DNA

　　1860至1870年，奥地利学者孟德尔根据豌豆杂交实验提出遗传因子概念，并总结出孟德尔遗传定律。

　　1909年，丹麦植物学家和遗传学家约翰逊首次提出"基因"这一名词，用以表达孟德尔的遗传因子概念。

　　1944年，3位美国科学家分离出细菌的DNA(脱氧核糖核酸)，并发现DNA是携带生命遗传物质的分子。

　　1953年，美国人沃森和英国人克里克通过实验提出了DNA分子的双螺旋模型。

　　1969年，科学家成功分离出第一个基因。

　　完整的DNA形态在1944年由美国人埃弗里确定发现，1953年克里克教授绘制出DNA的双螺旋线结构图；1985年莱斯特大学的亚历克·杰弗里斯教授又发明利用DNA对人体进行鉴别的办法；DNA自1988年起开始应用在司法方面；1994年7月29日，法国法律规定了使用基因标记的条件。

　　另外詹姆斯·沃森也有贡献20世纪40年代末和50年代初，在DNA被确认为遗传物质之后，生物学家们不得不面临着一个难题：DNA应该有什么样的结构，才能担当遗传的重任？它必须能够携带遗传信息，能够自我复制传递遗传信息，能够让遗传信息得到表达以控制细胞活动，并且能够突变并保留突变。这4点，缺一不可，如何建构一个DNA分子模型解释这一切？

　　根据科学分析，每一个人拥有400万亿个细胞(皮肤、肌肉、神经等)，人体细胞除了红血球外都拥有一个由46种染色体组成的细胞核，染色体本身又由DNA染色体丝构成，这种染色体丝在所有细胞中都是相同的。DNA由被称作A(adenine)、T(thymine)、G(guanine)和C(cytosine)的核酸组成，正是它们构成我们人体的基因。根据DNA可以断定两代人之间的亲缘关系，因为一个孩子总是分别从父亲和母亲身上接受一半基因物质的。科学家们还把DNA研究的目标放在确定导致人们生病的基因起源方面，以便将来更好地认识、治疗和预防危害人类健康的各种疾病。

　　DNA的可信度如何呢？两个人的染色体是否会相似？根据科学试验，这种可能性几乎没有。然而，在所有过程中出现差错将是可能的，这主要是在提取和化验标本的时候，标本也可能受到另一个人DNA的污染。为了保证DNA的可靠性，必须在提取标本和化验分析时严格把关。不仅可以避免可能的错误，而且大大加快了DNA检查的速度。

　　一项针对基因组进行的广泛比较研究显示，问题的答案可能就隐藏在生物的垃圾脱氧核糖核酸(DNA)中。美国科学家发现，生物越复杂，其携带的垃圾DNA就越多，而恰恰是这些没有编码的"无用"DNA帮助高等生物进化出了复杂的机体。

　　自从第一个真核生物（包括从酵母到人类的有细胞核的生物）的基因组被破译以来，科学家一直想知道，为什么生物的大多数DNA并没有形成有用的基因。从突变保护到染色体的结构支撑，对于这种所谓的垃圾DNA的可能解释有许多种。但是2004年从人类、小鼠和大鼠身上得到的完全一致的关于垃圾DNA的研究结果却表明，在这一区域中可能包含有重要的调节机制，从而能够控制基础的生物化学反应和发育进程，这将帮助生物进化出更为复杂的机体。与简单的真核生物相比，复杂生物有更多的基因不会发生突变的事实无疑极大地强化了这一发现。

　　为了对这一问题有更深的了解，由美国加利福尼亚大学圣塔克鲁斯分校(UCSC)的计算生物学家David Haussler领导的一个研究小组，对5种脊椎动物（人、小鼠、大鼠、鸡和河豚）的垃圾DNA序列与4种昆虫、两种蠕虫和7种酵母的垃圾DNA序列进行了比较。研究人员从对比结果中得到了一个惊人的模式：生物越复杂，垃圾DNA似乎就越重要。

　　这其中暗含的可能性在于，如果不同种类的生物具有相同的DNA，那么这些DNA必定是用来解决一些关键性的问题的。酵母与脊椎动物共享了一定数量的DNA，毕竟它们都需要制造蛋白质，但是只有15%的共有DNA与基因无关。研究小组在2005年7月14日的《基因组研究》杂志网络版上报告说，他们将酵母与更为复杂的蠕虫进行了比较，后者是一种多细胞生物，发现有40%的共有DNA没有被编码。随后，研究人员又将脊椎动物与昆虫进行了对比，这些生物比蠕虫更为复杂，结果发现，有超过66%的共有DNA包含有没有编码的DNA。

　　参与该项研究工作的UCSC计算生物学家Adam Siepel指出，有关蠕虫的研究结果需要慎重对待，这是由于科学家仅仅对其中的两个基因组进行了分析。尽管如此，Siepel还是认为，这一发现有力地支持了这样一种理论，即脊椎动物和昆虫的生物复杂性的增加主要是由于基因调节的精细模式。

