DNA

DNA -科技名詞定義

中文名稱:去氧核糖核酸

英文名稱:deoxyribonucleicacid;DNA

定義1:一類帶有遺傳信息的生物大分子。

由4種主要的去氧核苷酸(dAMP、dGMP、dCMT和dTMP)通過3′,5′-磷酸二酯鍵連接而成。它們的組成和排列不同,顯示不同的生物功能,如編碼功能、復制和轉錄的調控功能等。排列的變異可能產生一系列疾病。

所屬學科:生物化學與分子生物學(一級學科);核酸與基因(二級學科)

定義2:主要由4種去氧核糖核苷酸按一定的順序,以3′,5′-磷酸二酯鍵連接而成的一類核酸,是生物遺傳信息的載體。

所屬學科:水產學(一級學科);水產生物育種學(二級學科)

定義3:由四種去氧核糖核苷酸經磷酸二酯鍵連接而成的長鏈聚合物。

是遺傳信息載體。

所屬學科:細胞生物學(一級學科);細胞化學(二級學科)

定義4:由四種去氧核糖核苷酸經磷酸二酯鍵連接而成的長鏈聚合物,是遺傳信息的載體。

所屬學科:遺傳學(一級學科);分子遺傳學(二級學科)
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DNA -簡介

DNADNA

DNA(為英文Deoxyribonucleic acid的縮寫),又稱去氧核糖核酸,是染色體的主要化學成分,同時也是基因組成的,有時被稱為“遺傳微粒”。DNA是一種分子,可組成遺傳指令,以引導生物發育與生命機能運作。主要功能是長期性的資訊儲存,可比喻為“藍圖”或“食譜”。其中包含的指令,是建構細胞內其他的化合物,如蛋白質與RNA所需。帶有遺傳訊息的DNA片段稱為基因,其他的DNA序列,有些直接以自身構造發揮作用,有些則參與調控遺傳訊息的表現。
  
單體去氧核糖核酸聚合而成的聚合體——去氧核糖核酸鏈,也被稱為DNA。在繁殖過程中,父代把它們自己DNA的一部分(通常一半,即DNA雙鏈中的一條)復制傳遞到子代中,從而完成性狀的傳播。因此,化學物質DNA會被稱為“遺傳微粒”。原核細胞的擬核是一個長DNA分子。真核細胞核中有不止一個染色體,每條染色體上含有一個或兩個DNA。不過它們一般都比原核細胞中的DNA分子大而且和蛋白質結合在一起。DNA分子的功能是貯存決定物種性狀的幾乎所有蛋白質和RNA分子的全部遺傳信息;編碼和設計生物有機體在一定的時空中有序地轉錄基因和表達蛋白完成定向發育的所有程式;初步確定瞭生物獨有的性狀和個性以及和環境相互作用時所有的應激反應.除染色體DNA外,有極少量結構不同的DNA存在於真核細胞的線粒體和葉綠體中。DNA病毒的遺傳物質也是DNA,極少數為RNA。

DNA是一種長鏈聚合物,組成單位稱為核苷酸,而糖類與磷酸分子借由酯鍵相連,組成其長鏈骨架。每個糖分子都與四種堿基裏的其中一種相接,這些堿基沿著DNA長鏈所排列而成的序列,可組成遺傳密碼,是蛋白質氨基酸序列合成的依據。讀取密碼的過程稱為轉錄,是根據DNA序列復制出一段稱為RNA的核酸分子。多數RNA帶有合成蛋白質的訊息,另有一些本身就擁有特殊功能,例如rRNA、snRNA與siRNA。

四鏈體DNA

Sundpuist和Klug在模擬1種原生動物棘毛蟲的端粒DNA時,人工合成瞭1段DNA序列,發現在一定條件下模擬的富G單鏈DNA可形成四鏈體DNA結構。由此推測染色體端粒尾的單鏈之間也形成瞭四鏈體。Kang等人分別用實驗證實在晶體和溶液中,富G DNA也能夠形成四鏈體DNA結構。

四鏈體DNA的基本結構單位是G-四聯體,即在四聯體的中心有1個由4個帶負電荷的羧基氧原子圍成的“口袋”通過G-四聯體的堆積可以形成分子內或分子間的右手螺旋,與DNA雙螺旋結構比較,G-四聯體螺旋有2個顯著的特點:1、它的穩定性決定於口袋內所結合的陽離子種類,已知k離子的結合使四聯體螺旋最穩定;2、它的熱力學和動力學性質都很穩定。就目前對一些生物的DNA序列分析得知,富鳥嘌呤的DNA序列多見於一些在功能上及進化上都相當保守的基因組區域,許多研究表明,富鳥嘌呤DNA鏈所形成的G-DNA可能是作為分子之間相互識別的元件之一,在生物體細胞中起著一些特殊作用。

DNA -歷史

最早分離出DNA的弗雷德裏希·米歇爾是一名瑞士醫生,他在1869年,從廢棄繃帶裏所殘留的膿液中,發現一些隻有顯微鏡可觀察的物質。由於這些物質位於細胞核中,因此米歇爾稱之為“核素”(nuclein)。到瞭1919年,菲巴斯·利文進一步辨識出組成DNA的堿基、糖類以及磷酸核苷酸單元,他認為DNA可能是許多核苷酸經由磷酸基團的聯結,而串聯在一起。不過他所提出概念中,DNA長鏈較短,且其中的堿基是以固定順序重復排列。1937年,威廉·阿斯特伯裏完成瞭第一張X光繞射圖,闡明瞭DNA結構的規律性。

1928年,弗雷德裏克·格裏菲斯從格裏菲斯實驗中發現,平滑型的肺炎球菌,能轉變成為粗糙型的同種細菌,方法是將已死的平滑型與粗糙型活體混合在一起。這種現象稱為“轉型”。但造成此現象的因子,也就是DNA,是直到1943年,才由奧斯瓦爾德·埃弗裏等人所辨識出來。1953年,阿弗雷德·赫希與瑪莎·蔡斯確認瞭DNA的遺傳功能,他們在赫希-蔡斯實驗中發現,DNA是T2噬菌體的遺傳物質。

劍橋大學裏一面紀念克裏克與DNA結構的彩繪窗。到瞭1953年,當時在卡文迪許實驗室的詹姆斯·沃森與佛朗西斯·克裏克,依據倫敦國王學院的羅莎琳·富蘭克林所拍攝的X光繞射圖及相關資料,提出瞭最早的DNA結構精確模型,並發表於《自然》期刊。五篇關於此模型的實驗證據論文,也同時以同一主題發表於《自然》。其中包括富蘭克林與雷蒙·葛斯林的論文,此文所附帶的X光繞射圖,是沃森與克裏克闡明DNA結構的關鍵證據。此外莫裏斯·威爾金斯團隊也是同期論文的發表者之一。富蘭克林與葛斯林隨後又提出瞭A型與B型DNA雙螺旋結構之間的差異。1962年,沃森、克裏克以及威爾金斯共同獲得瞭諾貝爾生理學或醫學獎。

