熟的mRNA序列中。（圖1-6）被內(nèi)含子分隔開(kāi)的編碼序列稱為外顯子（exon），剪接后連在一起形成成熟的mRNA，參與指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成。不同基因的內(nèi)含子和外顯子的數(shù)目及大小各不相同，人的胰島素啟動(dòng)子因子1（insulinpromoterfactor1,IPF1）基因全長(zhǎng)為5千個(gè)堿基對(duì)，含有2個(gè)外顯子（852個(gè)堿基的mRNA）、1個(gè)內(nèi)含子；而人的膜輔因子蛋白（membranecofactorprotein,MCP）基因全長(zhǎng)超過(guò)8萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)，含有14個(gè)外顯子（1125個(gè)堿基的mRNA）、13個(gè)內(nèi)含子。由此可見(jiàn)，內(nèi)含子的序列遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于編碼序列（codingregion）。根據(jù)人類基因組草圖的分析推測(cè)，基因的編碼序列僅占全基因組序列的3%。內(nèi)含子的生物學(xué)功能還不是非常清楚，有研究表明在某些基因中內(nèi)含子的存在可以保證或增強(qiáng)基因的穩(wěn)定表達(dá)。還有些基因的內(nèi)含子中包含其他基因的編碼序列，即基因內(nèi)基因。例如，在人的神經(jīng)纖維瘤病I型基因（neurofibromatosistype1,NF1）的第27內(nèi)含子序列中，含有3個(gè)小基因：少突神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞髓磷脂糖蛋白（oligodendrocytemyelinglycoprotein,OMG），嗜同病毒整合位點(diǎn)2A和2B(ecotropicvirusintegrationsite2A/2B,EVI2B,EVI2A)，在這三個(gè)基因內(nèi)也還都含有外顯子和內(nèi)含子。（圖1-7）真核生物基因的兩側(cè)各有一段不被轉(zhuǎn)錄的序列，對(duì)基因表達(dá)、調(diào)控具有重要作用。在這些序列中主要有啟動(dòng)子、增強(qiáng)子和終止子等。（1）啟動(dòng)子（promoter） 一般位于基因轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游-100–-200堿基對(duì)范圍，是能夠與RNA聚合酶結(jié)合并起始轉(zhuǎn)錄的核苷酸序列，包括一組轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列：①TATA盒（TATAbox）：人類許多基因的轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游-25到-30堿基對(duì)的位置有一段高度保守的序列，即TATA盒。它由7個(gè)堿基組成，即TATAAAA或TATATAT。TATA盒是轉(zhuǎn)錄因子TFIID的結(jié)合位點(diǎn)，TFIID再與RNA聚合酶II形成復(fù)合物，啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄（詳見(jiàn)第四章：基因表達(dá)）。②CAAT盒（CAATBox）：是位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游-70到-80個(gè)堿基對(duì)位置的一段保守序列，由9個(gè)堿基組成，即GGNCAATCT，其中N=C或T。CAAT盒與轉(zhuǎn)錄因子CTF結(jié)合，決定啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄的效率。③GC盒（GCBox）：有一些基因沒(méi)有TATA盒與CAAT盒，但在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游-35堿基對(duì)的位置發(fā)現(xiàn)富含GC的核苷酸序列（GGGCGG），稱為GC盒。