　　DNA探针是最常用的核酸探针，指长度在几百碱基对以上的双链DNA或单链DNA探针。现已获得DNA探针数量很多，有细菌、病毒、原虫、真菌、动物和人类细胞DNA探针。这类探针多为某一基因的全部或部分序列，或某一非编码序列。这些DNA片段须是特异的，如细菌的毒力因子基因探针和人类Alu探针。这些DNA探针的获得有赖于分子克隆技术的发展和应用。以细菌为例，加之分子杂交技术的高敏感性，分子杂交在临床微生物诊断上具有广阔的前景。

　　细菌的基因组大小约5×106bp，约含3000个基因。各种细菌之间绝大部分DNA是相同的，要获得某细菌特异的核酸探针，通常要采取建立细菌基因组DNA文库的办法，即将细菌DNA切成小片段后分别克隆得到包含基因组的全信息的克隆库。然后用多种其它菌种的DNA作探针来筛选，产生杂交信号的克隆被剔除，最后剩下的不与任何其它细菌杂交的克隆则可能含有该细菌特异性DNA片段。将此重组质粒标记后作探针进一步鉴定，亦可经DNA序列分析鉴定其基因来源和功能。因此要得到一种特异性DNA探针，常常是比较繁琐的。探针DNA克隆的筛选也可采用血清学方法，所不同的是所建DNA文库为可表达性，克隆菌落或噬斑经裂解后释放出表达抗原，然后用来源细菌的多克隆抗血清筛选阳性克隆，所得到多个阳性克隆再经其它细菌的抗血清筛选，最后只与本细菌抗血清反应的表达克隆即含有此细菌的特异性基因片段，它所编码的蛋白是该菌种所特有的。用这种表达文库筛选得到的显然只是特定基因探针。

　　DNA修复(DNA repairing)是细胞对DNA受损伤后的一种反应，这种反应可能使DNA结构恢复原样，重新能执行它原来的功能；但有时并非能完全消除DNA的损伤，只是使细胞能够耐受这DNA的损伤而能继续生存。也许这未能完全修复而存留下来的损伤会在适合的条件下显示出来(如细胞的癌变等)，但如果细胞不具备这修复功能，就无法对付经常在发生的DNA损伤事件，就不能生存。所以研究DNA修复也是探索生命的一个重要方面，而且与军事医学、肿瘤学等密切相关。对不同的DNA损伤，细胞可以有不同的修复反应。

　　DNA复制是指DNA双链在细胞分裂以前进行的复制过程，复制的结果是一条双链变成两条一样的双链(如果复制过程正常的话)，每条双链都与原来的双链一样。这个过程是通过名为半保留复制的机制来得以顺利完成的。复制可以分为以下几个阶段：

　　起始阶段：解旋酶在局部展开双螺旋结构的DNA分子为单链，引物酶辨认起始位点，以解开的一段DNA为模板，按照5'到3'方向合成RNA短链。形成RNA引物。电子显微镜下的DNA

　　DNA片段的生成：在引物提供了3'-OH末端的基础上，DNA聚合酶催化DNA的两条链同时进行复制过程，由于复制过程只能由5'->3'方向合成，因此一条链能够连续合成，另一条链分段合成，其中每一段短链成为冈崎片段(Okazaki fragments)。

　　RNA引物的水解：当DNA合成一定长度后，DNA聚合酶水解RNA引物，补填缺口。

　　DNA连接酶将DNA片段连接起来，形成完整的DNA分子。

　　最后DNA新合成的片段在旋转酶的帮助下重新形成螺旋状。

　　重组DNA是一种人工合成的脱氧核糖核酸。它是把一般不同时出现的DNA序列组合到一起而产生的。从遗传工程的观点来看重组DNA是把相关的DNA添加到已有生物的基因组中，比如细菌的质粒中，其目的是为了改变或者添加特别是的特性，比如免疫。重组DNA与遗传重组不是一回事。它不是重组细胞内或者染色体上已经存在的基因组，而完全是通过外部工程达到的。重组蛋白质是从重组DNA合成出来的蛋白质。

　　重组DNA技术是1973年由斯坦利·诺曼·科恩和赫伯特·玻意尔设计的。1974年他们发表了他们的设计。在这篇论文中他们描述了分离和放大基因或者DNA片段，然后精确地把它们插入其它细胞中，由此制造出转基因细菌。沃纳·亚伯、丹尼尔·那森斯和汉弥尔顿·史密斯发明了限制酶才使得重组DNA技术可行，为此他们获得了1978年诺贝尔医学奖。

　　近代质粒DNA分离纯化以从大肠杆菌中分离为代表，鉴于大肠杆菌(E.coli)在分子生物学研究中的重要地位，从大肠杆菌(E.coli)中分离纯化质粒DNA(Plasmid DNA)成为超离心技术中一个重要课题。而质粒DNA的快速分离纯化又对超离心设备(超速离心机、转头和附属设备)提出了更高要求。