克裏克在1957年的一場演說中,提出瞭分子生物學的中心法則,預測瞭DNA、RNA以及蛋白質之間的關系,並闡述瞭“轉接子假說”(即後來的tRNA)。1958年,馬修·梅瑟生與富蘭克林·史達在梅瑟生-史達實驗中,確認瞭DNA的復制機制。後來克裏克團隊的研究顯示,遺傳密碼是由三個堿基以不重復的方式所組成,稱為密碼子。這些密碼子所構成的遺傳密碼,最後是由哈爾·葛賓·科拉納、羅伯特·W·霍利以及馬歇爾·沃倫·尼倫伯格解出。為瞭測出所有人類的DNA序列,人類基因組計劃於1990年代展開。到瞭2001年,多國合作的國際團隊與私人企業塞雷拉基因組公司,分別將人類基因組序列草圖發表於《自然》與《科學》兩份期刊。

DNA -內部解密

(圖)DNADNA

DNA是由四種東西組成,這四種東西的總名字叫核苷酸,就像四個兄弟一樣,它們都姓核苷酸,但名字卻有所不同,分別是腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T),這四種名字很難記,不過隻要記住DNA是由四種核苷酸隻是隨便聚在一起的、而且它們相互的連接沒有什麼規律,但後來核苷酸其實不一樣,而且它們相互組合的方式也千變萬化,大有奧秘。現在,人們已基本上瞭解瞭遺傳是如何發生的。20世紀的生物學研究發現:人體是由細胞構成的,細胞由細胞膜、細胞質和細胞核等組成。已知在細胞核中有一種物質叫染色體,它主要由一些叫做去氧核糖核酸(DNA)的物質組成。

生物的遺傳物質存在於所有的細胞中,這種物質叫核酸。核酸由核苷酸聚合而成。每個核苷酸又由磷酸、核糖和堿基構成。堿基有五種,分別為腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)和尿嘧啶(U)。每個核苷酸隻含有這五種堿基中的一種。

單個的核苷酸連成一條鏈,兩條核苷酸鏈按一定的順序排列,然後再扭成“麻花”樣,就構成去氧核糖核酸(DNA)的分子結構。在這個結構中,每三個堿基可以組成一個遺傳的“密碼”,而一個DNA上的堿基多達幾百萬,所以每個DNA就是一個大大的遺傳密碼本,裏面所藏的遺傳信息多得數不清,這種DNA分子就存在於細胞核中的染色體上。它們會隨著細胞分裂傳遞遺傳密碼。

人的遺傳性狀由密碼來傳遞。人大概有2.5萬個基因,而每個基因是由密碼來決定的。人的基因中既有相同的部分,又有不同的部分。不同的部分決定人與人的區別,即人的多樣性。人的DNA共有30億個遺傳密碼,排列組成約2.5萬個基因。

DNA -具體結構

DNADNA

DNA是由許多去氧核苷酸殘基按一定順序彼此用3’,5’-磷酸二酯鍵相連構成的長鏈。大多數DNA含有兩條這樣的長鏈,也有的DNA為單鏈,如大腸桿菌噬菌體φX174、G4、M13等。有的DNA為環形,有的DNA為線形。主要含有腺嘌呤、鳥嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶4種堿基。在某些類型的DNA中,5-甲基胞嘧啶可在一定限度內取代胞嘧啶,其中小麥胚DNA的5-甲基胞嘧啶特別豐富,可達6摩爾%。在某些噬菌體中,5-羥甲基胞嘧啶取代瞭胞嘧啶。40年代後期,查加夫(E.Chargaff)發現不同物種DNA的堿基組成不同,但其中的腺嘌呤數等於其胸腺嘧啶數(A=T),鳥嘌呤數等於胞嘧啶數(G=C),因而嘌呤數之和等於嘧啶數之和。一般用幾個層次描繪DNA的結構。

一級結構

DNA的一級結構即是其堿基序列。基因就是DNA的一個片段,基因的遺傳信息貯存在其堿基序列中。1975 年美國的吉爾伯特(W.Gilbert)和英國的桑格(F.Sanger)分別創立瞭DNA一級結構的快速測定方法,他們為此共獲1980年度諾貝爾化學獎。自那時以後,測定方法又不斷得到改進,已有不少DNA的一級結構已確立。如人線粒體環DNA含有16569個堿基對,λ噬菌體DNA含有48502個堿基對,水稻葉綠體基因組含134525個堿基對,煙草葉綠體基因組含155844個堿基對等。現在美國已計劃在10至15年內將人類DNA分子中全部約30億個核苷酸對序列測定出來。

二級結構

1953年,沃森(Watson)和克裏克(Crick)提出DNA纖維的基本結構是雙螺旋結構,後來這個模型得到科學傢們的公認,並用以解釋復制、轉錄等重要的生命過程。經深入研究,發現因濕度和堿基序列等條件不同,DNA雙螺旋可有多種類型,主要分成A、B和Z3大類。

一般認為,B構型最接近細胞中的DNA構象,它與雙螺旋模型非常相似。A-DNA與RNA分子中的雙螺旋區以及轉錄時形成的DNA-RNA雜交分子構象接近。Z-DNA以核苷酸二聚體為單元左向纏繞,其主鏈呈鋸齒(Z)形,故名。這種構型適合多核苷酸鏈的嘌呤嘧啶交替區。1989年,美國科學傢用掃描隧道電鏡法直接觀察到雙螺旋DNA 雙螺旋DNA1952年,奧地利裔美國生物化學傢查伽夫(E.chargaff,1905— )測定瞭DNA中4種堿基的含量,發現其中腺膘呤與胸腺嘧啶的數量相等,鳥膘呤與胞嘧啶的數量相等。這使沃森、克裏克立即想到4種堿基之間存在著兩兩對應的關系,形成瞭腺膘呤與胸腺嘧啶配對、鳥膘呤與胞嘧啶配對的概念。

DNA -復制

(圖)DNADNA

DNA是遺傳信息的載體,故親代DNA必須以自身分子為模板準確的復制成兩個拷貝,並分配到兩個子細胞中去,完成其遺傳信息載體的使命。而DNA的雙鏈結構對於維持這類遺傳物質的穩定性和復制的準確性都是極為重要的。

(一)DNA的半保留復制

Waston和Click在提出DNA雙螺旋結構模型時曾就DNA復制過程進行過研究,發現DNA在復制過程中堿基間的氫鍵首先斷裂(通過解旋酶),雙螺旋結構解旋分開,每條鏈分別作模板合成新鏈。由於每個子代DNA的一條鏈來自親代,另一條則是新合成的,故稱之為半保留式復制(semiconservative replication)。
  