GC盒能與轉(zhuǎn)錄因子Sp1結(jié)合，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的過(guò)程。（圖1-8）典型的啟動(dòng)子通常含有TATA盒以及上游的CAAT盒及GC盒。這類啟動(dòng)子一般具有一個(gè)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)及較高的轉(zhuǎn)錄活性。僅有TATA盒和轉(zhuǎn)錄因子也可以構(gòu)成最簡(jiǎn)單的啟動(dòng)子。然而，還有許多啟動(dòng)子不含TATA盒。這類啟動(dòng)子分為兩類：一類是富含GC的啟動(dòng)子，最初發(fā)現(xiàn)于一些管家基因（housekeepinggenes），這類啟動(dòng)子一般含有數(shù)個(gè)分離的轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)；另一類啟動(dòng)子即不含TATA盒，也沒(méi)有GC富含區(qū)，這類啟動(dòng)子可有一個(gè)或數(shù)個(gè)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，大多數(shù)轉(zhuǎn)錄活性很低或根本就沒(méi)有轉(zhuǎn)錄活性，而只是在胚胎發(fā)育、組織分化和再生過(guò)程中受到調(diào)解。（2）增強(qiáng)子 增強(qiáng)子（enhancer）是一段短的DNA序列，其中含有多個(gè)作用元件，可以特異性的與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，增強(qiáng)基因的轉(zhuǎn)錄活性。與啟動(dòng)子不同，增強(qiáng)子可以位于基因的任何位置。盡管通常處于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游-100到-300個(gè)堿基對(duì)處，但在內(nèi)含子中也發(fā)現(xiàn)有增強(qiáng)子的存在。增強(qiáng)子的功能于其位置和方向無(wú)關(guān)，可以是5→3方向，也可以是3→5方向。1986年Maniatis等研究干擾素-β（IFN-β）基因轉(zhuǎn)錄時(shí)發(fā)現(xiàn)其增強(qiáng)子內(nèi)含有負(fù)調(diào)控序列，稱為負(fù)增強(qiáng)子，又稱為沉默子（silencer）。由于負(fù)增強(qiáng)子的發(fā)現(xiàn)，有人建議用調(diào)變子（modulator）取代增強(qiáng)子的概念。（3）終止子 終止子（terminator）是在結(jié)構(gòu)基因中的最后一個(gè)外顯子中的一段保守的AATAAA序列。在此位點(diǎn)的下游有一段GT或T豐富區(qū)，與AATAAA序列共同構(gòu)成poly(A)的加尾信號(hào)。mRNA轉(zhuǎn)錄到此部位后，產(chǎn)生AAUAAA和隨后的富含GU或U的序列，被結(jié)合在RNA聚合酶上的延長(zhǎng)因子識(shí)別并與其結(jié)合，然后在AAUAAA下游10-30個(gè)堿基的部位切斷RNA，并加上poly(A)尾。

2、多基因家族 多基因家族（multigenefamily）就其本意來(lái)講是指核苷酸序列或編碼產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)具有一定程度同源性的基因，其編碼產(chǎn)物常常具有相似的功能。另外還有一種基因家族，是由多基因家族及單基因組成的更大的基因家族，它們的結(jié)構(gòu)有程度不等的同源性，但是它們的功能不一定相同，稱為基因超家族（genesuperfamily）。根據(jù)基因家族內(nèi)成員同源性的程度，以下分別進(jìn)行介紹。（1）核酸序列相同 這種家族實(shí)際上是一個(gè)基因的多次拷貝，成簇地排列在同一條染色體上，形成一個(gè)基因簇。包括rRNA基因家族、tRNA基因家族和組蛋白基因家族等。有些家族的基因在染色體上是串聯(lián)排列的，如5SrRNA基因借間隙區(qū)串聯(lián)成簇，其中每一個(gè)5SrRNA都被間隔序列分開(kāi)，間隔序列的大小比5SrRNA的基因長(zhǎng)度大2-6倍，而且還含有中度重復(fù)序列。