分子细胞学技术基本理论知识

从细胞 生物 学可知，真核细胞的出现，是生命发展质的飞跃。生命特征在于生命的延续性；细胞自我复制（细胞分裂）和细胞分化是生命延续的保证。细胞结构和 生物 性状代代相传即遗传性，遗传的变异和新性状的出现是生命的进化。生物遗传性曾长期被认为是神秘和不可测知的生命现象。孟德尔1865 年发现了遗传因子（基因），虽然赋予遗传性以物质实体性的概念，但却长久未能获得令人信服和可以感知的证据。直到20
世纪50 年代，Crick 和Watson 阐明DNA 双螺旋结构和它的半保留复制机制后，遗传的秘密才大白于天下，从而DNA也就成了人们研究遗传性和基因确切无误的对象，进而导致分子生物学技术的形成，并以一泄千里之势，不断向前发展。
当前分子细胞学内容已极其丰富和复杂，难以尽述，也非本书目的，本节仅就与后述技术相关问题作扼要回顾，更深入的内容，请读者参阅其它资料。
一、细胞和基因
（一）细胞的基本生命活动
细胞自我复制和细胞分化是细胞生存中的主要生命活动。细胞分化是细胞结构和功能的特化；是在细胞生存过程中不断进化和发展的产物。细胞的分化能使细胞更好的适应环境和保证生命延续。因此细胞自我复制和细胞分化是细胞生命活动中息息相关的两个主要方面。没有细胞自我复制，便没有细胞生命的延续；没有分化，细胞则不能更好地适应环境。细胞生命活动具有保守性，即遗传性。生物遗传性保证了物种的稳定性；遗传性的改变是为变异，变异赋予了生命进化的可能性。
任何结构复杂程度不同的机体，都有着不同层次的生命活动。人体最复杂，它有着整体、系统、器官、组织、细胞和分子等六个结构层次的机能活动表现。而单细胞生物如细菌，仅有细胞和分子两个水平的生命活动。但不论机体结构复杂程度如何，细胞和分子两个水平的生命活动仍是它们共同的基础；分子生命活动是基础，细胞生命活动是分子活动的体现。由DNA 构成的基因，能转录产生RNA，再由RNA 翻译制造蛋白质；也即基因表达：DNA→RNA→蛋白质（包括酶）的过程。蛋白质是机体构建一切结构和完成生理功能的基本成分；RNA 传递生成蛋白质的遗传信息，细胞生命活动的分子基础是基因。
（二）基因的结构：
细胞核内染色质是显微镜下肉眼可见的遗传物质，细胞分裂时变成染色体，其基本成分是脱氧核蛋白。脱氧核蛋白由组蛋白和脱氧核糖核酸（DNA）构成。DNA 是有遗传功能的物质，它携带的遗传信息是保证生命遗传性和蛋白质合成的基础。细胞的一切结构皆成自蛋白质，酶也是蛋白质。生命的一切功能活动皆赖于蛋白质和酶来完成。蛋白质和酶都来源于DNA 的活动。因此一切生命活动的信息归根结底都储存在DNA 中。
人的每一个二倍体细胞均含有46 条染色体，每条染色体平均长1.6μm~8.2μm；46 条染色体共携带的全体基（DNA）称基因组（Genome）。基因组由两套基因组成，一套父源，另一套母源，每套DNA 约有3×10 ⁹ 碱基对（bp），包含着5~10 万个基因。
1．成分：
遗传物质DNA 的基本分子为脱氧核苷酸（Deoxynucleotide：DNA）。DNA 成自：

脱氧核糖核苷三磷酸或简称脱氧核苷酸（dNTP）共四种：脱氧核糖腺苷酸（dATP：A）、脱氧核糖胸苷（dTTP：T）、脱氧核糖胞苷（dCTP：C）和脱氧核糖鸟苷（dGTP：G）是组成DNA的基本成分。除脱氧核糖外尚有核糖；两种核糖中碳原子的编号均用：1′2′3′4′5′表示，以和嘌呤或嘧啶碱基中碳原子的编号：1，2，3，4，5 相区别。磷酸与核苷中的脱氧核糖5′或3′位的羟基发生酯化形成脱氧核苷酸，从而核苷酸有3′或5′位两种脱氧核苷酸；5′端称上游（Upstream），3′端称下游（Downstream）。很多脱氧核苷酸通过5′和3′位相连接成为多核苷酸（链），故DNA也是多核苷酸链。在细胞中DNA分子是由两条核苷酸链以互补关系相结合的双链为其存在形式；在一定条件下DNA也可以单链形式存在但不稳定。由于分子结构原因，只能形成A-T，C-G 特定互补关系，是为DNA半保留复制合成形式的原理和构成遗传性的物质基础（图13-1）。两条单链DNA 借氢键相连接成双链DNA；A-T 间为两个氢键，G-C 间为三个氢键，后者比前者结合更为稳固。

图13-1 DNA 结构