(二)DNA復制過程
 DNA復制過程大致可以分為復制的引發,DNA鏈的延伸和DNA復制的終止三個階段。

1)DNA復制的引發

復制的引發(Priming)階段包括DNA復制起點雙鏈解開,通過轉錄激活步驟合成RNA分子,RNA引物的合成,DNA聚合酶將第一個去氧核苷酸加到引物RNA的3′-OH末端復制引發的關鍵步驟就是前導鏈DNA的合成,一旦前導鏈DNA的聚合作用開始,滯後鏈上的DNA合成也隨著開始,在所有前導鏈開始聚合之前有一必需的步驟就是由RNA聚合酶(不是引物酶)沿滯後鏈模板轉錄一短的RNA分子。在有些DNA復制中,(如質體ColE),該RNA分子經過加式成為DNA復制的引物。但是,在大部分DNA復制中,該RNA分子沒有引物作用。它的作用似乎隻是分開兩條DNA鏈,暴露出某些特定序列以便引發體與之結合,在前導鏈模板DNA上開始合成RNA引物,這個過程稱為轉錄激活(transcriptional activation),在前導鏈的復制引發過程中還需要其他一些蛋白質,如大腸桿菌的dnaA蛋白。這兩種蛋白質可以和復制起點處DNA上高度保守的4個9bp長的序列結合,其具體功能尚不清楚。可能是這些蛋白質與DNA復制起點結合後能促進DNA聚合酶Ⅲ復合體的七種蛋白質在復制起點處裝配成有功能的全酶。DNA復制開始時,DNA螺旋酶首先在復制起點處將雙鏈DNA解開,通過轉錄激活合成的RNA分子也起分離兩條DNA鏈的作用,然後單鏈DNA結合蛋白質結合在被解開的鏈上。由復制因子X(n蛋白),復制因子Y(n’蛋白),n"蛋白,i蛋白,dnaB蛋白和dnaC蛋白等6種蛋白質組成的引發前體(preprimosome),在單鏈DNA結合蛋白的作用下與單鏈DNA結合生成中間物,這是一種前引發過程。引發前體進一步與引物酶(primase)組裝成引發體(primosome)。引發體可以在單鏈DNA上移動,在dnaB亞基的作用下識別DNA復制起點位置。首先在前導鏈上由引物酶催化合成一段RNA引物,然後,引發體在滯後鏈上沿5′→3′方向不停的移動(這是一種相對移動,也可能是滯後鏈模板在移動,見後),在一定距離上反復合成RNA引物供DNA聚合酶Ⅲ合成岡崎片段使用,引發體中許多蛋白因子的功能尚不清楚。但是,這些成份必須協同工作才能使引發體在滯後鏈上移動,識別合適的引物合成位置,並將核苷酸在引發位置上聚合成RNA引物。由於引發體在滯後鏈模板上的移動方向與其合成引物的方向相反,所以在滯後鏈上所合成的RNA引物非常短,一般隻有3-5個核苷酸長。而且,在同一種生物體細胞中這些引物都具有相似的序列,表明引物酶要在DNA滯後鏈模板上比較特定的位置(序列)上才能合成RNA引物。

為什麼需要有RNA引物來引發DNA復制呢?這可能盡量減少DNA復制起始處的突變有關。DNA復制開始處的幾個核苷酸最容易出現差錯,因此,用RNA引物即使出現差錯最後也要被DNA聚合酶Ⅰ切除,提高瞭DNA復制的準確性。RNA引物形成後,由DNA聚合酶Ⅲ催化將第一個去氧核苷酸按堿基互補原則加在RNA引物3′-OH端而進入DNA鏈的延伸階段。

2)DNA鏈的延伸

DNA新生鏈的合成由DNA聚合酶Ⅲ所催化,然而,DNA必須由螺旋酶在復制叉處邊移動邊解開雙鏈。這樣就產生瞭一種拓撲學上的問題:由於DNA的解鏈,在DNA雙鏈區勢必產生正超螺旋,在環狀DNA中更為明顯,當達到一定程度後就會造成復制叉難再繼續前進,從而終止DNA復制。但是,在細胞內DNA復制不會因出現拓撲學問題而停止。有兩種機制可以防止這種現象發生:[1]DNA在生物細胞中本身就是超螺旋,當DNA解鏈而產生正超螺旋時,可以被原來存在的負超螺旋所中和;[2]DNA拓撲異構酶Ⅰ要以打開一條鏈,使正超螺旋狀態轉變成松弛狀態,而DNA拓撲異構酶Ⅱ(旋轉酶)可以在DNA解鏈前方不停地繼續將負超螺旋引入雙鏈DNA。這兩種機制保證瞭無論是環狀DNA還是開環DNA的復制順利的解鏈,再由DNA聚合酶Ⅲ合成新的DNA鏈。前已述及DNA生長鏈的延伸主要由DNA聚合酶催化,該酶是由7種蛋白質(多肽)組成的聚合體,稱為全酶。全酶中所有亞基對完成DNA復制都是必需的。α亞基具有聚合功能和5′→3′外切酶活性,ε亞基具有3′→5′外切酶活性。另外,全酶中還有ATP分子它是DNA聚合酶Ⅲ催化第一個去氧核糖核苷酸連接在RNA引物上所必需的,其他亞基的功能尚不清楚。

DNA的復制過程DNA的復制過程

在DNA復制叉處要能由兩套DNA聚合酶Ⅲ在同一時間分別進行復制DNA前導鏈和滯後鏈。如果滯後鏈模板環繞DNA聚合酶Ⅲ全酶,並通過DNA聚合酶Ⅲ,然後再折向與未解鏈的雙鏈DNA在同一方向上,則滯後鏈的合成可以和前導鏈的合成在同一方向上進行。

這樣,當DNA聚合酶Ⅲ沿著滯後鏈模板移動時,由特異的引物酶催化合成的RNA引物即可以由DNA聚合酶Ⅲ所延伸。當合成的DNA鏈到達前一次合成的岡崎片段的位置時,滯後鏈模板及剛合成的岡崎片斷便從DNA聚合酶Ⅲ上釋放出來。這時,由於復制叉繼續向前運動,便產生瞭又一段單鏈的滯後鏈模板,它重新環繞DNA聚合酶Ⅲ全酶,並通過DNA聚合酶Ⅲ開始合成新的滯後鏈岡崎片段。通過這樣的機制,前導鏈的合成不會超過滯後鏈太多(最後隻有一個岡崎片段的長度)。而且,這樣引發體在DNA鏈上和DNA聚合酶Ⅲ以同一速度移動。

按上述DNA復制的機制,在復制叉附近,形成瞭以兩套DNA聚合酶Ⅲ全酶分子、引發體和螺旋構成的類似核糖體大小的復合體,稱為DNA復制體(replisome)。復制體在DNA前導鏈模板和滯後鏈模板上移動時便合成瞭連續的DNA前導鏈和由許多岡崎片段組成的滯後鏈。在DNA合成延伸過程中主要是DNA聚合酶Ⅲ的作用。當岡崎片段形成後,DNA聚合酶Ⅰ通過其5′→3′外切酶活性切除岡崎片段上的RNA引物,同時,利用後一個岡崎片段作為引物由5′→3′合成DNA。最後兩個岡崎片段由DNA連接酶將其接起來,形成完整的DNA滯後鏈。