每一個(gè)5SrRNA基因都被單獨(dú)轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)生出一個(gè)獨(dú)立的RNA分子。真核細(xì)胞一般都有幾百到一千多個(gè)tRNA基因，每種tRNA含有10個(gè)到幾百個(gè)基因拷貝。同種tRNA往往串聯(lián)在一起形成基因簇，但在基因間有非轉(zhuǎn)錄區(qū)分隔，可以比結(jié)構(gòu)基因長(zhǎng)將近10倍。組蛋白基因家族在染色體上的排列是另外一種形式，5種組蛋白基因串聯(lián)成一個(gè)單元，許多單元再串聯(lián)成一個(gè)大簇。這種重復(fù)成串的排列與DNA復(fù)制時(shí)需要大量的組蛋白有關(guān)。（2）核酸序列高度同源 在這種基因家族中，多數(shù)成員的同源性非常高。如人的生長(zhǎng)激素基因家族，包括3種激素的基因：生長(zhǎng)激素（growthhormone,GH）、胎盤促乳素(chorionicsamatomammotropin,CS)和催乳素（prolactin，PRL）。它們之間的同源性非常高，尤其是GH和CS之間，氨基酸序列有85%的同源性、mRNA序列有92%的同源性，說(shuō)明它們來(lái)自于一個(gè)共同祖先基因。但是，PRL與GH和CS之間僅在氨基酸序列上有50%的同源，mRNA水平上的同源性非常低。這3種基因在不同的染色體上，GH和CS基因位于第17號(hào)染色體長(zhǎng)臂，而PRL基因位于第6號(hào)染色體。α珠蛋白基因家族則是由高度同源的幾個(gè)基因成簇的排列在同一條染色體上。有些基因可能同時(shí)發(fā)揮作用，也有些基因在不同發(fā)育階段進(jìn)行表達(dá)。（3）編碼產(chǎn)物的功能或功能區(qū)同源 在某些基因家族成員之間，基因全長(zhǎng)序列的相似性可能較低，但其編碼產(chǎn)物卻具有高度保守的功能區(qū)。如src癌基因家族，各成員基因結(jié)構(gòu)并無(wú)明顯的同源性，但每個(gè)基因產(chǎn)物都含有250個(gè)氨基酸順序的同源蛋白激酶結(jié)構(gòu)域。一些結(jié)構(gòu)類似、功能相關(guān)的受體也是這樣被劃分成一個(gè)個(gè)家族的。還有些基因家族成員的DNA序列并不明顯相關(guān)，但所編碼的產(chǎn)物卻具有共同的功能特征，如DEAD盒基因家族含有幾個(gè)不同的基因，它們的產(chǎn)物都具有解旋酶的功能，其結(jié)構(gòu)特征是8個(gè)氨基酸的保守序列，內(nèi)含DEAD盒序列：Asp-Glu-Ala-Asp。（4）基因超家族 基因超家族的組成更為復(fù)雜，其成員雖然在結(jié)構(gòu)上有一定的相似性，但是功能不一定相同。這些基因在進(jìn)化上親緣較遠(yuǎn)，最經(jīng)典的是免疫球蛋白基因超家族。開(kāi)始，這一家族只包括α2微球蛋白、MHCI類抗原的α鏈、II類抗原的α鏈和β鏈、Thy1、CD4、CD8等免疫相關(guān)分子的基因，以后又發(fā)現(xiàn)了許多免疫系統(tǒng)內(nèi)以及與免疫無(wú)關(guān)的家族成員。通過(guò)應(yīng)用計(jì)算機(jī)分析基因結(jié)構(gòu)序列，可以使越來(lái)越多的基因歸為一類，從而使原來(lái)的多基因家族成為基因超家族。例如絲氨酸蛋白酶（serineproteases）基因家族，原來(lái)是多基因家族。它們的基因產(chǎn)物都有一個(gè)特殊的功能區(qū)，具有酶的功能。絲氨酸是活性中心的關(guān)鍵氨基酸殘基，因此稱為絲氨酸蛋白酶家族?，F(xiàn)在已有很多新成員加入進(jìn)去，特別是載脂蛋白（apolipoprotein），只是轉(zhuǎn)移膽固醇蛋白顆粒中的成分，而不具有水解蛋白質(zhì)的酶功能。因此成為基因超家族。（二）假基因假基因（pseudogene,ψ）是指與某些有功能的基因結(jié)構(gòu)相似，但不能表達(dá)基因產(chǎn)物的基因。這些基因起初可能是有功能的，在基因復(fù)制時(shí)編碼序列或調(diào)控元件發(fā)生突變，或是插入了mRNA逆轉(zhuǎn)錄的cDNA，缺少基因表達(dá)所需要的啟動(dòng)子序列，變成了無(wú)功能的基因。