基因的本质知识点整理（有关基因的小知识）

本篇文章主要从分子角度来了解一下基因的特性，历史，感兴趣的网友们可以阅读下去。

1869年

德国的图宾根从外科手术绷带上的白细胞中分离出细胞核。他发现细胞核中有一种新的含磷物质，将其命名为核素。核素大部分是染色质，是脱氧核糖核酸（DNA）与染色体蛋白的混合物。

19世纪末

科学家们已经可以从细胞中提取出DNA和RNA。

20世纪30年代

P.Levene和W.Jacobs等证明RNA由1个核糖加四个碱基组成，而DNA则含有1个不同的核糖（脱氧核糖）加四个碱基。

1928年

Frederick Griffith以肺炎链球菌的转化实验奠定了DNA是遗传物质的基础。这个实验大家在初高中生物课上一定都学习过。如图所示。

Griffith研究的关键是，热杀死的肺炎链球菌毒性菌落能够使无毒细胞转化为毒性细胞，既热杀死的S 活R=活S 这就意味着造成这一转化的物质可能就是毒性基因。接下来的问题就是这一转化物化学本制是个啥?

1944年

Oswald Avery, Colin MacLeod和Maclyn McCarty采用与Griffith相似的转化实验证明了来自毒性细胞的转化物质的化学本质。既分别用蛋白质酶、DNA酶、RNA酶降解对应的组分，发现只有DNA酶破环了提取物的转化能力，这些结果提示了DNA就是转化物质。

1950年

Erwin Chargaff研究表明，DNA中的碱基组成在物种之间的不同的，Rollin Hotchkiss将转化物提纯到仅有0.02％蛋白质的程度，但仍能改变细菌细胞的遗传特性。

1952年

A.D Hershey 和Martha Chase的实验进一步增加了基因由DNA组成的证据。该实验涉及大肠杆菌T2细菌噬菌体。采用放射性同位素磷-32标记DNA，硫-35标记蛋白质，因为DNA富含磷而噬菌体蛋白含硫不含磷，我们已经知道，噬菌体吸附到细菌上，将DNA注入细胞内，结果正是如此，正是DNA进入了细菌细胞内！

1953年

沃森和克里克发表DNA双螺旋结构模型，这时，绝大多数科学家都接受了基因由DNA构成的观点。

20世纪40年代中期

生物化学家知道了DNA和RNA的基本化学结构。DNA包括含氮碱基、磷酸、脱氧核糖，同样的，RNA由碱基、磷酸和一种不同的糖（核糖）组成。DNA中4中碱基是腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶，RNA中由尿嘧啶代替胸腺嘧啶，其他相同。

DNA和RNA的基本组成单位是核苷酸，由核苷酸通过磷酯键与磷酸基团链接而成，如下图的三核苷酸，简写为TCA。

根据DNA-钠盐结晶的X射线衍射分析和分子模型的推论以及各碱基的性质,1953年Watson和Crick提出了DNA的双螺旋结构学说，说明了DNA的二级结构。沃森和克里克提出的DNA结构表示的是在非常高的相对湿度下（92％）形成的纤维束装DNA钠盐结构，被称为B型DNA。若在相对湿度75％下，DNA钠盐则呈现A型，都是右手螺旋。1979年，Alexander Rich及同事发现DNA并不总是右手螺旋的，含有交替的嘌呤和嘧啶的DNA双链可存在于伸展的左手螺旋中，从侧面看这种DNA骨架呈Z形，因此称为Z-DNA。下图为A/B/Z型DNA

当DNA溶液被充分加热时，结合两条链的非共价力被削弱直至被打断。此时两条链在DNA变性过程中分离，使DNA链的一半完成变性时的温度称为溶解温度Tm。DNA中GC含量在低于25%和接近75%之间变化，这对DNA的物理性质有十分明显的影响，特别是它的熔解温度和密度，都随GC含量呈线性增加。 低离子强度、高pH和有机溶剂都能促进DNA变性。

分离的DNA链可以被引导进行复性或退火。多种因素影响复性，其中有温度、DNA浓度和复性时间。另外，在细胞或病毒中，DNA含量与基因数目间有粗略的相关性。你可能会预测像脊椎动物那样复杂的生物体要比酵母那样简单的生物体需要更多的基因，因此它们应当有更高的C值(C-value)，即每个单倍体细胞的DNA含量。大体上，这种预测是正确的。小鼠和人类单倍体细胞的DNA量是酵母单倍体细胞的100多倍，而酵母细胞的DNA比更简单的大肠杆菌多5倍。然而，生物体的物理复杂性与其细胞中DNA含量间的对应关系并不完美。以青蛙为例，你不会认为两栖动物的C值比人类高，然而，青蛙每个细胞的DNA含量是人类的7倍。甚至更为夸张的是百合花每个细胞所含的DNA比人类细胞多100倍，这种令人困惑的情况称为C值悖论。

所有真正生物的基因都是由DNA构成的，某些病毒的基因由RNA构成。DNA和RNA是由称之为核苷酸的亚单位组成的链状分子。DNA具有双链螺旋结构，以其糖-磷酸骨架在外侧，碱基对在内部。碱基以特殊的方式配对:腺嘌呤(A)对胸腺嘧啶(T),鸟嘌呤(G)对胞嘧啶(C)。当DNA复制时，母链分开，并分别作为模板合成一条新的互补链。天然DNA的G C含量为22% ~73%，其多少对DNA的物理性质，特别是其熔解温度产生重要影响。DNA的熔解温度(Tm)是指一半双链分子解离或变性时的温度。分离的两条DNA链可以被复性或退火。在称为杂交的过程中，不同来源的多核苷酸互补链(RNA或DNA)能形成双螺旋。天然DNA的长度变化很大。小的DNA分子的大小可通过电子显微镜测定。在细胞或病毒中，DNA含量与基因数目间有粗略的相关性。但是，在若干亲缘关系很近的生物中这种相关性不成立，在这些生物中每个单倍体细胞的DNA含量(C值)变化很大。在某些生物中这种C值悖论或许可以用额外非编码DNA解释。