3)DNA復制的終止

過去認為,DNA一旦復制開始,就會將該DNA分子全部復制完畢,才終止其DNA復制。但最近的實驗表明,在DNA上也存在著復制終止位點,DNA復制將在復制終止位點處終止,並不一定等全部DNA合成完畢。但目前對復制終止位點的結構和功能瞭解甚少在NDA復制終止階段令人困惑的一個問題是,線性DNA分子兩端是如何完成其復制的?已知DNA復制都要有RNA引物參與。當RNA引物被切除後,中間所遺留的間隙由DNA聚合Ⅰ所填充。但是,在線性分子的兩端以5′→3′為模板的滯後鏈的合成,其末端的RNA引物被切除後是無法被DNA聚合酶所填充的。

在研究T7DNA復制時,這個問題部分地得到瞭解決。T7DNA兩端的DNA序列區有160bp長的序列完全相同。而且,在T7DNA復制時,產生的子代DNA分子不是一個單位T7DNA長度,而是許多單位長度的T7DNA首尾連接在一起。T7DNA兩個子代DNA分子都會有一個3′端單鏈尾巴,兩個子代DNA的3′端尾巴以互補結合形成兩個單位T7DNA的線性連接。然後由DNA聚合酶Ⅰ填充和DNA連接酶連接後,繼續復制便形成四個單位長度的T7DNA分子。這樣復制下去,便可形成多個單位長度的T7DNA分子。這樣的T7DNA分子可以被特異的內切酶切開,用DNA聚合酶填充與親代DNA完全一樣的雙鏈T7DNA分子。

在研究痘病毒復制時,發現瞭線性DNA分子完成末端復制的第二種方式。痘病毒DNA在兩端都形成發夾環狀結構。DNA復制時,在線性分子中間的一個復制起點開始,雙向進行,將發夾環狀結構變成雙鏈環狀DNA。然後,在發夾的中央將不同DNA鏈切開,使DNA分子變性,雙鏈分開。這樣,在每個分子兩端形成一個單鏈尾端要以自我互補,形成完整的發夾結構,與親代DNA分子一樣。在真核生物染色體線性DNA分子復制時,尚不清楚末端的復制過程是怎樣進行的。也可能像痘病毒那樣形成發夾結構而進行復制。但最近的實驗表明,真核生物染色體末端DNA復制是由一種特殊的酶將一個新的末端DNA序列加在剛剛完成復制的DNA末端。這種機制首先在四膜蟲中發現。該生物細胞的線性DNA分子末端有30-70拷貝的5′TTGGGG3′序列,該細胞中存在一種酶可以將TTGGGG序列加在事先已存在的單鍵DNA末端的TTGGGG序列上。這樣有較長的末端單鏈DNA,可以被引物酶重新引發或其他的酶蛋白引發而合成RNA引物,並由DNA聚合酶將其變成雙鏈DNA。這樣就可以避免其DNA隨著復制的不斷進行而逐漸變短。

在環狀DNA的復制的末端終止階段則不存在上述問題。環狀DNA復制到最後,由DNA拓撲異構酶Ⅱ切開雙鏈DNA,將兩個DNA分子分開成為兩個完整的與親代DNA分子一樣的子代DNA。 

滾環復制:滾環式復制(rolling circle replication)是噬菌體中常見的DNA復制方式。滾環式復制的一個特點是以一條環狀單鏈DNA為模板,進行新的DNA環狀分子合成。噬菌體的雙鏈DNA環狀分子先在一條單鏈的復制起點上產生一個切口(nick),然後以另一條單鏈為模板不斷地合成新的單鏈。釋放出的新合成的單鏈或是先復制成雙鏈DNA,被酶切割成單位長度後,再形成環狀雙鏈DNA分子;或是釋放出的新合成的單鏈DNA,先被酶切割成單位長度形成單鏈環狀DNA分子後再復制成雙鏈環狀DNA分子。

(三)端粒和端粒酶

1941年美籍印度人麥克林托克(Mc Clintock)就提出瞭端粒(telomere)的假說,認為染色體末端必然存在一種特殊結構——端粒。現在已知染色體端粒的作用至少有二:① 保護染色體末端免受損傷,使染色體保持穩定;② 與核纖層相連,使染色體得以定位。

DNA -損害

有許多不同種類的突變原可對DNA造成損害,其中包括氧化劑、烷化劑,以及高能電磁輻射,如紫外線與X射線。不同的突變原對DNA造成不同類型的損害,舉例而言,紫外線會造成胸腺嘧啶二聚體的形成,並與相鄰的堿基產生交叉,進而使DNA發生損害。另一方面,氧化劑如自由基或過氧化氫,可造成多種不同形態的損害,尤其可對鳥苷進行堿基修飾,並且使雙股分解。根據估計,在一個人類細胞中,每天大約有500個堿基遭受氧化損害。在各種氧化損害當中,以雙股分解最為危險,此種損害難以修復,且可造成DNA序列的點突變、插入與刪除,以及染色體易位。

許多突變原可嵌入相鄰的兩個堿基對之間,這些嵌入劑大多是芳香性分子及平面分子,包括乙錠、道諾黴素、阿黴素與沙利竇邁。必須先使堿基之間的空隙變大,才能使嵌入劑置入堿基對之間,整體而言,DNA會因為雙螺旋解開而扭曲變形。結構改變會使轉錄作用與DNA復制過程受到抑制,進而導致毒害與突變。因此DNA嵌入劑通常也是致癌物,常見的例子有二醇環氧苯並芘、吖啶、黃曲毒素與溴化乙錠等。但是這些物質也因為能夠抑制DNA的轉錄與復制,而可應用於化學治療中,用以抑制癌癥細胞的快速生長情形。

DNA -分佈功能

原核細胞的染色體是一個長DNA分子。真核細胞核中有不止一個染色體,每個染色體也隻含一個DNA分子。不過它們一般都比原核細胞中的DNA分子大而且和蛋白質結合在一起。DNA分子的功能是貯存決定物種的所有蛋白質和RNA結構的全部遺傳信息;策劃生物有次序地合成細胞和組織組分的時間和空間;確定生物生命周期自始至終的活性和確定生物的個性。除染色體DNA外,有極少量結構不同的DNA存在於真核細胞的線粒體和葉綠體中。DNA病毒的遺傳物質也是DNA。

DNA -技術應用

DNADNA

20世紀50年代,DNA雙螺旋結構被闡明,揭開瞭生命科學的新篇章,開創瞭科學技術的新時代。隨後,遺傳的分子機理――DNA復制、遺傳密碼、遺傳信息傳遞的中心法則、作為遺傳的基本單位和細胞工程藍圖的基因以及基因表達的調控相繼被認識。至此,人們已完全認識到掌握所有生物命運的東西就是DNA和它所包含的基因,生物的進化過程和生命過程的不同,就是因為DNA和基因運作軌跡不同所致。知道DNA的重大作用和價值後,生命科學傢首先想到能否在某些與人類利益密切相關的方面打破自然遺傳的鐵律,讓患病者的基因改邪歸正以達治病目的,把不同來源的基因片段進行“嫁接”以產生新品種和新品質。於是,一個充滿瞭誘惑力的科學幻想奇跡般地成為現實。這是發生在20世紀70年代初的事情。

