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分子细胞学技术基本理论知识
作者:分子细胞学技术 来源:生物秀 时间:2008-6-29

    真核细胞结构基因表达于转录,基因转录是由RNA 聚合酶催化完成的。因此转录水平的调控,实质上就是对RNA 聚合酶活性的调节。就细胞自身基因组范围说,这种调节受着两类因子的调节。一是受与结构基因相连锁的序列(或称元件),也即位于结构基因的上下游区近处的序列,称顺式调控元件(Cis-acting Elements),如启动子(Promotor)、增强子(Enhancer )、沉寂子(Silencer、衰减子Dehancer)等均属之。这些因子作用各不相同;启动子是与基因转录起动有关的序列,位于基因的起始位点的5`端,只能在近距离起作用(约100bp 内),有方向性、空间位置恒定。启动子尚可分数种;Goldberg-Hogness 盒,又称TATA 盒,其核心序列为TATA 序列,与原核生物的Prinbnow 盒相似。TATA盒位于转录点上游的30bp 处,TATA盒决定着基因转录的精确起始。在体外转录时TATA盒是必需的。此外还有一系列其它调控成分。增强子是一类
    能促进基因转录活动性的元件,但无启动活性、位置无方向性、靶基因可近可远、能在远距离起调控作用、无基因特异性等。而沉寂子和衰减子则起抑制性反调控作用。第二类调控元件称反式调控因子或元件(Trans-Acting Elements),反式调控元件是位于同一染色体上较远区或另一些染色体上的序列;它们的编码产物又称反式作用转录因子,能与特定的DNA序列相结合,因此在习惯上被称为DNA结合蛋白(DNA Binding Protein)。
    它们能与DNA特定区域相结合进行调控。顺式作用元件是反式因子结合的位点;顺式调控转录作用正是通过反式作用因子来实现的。可见基因调控是由众多基因参与下的过程(图13-4)。上述基因表达调控是根据体外实验研究了解的,在体内基因表达调控可能更为复杂。关于基因表达调控细节请参阅其它有关专论。
    二、RNA 生物学性状
    RNA 是除DNA 外另一重要的核酸。RNA与DNA 组成成分上有所不同,核苷中的糖为核糖;其次为尿嘧啶(U)代替了胸腺嘧啶。哺乳动物每个细胞中平均含有10-5μgRNA。理论上每克细胞可分离出5~10μg RNA。对于培养细胞来说,1 克细胞相当108个细胞左右。细胞中总RNA 由数种RNA 组成(表13-1):

    mRNA 是基因表达或编码产物,携带遗传信息,是分子细胞学主要研究对象之一。mRNA 种类很多,分子量大小不均一,细胞中含量较少。绝大多数mRNA分子(除血红蛋白和一些组蛋白的mRNA 以外),均在3′端存在由20~250 个多聚的腺核苷酸(PolyA)组成的尾巴。利用这一特征,用寡聚( dT)亲合层析柱法,可很方便地把它们从总RNA中分离出来。RNase 存在非常广泛,在分离RNA时特别要注意RNase 的污染。


    图13-4 基因调控

    三、遗传和变异
    DNA 代代相传,具有稳定性,从而保证了遗传性。从遗传物质含量来分,人体细胞有两种,一种为含有两个单位DNA量的二倍体,由于组成人体大部分组织的细胞均为二倍体细胞,故也称体细胞(Somatic Cell);另一种为含有一个单位DNA 的细胞,即成熟的生殖细胞(Germ Cell)。二倍体细胞有两套基因,一套来自父本,另套来自母本。每个体细胞的全部基因或基因组(Genome)均由两套基因组成。每一对基因叫作等位基因(Allele)。等位基因一词在概念上有复数的含意。因此当说的是一对等位基因中的一个时,叫基因座(Loeus),或位点,也可应用“一个等位基因”,如指的是两个时,则应用“一对等位基因”为妥。又基因有显性(Dominant)与隐性(Recessive)之分。如等位基因中的两个基因皆为显性或隐性,即性状和结构一致时,称纯合子(Homozygote);如一为显性另一为隐性,则称为杂合子(Heterozygote);又纯合与杂
    合概念也适用于除显性和隐性以外的其它性状。一个基因组中有成千上万套不同性状和结构的等位基因,并非清一色,有的为纯合,有的为杂合。因此当说及某一个体或细胞为纯合(子)或杂合(子)时,实际上是对某一对等位基因而言,并非指整个机体、所有细胞和所有基因。由于遗传物质DNA 具有稳定性,才维持了物种的形成和存在。但遗传物质的稳定性是相对的,在环境因素作用下也时时在发生着结构的改变。表
    示DNA结构改变的词很多,有突变、畸变、重排等。它们的基本含义是相同的,故可通用;但在表示DNA 特定变化时又有差别。
    发生单个或几个核苷酸的改变或丢失时,常用突变一词,如点突变(Point Mutation );在DNA 改变涉及大段序列时,如移位、易位、丢失等,可用重排(Rearrage-ment)一词表示;当这些改变达到染色体水平时(显微镜下可见),用畸变(Aberration)更合适。
    基因突变分有意义突变和无意义突变两类,无意义突变不产生或不导致形成异常产物,有意义突变可引起产物蛋白质的改变。遗传物质的改变也是生物体在特定环境中适应性的表现。变(突变)是绝对的,不变(遗传)是相对的,芸芸众生,哪个能生存,哪个被淘汰;生存环境和生存条件是重要的一方,从个体说,基因结构和产物功能的适应性是另一方。龙生九子个个有别,只有那些发生适应性变化者才得以生存。
    在自然状态下,突变是偶然和不定向的。只有人工诱发突变才有可能让人们驾驭、用以揭示遗传本质、满足人们改变和改良物种的需要。因此,人工诱发突变是遗传工程的重要研究内容。

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