由突變而引起的功能缺失通常是在編碼區(qū)引入了終止子，這種假基因稱為傳統(tǒng)假基因（conventionalpseudogene）。例如,存在于α珠蛋白基因簇中的假基因（ψβ）就是由于在β基因編碼序列的第20位堿基的丟失而引起移碼突變所造成的。由插入了mRNA逆轉(zhuǎn)錄生成的cDNA而造成的假基因稱為加工的假基因（processedpseudogene）。這種假基因?qū)嶋H上是一個(gè)功能基因的mRNA被逆轉(zhuǎn)錄成為cDNA，然后cDNA又被插入到基因組中。它們不含有內(nèi)含子，大多數(shù)也沒(méi)有基因表達(dá)所需要的調(diào)控區(qū)，因此不能被表達(dá)。（圖1-9）假基因在高等哺乳動(dòng)物基因組中是一種普遍的現(xiàn)象，許多多基因家族中的部分成員為假基因。通常，假基因僅占總基因數(shù)目當(dāng)中極少的一部分。小鼠核糖體蛋白的編碼基因是個(gè)例外。在這個(gè)基因家族中，只有一個(gè)是有功能的編碼基因，而有15個(gè)假基因。在這種情況下，根據(jù)分子雜交結(jié)果進(jìn)行基因數(shù)目分析時(shí)就要考慮到真正有功能的基因數(shù)目要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于雜交結(jié)果所預(yù)示的數(shù)目。假基因的存在可能是在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中所形成的。但是作為一種沒(méi)有生物學(xué)功能的基因，為什么能夠一直保存下來(lái)，難道它們真的沒(méi)有任何功能、還是我們所看到的假基因沒(méi)有來(lái)得及被丟失？許多問(wèn)題有待于解答。（三）重復(fù)序列DNA

在人類基因組中，編碼序列只占基因組總DNA量的3%左右，非編碼序列占95%以上。其中一部分是基因的內(nèi)含子、調(diào)控序列等，另一部分便是重復(fù)序列（repeatsequences）。真核基因組的重復(fù)序列可以高達(dá)總DNA量的50%。重復(fù)序列中，除了編碼rRNA、tRNA、組蛋白以及免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)基因外，大部分是非編碼序列。其功能主要與基因組的穩(wěn)定性、組織形式以及基因的表達(dá)調(diào)控有關(guān)。除單拷貝或低重復(fù)序列DNA外，根據(jù)重復(fù)序列出現(xiàn)的頻率不同，可以將DNA序列分為高度重復(fù)序列DNA和中度重復(fù)序列DNA。1、高度重復(fù)序列DNA DNA序列在基因組中的重復(fù)次數(shù)可高達(dá)數(shù)百萬(wàn)次（＞105），這種序列可以集中在某一區(qū)域串聯(lián)排列。典型的高重復(fù)序列DNA有衛(wèi)星DNA（satelliteDNA）和反向重復(fù)序列（invertedrepeats）。

（1）衛(wèi)星DNA 衛(wèi)星DNA實(shí)際上是出現(xiàn)在非編碼區(qū)的串聯(lián)重復(fù)序列。其特點(diǎn)是具有固定的重復(fù)單位，該重復(fù)單位首尾相連形成重復(fù)序列片段，通常存在于間隔DNA和內(nèi)含子中。串聯(lián)重復(fù)單位可以從2個(gè)堿基起，長(zhǎng)短不等；重復(fù)次數(shù)可以從幾次到數(shù)百次、甚至幾十萬(wàn)次。串聯(lián)重復(fù)序列是形成衛(wèi)星DNA的基礎(chǔ)。衛(wèi)星DNA可以分為三類：①大衛(wèi)星DNA(macro-satellite)也稱經(jīng)典衛(wèi)星DNA，是在CsCl密度梯度離心時(shí)發(fā)現(xiàn)的。將基因組DNA打斷成為約104堿基對(duì)大小的片段，加入到CsCl溶液進(jìn)行超速離心形成密度梯度，原核生物DNA可顯示一條寬帶，而真核生物DNA除形成同樣的主要寬帶外，還出現(xiàn)其他條帶，這些條帶中的DNA稱為衛(wèi)星DNA。這是由于某段DNA分子中存在大量重復(fù)序列，DNA的（G+C）/(A+T)的比值不同于主帶DNA的比值，因而密度也不同于主帶DNA。大衛(wèi)星DNA可以根據(jù)密度不同分為幾種不同類型，同一類型不