實現這一科學奇跡的科技手段就是DNA重組技術。1972年,美國科學傢保羅·伯格首次成功地重組瞭世界上第一批DNA分子,標志著DNA重組技術――基因工程作為現代生物工程的基礎,成為現代生物技術和生命科學的基礎與核心。DNA重組技術的具體內容就是采用人工手段將不同來源的含某種特定基因的DNA片段進行重組,以達到改變生物基因類型和獲得特定基因產物的目的的一種高科學技術。到瞭20世紀70年代中後期,由於出現瞭工程菌以及實現DNA重組和後處理都有工程化的性質,基因工程或遺傳工程作為DNA重組技術的代名詞被廣泛使用。現在,基因工程還包括基因組的改造、核酸序列分析、分子進化分析、分子免疫學、基因克隆、基因診斷和基因治療等內容。可以說,DNA重組技術創立近 30多年來所獲得的豐碩成果已經把人們帶進瞭一個不可思議的夢幻般的科學世界,使人類獲得瞭打開生命奧秘和防病治病“魔盒”的金鑰匙。

DNA重組技術已經取得的成果是多方面的。到20世紀末,DNA重組技術最大的應用領域在醫藥方面,包括活性多肽、蛋白質和疫苗的生產,疾病發生機理、診斷和治療,新基因的分離以及環境監測與凈化。

許多活性多肽和蛋白質都具有治療和預防疾病的作用,它們都是從相應的基因中產生的。但是由於在組織細胞內產量極微,所以采用常規方法很難獲得足夠量供臨床應用。基因工程則突破瞭這一局限性,能夠大量生產這類多肽和蛋白質,已成功地生產出治療糖尿病和精神分裂癥的胰島素,對血癌和某些實體腫瘤有療效的抗病毒劑――幹擾素,治療侏儒癥的人體生長激素,治療肢端肥大癥和急性胰腺炎的生長激素釋放抑制因子等100多種產品。基因工程還可將有關抗原的DNA導入活的微生物,這種微生物在受免疫應激後的宿主體內生長可產生弱毒活疫苗,具有抗原刺激劑量大、且持續時間長等優點。在研制的基因工程疫苗就有數十種之多,在對付細菌方面有針對麻風桿菌、百日咳桿菌、淋球菌、腦膜炎雙球菌等的疫苗;在對付病毒方面有針對甲型肝炎、乙型肝炎、巨細胞病毒、單純皰疹、流感、人體免疫缺陷病毒等的疫苗。中國乙肝病毒攜帶者和乙肝患者多達一二億,這一情況更促使瞭中國科學傢自行成功研制出乙肝疫苗,取得瞭巨大的社會效益和經濟效益。

抗體是人體免疫系統防病抗病的主要武器之一,20世紀70年代創立的單株抗體技術在防病抗病方面雖然發揮瞭重要作用,但由於人源性單抗很難獲得,使得單抗在臨床上的應用受到限制。為解決此問題,近年來科學傢采用DNA重組技術已獲得瞭人源性抗體,這種抗體既可保證它與抗原結合的專一性和親合力,又能保證正常功能的發揮。已有多種這樣的抗體進行瞭臨床試驗,如抗HER-2人源化單抗治療乳腺癌已進入Ⅲ期試驗,抗IGE人源化單抗治療哮喘病已進入Ⅱ期試驗。

抗生素在治療疾病上起到瞭重要作用,隨著抗生質數量的增加,用傳統方法發現新抗生素的幾率越來越低。為瞭獲取更多的新型抗生素,采用DNA重組技術已成為重要手段之一。人們已獲得數十種基因工程“雜合”的抗生素,為臨床應用開辟瞭新的治療途徑。值得指出的是,以上所述基因工程多肽、蛋白質、疫苗、抗生素等防治藥物不僅在有效控制疾病,而且在避免毒副作用方面也往往優於以傳統方法生產的同類藥品,因而更受人們青睞。

人類疾病都直接或間接與基因相關,在基因水平上對疾病進行診斷和治療,則既可達到病因診斷的準確性和原始 性,又可使診斷和治療工作達到特異性強、靈敏度高、簡便快速的目的。於基因水平進行診斷和治療在專業上稱為基因診斷和基因治療。基因診斷作為第四代臨床診斷技術已被廣泛應用於對遺傳病、腫瘤、心腦血管疾病、病毒細菌寄生蟲病和職業病等的診斷;而基因治療的目標則是通過DNA重組技術創建具有特定功能的基因重組體,以補償失去功能的基因的作用,或是增加某種功能以利對異常細胞進行矯正或消滅。在理論上,基因治療是治本治愈而無任何毒副作用的療法。不過,盡管國際上已有100多個基因治療方案正處於臨床試驗階段,但基因治療在理論和技術上的一些難題仍使這種治療方法離大規模應用還有一段很長的距離。不論是確定基因病因還是實施基因診斷、基因治療、研究疾病發生機理,關鍵的先決條件是要瞭解特定疾病的相關基因。隨著“人類基因組計劃”的臨近完成,科學傢們對人體全部基因將會獲得全面的瞭解,這就為運用基因重組技術造逼於人類健康事業創造瞭條件。

不過,雖然基因技術向人類展示瞭它奇妙的“魔術師”般的魅力,但也有大量的科學傢對這種技術的發展予以人類倫理和生態演化的自然法則的沖擊表示出極大的擔憂。從理論上來講,這種技術發展的一個極致就是使人類擁有瞭創造任何生命形態或從未有過的生物的能力。人們能夠想像這將是怎樣的結果嗎?

DNA -親子鑒定

(圖)DNADNA

鑒定親子關系用得最多的是DNA分型鑒定。人的血液、毛發、唾液、口腔細胞等都可以用於用親子鑒定,十分方便。 一個人有23對(46條)染色體,同一對染色體同一位置上的一對基因稱為等位基因,一般一個來自父親,一個來自母親。如果檢測到某個DNA位點的等位基因,一個與母親相同,另一個就應與父親相同,否則就存在疑問瞭。利用DNA進行親子鑒定,隻要作十幾至幾十個DNA位點作檢測,如果全部一樣,就可以確定親子關系,如果有3個以上的位點不同,則可排除親子關系,有一兩個位點不同,則應考慮基因突變的可能,加做一些位點的檢測進行辨別。DNA親子鑒定,否定親子關系的準確率幾近100%,肯定親子關系的準確率可達到99.99%。

DNA親子鑒定測試的常見問題。DNA(去氧核糖核酸)是人身體內細胞的原子物質。 每個原子有46個染色體,另外,男性的精子細胞和婦人的卵子,各有23個染色體,當精子和卵子結合的時候。這46個原子染色體就制造一個生命,因此,每人從生父處繼承一半的分子物質,而另一半則從生母處獲得。

DNA親子鑒定測試與傳統的血液測試有很大的不同。 它可以在不同的樣本上進行測試,包括血液,腮腔細胞,組織細胞樣本和精液樣本。 由於血液型號, 例如A型,B型,O型或RH型,在人口中比較普遍,用於分辨每一個人,便不如DNA親子鑒定測試有效。除瞭真正雙胞胎外,每人的DNA是獨一無二的。由於它是這樣獨特,就好像指紋一樣,用於親子鑒定,DNA是最為有效的方法。人們的結果通常是比法庭上要求的還準確10到100倍。

DNA -超速離心

DNADNA近代質體DNA分離純化以從大腸桿菌中分離為代表,鑒於大局桿菌(E.coli)在分子生物學研究中的重要地位,從E.coli中分離純化質體DNA〈Piasmid DNA〉成為近年來超離心技術中一個重要課題。而質體DNA的快速分離純化又對超離心設備(超速離心機、轉頭和附屬設備)提出瞭更高要求。

E.coli是典型的原核細胞生物,由於原核細胞缺乏其核細胞所具有的那種由單位膜組成的可把多種功能組分分隔為專一化的和局部獨立區域的內膜系統,因而沒有其核細胞所包含的細胞器、內質網、高爾基體、線拉體、溶酶體等等。電鏡顯微照片顯示E.coli有兩個可以區別的內部區域一一細胞質和核質,在它們外面圍著一層較薄的細胞質膜和很厚的細胞壁,在細胞壁外部附著一些一端遊離的鞭毛。質體DNA位於核區,以細絲狀存在,這種細絲狀物在多種情況下是極長的環狀DNA的一些片斷所折疊起來的聚密體。

針對E.coli的顯微結構待點,在進行超離心分離純化質體DNA之前的預處理順序是: E.coli→用溶菌酶去細胞壁→用表面活性劑如SDS、Trit X-100等EE細胞膜→用乙酸鍋使DNA、RNA及蛋白質大部分沉淀(90%以上)。

沉淀物可以在加入TE緩沖液(10m-MTris-HCL lmMEDTA,pH8.0)後分子篩上住去蛋白,去RNA;也可以用超速離心法去蛋白居,去RNA,去級狀DNA或DNA斷片。

質體DNA超速離心的分離方法
傳統的分離方法:數年前,由於受設備條件限制,質體DNA的分離一般用CsCl平衡等密度離心法,自形成梯度。以10~12ml單管容量為例,用甩平轉頭分離,36.000rpm×60小時,用角式轉頭分離45,OOOrpm×36小時,前者包括加減速在內共用去1.3億轉驅動部壽命,後者也要用去1億轉驅動部壽命,這對當時超速離心機總壽命為100~200億轉來看,無疑每次實驗費用過高,加上CsCl用量多、價格貴等因素,使這類分離純化工作成為非常昂貴的實驗。

質體DNA超速離心分離的最新進展
(1)超速垂直管轉頭的離心分離(欽合金或碳纖維制造的):從1975年垂直管轉頭向世後,近年來各主要離心機生產商開發的垂直管轉頭,單管容量0.2ml到4Oml,最高轉速從50,000rpm到120,000rpm,RCFmax可達700,OOOXg,90年代開發的新機型和轉頭己能夠使質體DNA垂直管離心分離實驗做起來得心應手。

(2)近垂直管轉頭離心分離:為瞭消除垂直管轉頭用於質體DNA離心在壁部形成的RNA沉淀對已形成的DNA區帶的污染,同時也為瞭改進一般斜角式轉頭(傾角25•——35•)由於沉降距離較長,因而分離時間也較長的缺點,近幾年開發瞭多種近垂直管轉頭(即Near VerticalTube Rot時,簡稱NVT轉頭或Neo Angle Rotor,小假角轉頭,簡稱NT)。它們的離心管縱剖面中心軸線與離心機驅動軸線之間夾角在7.5•——10•之間,轉速從65,000rpm到120,OOOrpm,RCFmax可達646,000×g單管容量從2ml至13.5ml。NVT(或NT)轉頭的開發主要是為質體DNA分離而設計,當然它也適用於線粒體DNA、染色體DNA、RNA及血清脂蛋白的分離•純化。

(3)不連續階梯梯度分離:質校DNA分離純化傳統方法是采用金管CsCl自形成梯度平衡等密度離心法,離心開始時金管CsCl密度均一,樣品均勻分佈其中。

DNA -基因組計劃

(圖)DNADNA

人類基因組計劃(human genome project, HGP)是由美國科學傢於1985年率先提出,於1990年正式啟動的。美國、英國、法蘭西共和國、德意志聯邦共和國、日本國和中國科學傢共同參與瞭這一價值達30億美元的人類基因組計劃。這一計劃旨在為30多億個堿基對構成的人類基因組精確測序,發現所有人類基因並搞清其在染色體上的位置,破譯人類全部遺傳信息。與曼哈頓原子彈計劃和阿波羅登月計劃並稱為三大科學計劃。

2000年6月26日,參加人類基因組工程項目的美國、英國、法蘭西共和國、德意志聯邦共和國、日本國和中國的 6國科學傢共同宣佈,人類基因組草圖的繪制工作已經完成。最終完成圖要求測序所用的克隆能忠實地代表常染色體的基因組結構,序列錯誤率低於萬分之一。 95%常染色質區域被測序,每個Gap小於150kb。完成圖將於2003年完成,比預計提前2年。

美國和英國科學傢2006年5月18日在英國《自然》雜志網絡版上發表瞭人類最後一個染色體——1號染色體的基因測序。

在人體全部22對常染色體中,1號染色體包含基因數量最多,達3141個,是平均水平的兩倍,共有超過2.23億個堿基對,破譯難度也最大。一個由150名英國和美國科學傢組成的團隊歷時10年,才完成瞭1號染色體的測序工作。

科學傢不止一次宣佈人類基因組計劃完工,但推出的均不是全本,這一次殺青的“生命之書”更為精確,覆蓋瞭人類基因組的99.99%。解讀人體基因密碼的“生命之書”宣告完成,歷時16年的人類基因組計劃書寫完瞭最後一個章節。

DNA -垃圾DNA

DNA垃圾dna並不垃圾!酵母和蠕蟲之類的簡單生物是如何進化為鳥和哺乳動物這樣的復雜生物的呢?一項針對基因組進行的廣泛比較研究顯示,問題的答案可能就隱藏在生物的垃圾去氧核糖核酸(DNA)中。美國科學傢發現,生物越復雜,其攜帶的垃圾DNA就越多,而恰恰是這些沒有編碼的“無用”DNA幫助高等生物進化出瞭復雜的機體。

自從第一個真核生物——包括從酵母到人類的有細胞核的生物——的基因組被破譯以來,科學傢一直想知道,為什麼生物的大多數DNA並沒有形成有用的基因。從突變保護到染色體的結構支撐,對於這種所謂的垃圾DNA的可能解釋有許多種。但是去年從人類、小鼠和大鼠身上得到的完全一致的關於垃圾DNA的研究結果卻表明,在這一區域中可能包含有重要的調節機制,從而能夠控制基礎的生物化學反應和發育進程,這將幫助生物進化出更為復雜的機體。與簡單的真核生物相比,復雜生物有更多的基因不會發生突變的事實無疑極大地強化瞭這一發現。

為瞭對這一問題有更深的瞭解,由美國加利福尼亞大學聖塔克魯斯分校(UCSC)的計算生物學傢David Haussler領導的一個研究小組,對5種脊椎動物——人、小鼠、大鼠、雞和河豚——的垃圾DNA序列與4種昆蟲、兩種蠕蟲和7種酵母的垃圾DNA序列進行瞭比較。研究人員從對比結果中得到瞭一個驚人的模式:生物越復雜,垃圾DNA似乎就越重要。

這其中暗含的可能性在於,如果不同種類的生物具有相同的DNA,那麼這些DNA必定是用來解決一些關鍵性的問題的。酵母與脊椎動物共享瞭一定數量的DNA,畢竟它們都需要制造蛋白質,但是隻有15%的共有DNA與基因無關。研究小組在7月14日的《基因組研究》雜志網絡版上報告說,他們將酵母與更為復雜的蠕蟲進行瞭比較,後者是一種多細胞生物,發現有40%的共有DNA沒有被編碼。隨後,研究人員又將脊椎動物與昆蟲進行瞭對比,這些生物比蠕蟲更為復雜,結果發現,有超過66%的共有DNA包含有沒有編碼的DNA。

參與該項研究工作的UCSC計算生物學傢Adam Siepel指出,有關蠕蟲的研究結果需要慎重對待,這是由於科學傢僅僅對其中的兩個基因組進行瞭分析。盡管如此,Siepel還是認為,這一發現有力地支持瞭這樣一種理論,即脊椎動物和昆蟲的生物復雜性的增加主要是由於基因調節的精細模式。

DNA -基因治療

基因治療是用正常的基因整合入細胞,以校正和置換致病基因的一種治療方法。從廣義上來講,將某種遺傳物質轉移到患者細胞內,使其體內發揮作用,以達到治療疾病目的方法,也謂之基因治療。

基因治療所采用的方法基本上可分為以下幾種:

1.DNA矯正。DNA矯正指將致病DNA鏈的異常堿基進行糾正,而正常部分予以保留。

2.DNA置換。DNA置換就是用正常DNA通過體內DNA同源重組,原位替換病變細胞內的致病DNA,使細胞內的DNA完全恢復正常狀態。

3.DNA增補。DNA增補指將目的DNA導入病變細胞或其他細胞,不去除異常DNA,而是通過目的DNA的非定點整合,使其表達產物補償缺陷DNA的功能或使原有的功能得到加強。DNA治療多采用此種方式。這種方法增補的是顯性DNA多用於治療隱性病。

4.DNA失活。早期一般是指反義核酸技術。它是將特定的反義核酸,包括反義 RNA,反義DNA和核酶導入細胞,在翻譯和轉錄水平阻斷某些基因的異常表達。近年來又有反基因策略、肽核酸、DNA去除和RNA幹擾技術。

DNA是所有生物的遺傳物質基礎
DNA(去氧核糖核酸)是核酸的一類,因分子中含有去氧核糖而得名。DNA分子極為龐大(分子量一般至少在百萬以上),主要組成成分是腺嘌呤去氧核苷酸、鳥嘌呤去氧核苷酸、胞嘧啶去氧核苷酸和胸腺嘧啶去氧核苷酸。DNA存在於細胞核、線粒體、葉綠體中,也可以以遊離狀態存在於某些細胞的細胞質中。大多數已知噬菌體、部分動物病毒和少數植物病毒中也含有DNA。 除瞭RNA(核糖核酸)和噬菌體外,DNA是所有生物的遺傳物質基礎。生物體親子之間的相似性和繼承性即所謂遺傳信息,都貯存在DNA分子中。1953年,詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克裏克描述瞭DNA的結構:由一對多核苷酸鏈相互盤繞組成雙螺旋。他們因此與倫敦國傢工學院的物理學傢弗雷德裏克·威爾金斯共享瞭1962年的諾貝爾生理學或醫學獎。

肥胖基因

英國倫敦皇傢醫院的科學傢們發現,在肥胖者的體內,都存在著一種功能獨特的基因,這種基因同人體內的3號染色體有關。由於該基因隻存在於肥胖者的體內,因此,科學傢稱之為“肥胖基因”。經研究發現,肥胖基因能促進身體制造出一種在血液中輸送脂肪的蛋白質—“APO—D”基因。該基因越多,血液輸送脂肪就越流暢,體內積聚的脂肪也就越多,人就越肥胖。科學傢們做過下面一個有趣的實驗:讓一對攜帶有肥胖基因的老鼠進行交配,結果後代個個滾瓜圓溜,形同肉球;而讓一對沒有肥胖基因的老鼠進行交配,產下的小鼠體內脂肪就少,個個都很消瘦。科學傢們依照這種遺傳模式,還可隨意培育出體內含脂肪20~50%的肥瘦程度不同的小鼠。進一步發現,人的肥胖基因遺傳情況與鼠類略有不同,屬於隔代遺傳。即,人們所能觀察到的,在相當多的傢庭裏,胖祖母一般不會將肥胖基因傳給自己的子女,而是傳給她的孫輩們。科學傢們還發現,與肥胖有關的基因不止一種。例如美國紐約洛克菲勒大學的一個研究小組最近宣佈,他們經過8年的漫長研究,發現瞭一種能控制食欲和能量代謝的基因。據稱,這種基因能向大腦發送一種停止進食的信號,使大腦的主人適時減弱食欲,以避免體內能量過剩;如果該基因發生變異,主人就會食欲大增,貪嘴多吃,最終成為一個大胖子。進一步研究揭示,這種基因由4500個堿基組成,其中一部分能產生由167個氨基酸組成的蛋白質。若此蛋白質合成正常,就能向大腦發出停止進食的信號;假如編碼該蛋白質的氨基酸組成中編碼第105位氨基酸殘基的堿基出現異常,停止進食的信號就會失靈,從而導致肥胖。

DNA -心靈感應

(圖)DNADNA

雙螺旋結構DNA分子能夠識別與自己“配對”的分子,即使相隔一段距離,並且在表面無其它外力幫助的情況下,相配對的兩個分子最終能聚合在一起。科學傢指出,這種“心理感應”會幫助DNA分子在它們混亂前排列整齊,這能夠有效避免DNA結合時發生差錯,也就有效避免瞭癌癥,老化和其它的疾病的發生。但是同樣的DNA適當地打亂組合順序其實是對有性繁殖有意義的,因為要保證後代遺傳得多樣性。

DNA藝術由於DNA的獨特性,每人都擁有不同的DNA,科學傢們發現DNA的圖譜非常獨特、迷人。經過科學傢與藝術傢們的共同探討,發明出一種基於DNA圖譜的藝術品,2005年,在加拿大第一次面世就在藝術界和科學界引起強大的沖擊!2007年,DNA藝術在中國國傢重點實驗室和DNAxx.com的合力開發下,DNA藝術品成功登陸中國!

DNA -DNA的簡易提取法

一:人體DNA的簡易提取法

所需的材料:①一茶匙鹽,放進一杯水(自來水即可,絕對不能有雜質)裏完全溶解、②一個幹凈的小玻璃杯、③一些洗滌液(去超市買正規的)、④一根滴管(可在化學品試劑店買)、⑤酒精度在50°以上的冰鎮烈性酒(桶釀燕麥威士忌、質量上乘的杜松子酒、高度伏特加酒,或者抗菌酒精都能實現這項工作)

制取方法:在幹凈的小玻璃杯裏放入一茶匙洗滌液並用三茶匙水(自來水即可,絕對不能有雜質)稀釋。用鹽水在嘴裏用力漱洗30秒鐘左右,然後吐進稀釋的洗滌液之中。用力攪拌混合物幾分鐘,然後非常小心地把兩茶匙冰鎮烈酒順著玻璃杯的側壁倒進去。如果你的手不能拿穩,可以使用滴管,把杯子稍微傾斜一下會對此有所幫助。這個步驟要求注意力非常集中,而且是非常關鍵的一步,必須要形成一個涇渭分明的水和酒之間的界限。如果你做到瞭細心謹慎,就將在鹽和漱口水混合液的頂部形成單獨的一層;等幾分鐘之後,你就會看到在酒之中開始形成紡錘形、白色、線狀的團塊樣物質。這就是你的DNA。接下來如果有條件的話,可用1280倍的顯微鏡觀察……

注意事項:在開始之前,一定要保證你的口腔是幹凈的。如果剛吃完東西,要等4個多小時後才能提取,以確保提取的精度。

二:動物DNA的簡易提取法

所需的材料:①雞血細胞液5~10毫升(後面有雞血細胞液的制作方法)、②鐵架臺、③鐵環、④鑷子、⑤三角架、⑥酒精燈、⑦石棉網、⑧載玻片(可在化學品試劑店買)、⑨玻璃棒、⑩濾紙、⑾滴管(化學品試劑店買)、⑿量筒(100ml一個)、⒀燒杯(100ml一個,50ml和500ml各2個)、⒁試管(20ml2個)、⒂漏鬥(建議買3個)、⒃試管夾(建議買4個)、⒄紗佈(建議買4個)、⒅體積分數為95%的酒精溶液(就是濃度為95%的酒精,實驗前置於雪櫃內冷卻24小時,建議冷藏室的溫度調節在4°~6°之間最好)、⒆蒸餾水(不少於500毫升)、⒇質量濃度為0.1%克/ml(毫升)的檸檬酸鈉溶液、(21)物質的量濃度為2mol(摩爾)/L(升)和0.015mol/L的氯化鈉溶液、(22)二苯胺試劑(本試劑是成瓶的)。

制取方法:①制備雞血細胞→取剛殺過的雞血(要幹凈,不能有雜質)50毫升左右,加入檸檬酸鈉防止凝血;除去上面的清液,因為DNA主要存在於細胞核中。②提取核物質→加蒸餾水(一般是雞血細胞的2倍半)並用玻璃棒攪拌不少於5分鐘,使血細胞破裂,釋放出的DNA往往和蛋白質結合在一起。③溶解核內DNA→DNA在高濃度的氯化鈉溶液中溶解度很高,用2mol/L的氯化鈉溶液可以加速核蛋白解聚,遊離出DNA。④析出含DNA的粘稠物→加蒸餾水降低氯化鈉溶液的濃度至0.14mol/L,此時DNA的溶解度下降,蛋白質的溶解度增高,從而使DNA和蛋白質分離,析出DNA(注意:此步驟要精確濃度)。⑤濾出含DNA的粘稠物→用紗佈過濾得到絲狀DNA的粘稠物。⑥DNA粘稠物再溶解→加入2mol/L的氯化鈉溶液後,充分攪拌,使DNA溶解。⑦過濾含DNA的氯化鈉溶液→用新紗佈過濾。⑧提取較純凈的DNA→加入冷卻的濃度為95%的酒精,使DNA沉淀、濃縮、形成含雜質較少的白色絲狀物。⑨DNA的鑒定→DNA的鑒定可用二苯胺法,DNA遇到二苯胺變為藍色;還可以用“甲基綠”法,“甲基綠”使DNA變為藍綠色。

注意事項:①盛放雞血細胞的容器,最好是塑料容器。雞血細胞破碎後,DNA容易被玻璃容器吸附。因此,實驗中最好使用塑料的燒杯和試管,可以減少提取過程中DNA的損失。②實驗中攪拌含有懸浮物的溶液時,玻璃棒不要直插燒杯底部,同時攪拌要輕慢。③用“甲基綠”法鑒別DNA時,可將“甲基綠”直接滴到玻璃棒的絲狀物上後,要用水充分沖洗掉浮色後再觀察。

三:植物DNA的簡易提取法

所需的材料:①新鮮菜花(或蒜黃、菠菜)。②塑料燒杯一個。③量筒(規格和數量同上)。④玻璃棒一個。⑤尼龍紗佈(數量同上)。⑥陶瓷研缽一個(最好用陶瓷的)。⑦試管(數量同上,沒標明數量的要同時準備兩個,以備用)。⑧試管架(數量同上)⑨試管夾(數量同上)。⑩漏鬥(數量同上)。⑾酒精燈一個。⑿石棉網(數量同上)。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(可在化學品試劑店買)。⒅體積為95%的酒精溶液(體積就是濃度)。⒆二苯胺試劑一瓶。⒇蒸餾水(不少於500毫升)。(21)塑料離心機一臺(也可用食品加工機代替)。

制取方法:①準備材料→將新鮮菜花和濃度為95%的酒精溶液放入雪櫃冷凍室內,至少24個小時,建議48個小時,冷凍室的溫度要調成-18°以下。②取材→稱取30克菜花,去梗取花,切碎。③研磨→將碎菜花放入研缽內,倒入10毫升研磨液,充分研磨10分鐘,建議15分鐘。④過濾→在漏鬥中墊上尼龍紗佈,將菜花研磨液濾入燒杯中(有條件的可將濾液濾入塑料離心機中離心,用1000轉/分鐘的速度旋轉,離心5分鐘,取出上面的清澈液體放入燒杯中。[也可用食品加工機代替,但速度一定要有保證!])在4°的冷藏室中放置5~6分鐘後,再取上面的清澈液體。⑤加冷酒精→將一倍體積的清澈液體倒入兩倍體積濃度為95%的冷酒精中,並用玻璃棒緩緩地輕輕地攪拌溶液(玻璃棒不要插入燒杯底部)。沉淀3~5分鐘後,可見白色的DNA絮狀物出現。用玻璃棒緩緩旋轉,絮狀物會纏在玻璃棒上。⑥配制二苯胺試劑→取0.1毫升B液,滴入到10毫升A液中,混勻。⑦鑒定→取4毫升DNA提取液放入試管中,加入4毫升二苯胺試劑,混勻後觀察溶液顏色(不變藍)。用沸水浴(100°)加熱10分鐘。在加熱過程中,隨時注意試管中溶液顏色的變化(逐漸出現淺藍色)。

注意事項:①、一定的冷凍時間是絕對要掌握好的,因為植物的DNA提取不易。②、研磨的時間也要掌握好,理由同前。③、要想好一切步驟,一舉呵成,就是要抓緊時間,理由同前。