　　针对E.coli的显微结构待点，在进行超离心分离纯化质粒DNA之前的预处理顺序是：

　　沉淀物可以在加入TE缓冲液(10mM Tris-HCL， lmM EDTA，pH8.0)后分子筛技术去除蛋白和RNA； 也可以用超速离心法去除蛋白质和RNA，去级状DNA或DNA断片。

　　质粒DNA超速离心的分离方法

　　传统的分离方法：数年前，由于受设备条件限制，质粒DNA的分离一般用CsCl平衡等密度离心法，自形成梯度。以10~12ml单管容量为例，用甩平转头分离，36.000rpm×60小时，用角式转头分离45，000rpm×36小时，前者包括加减速在内共用去1.3亿转驱动部寿命，后者也要用去1亿转驱动部寿命，这对当时超速离心机总寿命为100~200亿转来看，无疑每次实验费用过高，加上CsCl用量多、价格贵等因素，使这类分离纯化工作成为非常昂贵的实验。

　　质粒DNA超速离心分离的最新进展

　　1、超速垂直管转头的离心分离(钦合金或碳纤维制造的)：从1975年垂直管转头向世后，最高转速从50，000rpm到120，000rpm，RCFmax可达700，000Xg，90年代开发的新机型和转头己能够使质粒DNA垂直管离心分离实验做起来得心应手。

　　2、近垂直管转头离心分离：为了消除垂直管转头用于质粒DNA离心在壁部形成的RNA沉淀对已形成的DNA区带的污染，同时也为了改进一般斜角式转头(倾角25-35°)由于沉降距离较长，因而分离时间也较长的缺点，近几年开发了多种近垂直管转头(即Near VerticalTube Rot时，简称NVT转头或Neo Angle Rotor，小假角转头，简称NT).它们的离心管纵剖面中心轴线与离心机驱动轴线之间夹角在7.5-10°之间，转速从65，000rpm到120000rpm，RCFmax可达646000×g单管容量从2ml至13.5ml。NVT(或NT)转头的开发主要是为质粒DNA分离而设计，当然它也适用于线粒体DNA、染色体DNA、RNA及血清脂蛋白的分离·纯化。

　　3、不连续阶梯梯度分离：质校DNA分离纯化传统方法是采用金管CsCl自形成梯度平衡等密度离心法，离心开始时金管CsCl密度均一，样品均匀分布其中。

　　脱氧核糖核酸若要发挥其功用，必须依赖与蛋白质之间的交互作用，有些蛋白质的作用不具专一性，有些则只专门与个别的脱氧核糖核酸序列结合。聚合酶在各类酵素中尤其重要，此种蛋白质可与脱氧核糖核酸结合，并作用于转录或脱氧核糖核酸复制过程。

　　脱氧核糖核酸与组织蛋白(右图白色部分)的交互作用，这种蛋白质中脱氧核糖核酸的碱性氨基酸(左下蓝色)，可与脱氧核糖核酸上的酸性磷酸基团结合(右下红色)。

　　结构蛋白可与脱氧核糖核酸结合，是非专一性脱氧核糖核酸-蛋白质交互作用的常见例子。染色体中的结构蛋白与脱氧核糖核酸组合成复合物，使脱氧核糖核酸组织成紧密结实的染色质构造。对真核生物来说，染色质是由脱氧核糖核酸与一种称为组织蛋白的小型碱性蛋白质所组合而成；而原核生物体内的此种结构，则掺杂了多种类型的蛋白质。

　　双股脱氧核糖核酸可在组织蛋白的表面上附着并缠绕整整两圈，以形成一种称为核小体的盘状复合物。组织蛋白里的碱性残基，与脱氧核糖核酸上的酸性糖磷酸骨架之间可形成离子键，使两者发生非专一性交互作用，也使复合物中的碱基序列相互分离。

　　在碱性氨基酸残基上所发生的化学修饰有甲基化、磷酸化与乙酰化等，这些化学作用可使脱氧核糖核酸与组织蛋白之间的作用强度发生变化，进而使脱氧核糖核酸与转录因子接触的难易度改变，影响转录作用的速率。其他位于染色体内的非专一性脱氧核糖核酸结合蛋白，还包括一种能优先与脱氧核糖核酸结合，并使其扭曲的高移动性群蛋白。这类蛋白质可以改变核小体的排列方式，产生更复杂的染色质结构。

　　脱氧核糖核酸结合蛋白中有一种专门与单股脱氧核糖核酸结合的类型，称为单股脱氧核糖核酸结合蛋白。人类的复制蛋白A是此类蛋白中获得较多研究的成员，作用于多数与解开双螺旋有关的过程，包括脱氧核糖核酸复制、重组以及脱氧核糖核酸修复。这类结合蛋白可固定单股脱氧核糖核酸，使其变得较为稳定，以避免形成茎环(stem-loop)，或是因为核酸酶的作用而水解。

　　相对而言，其他的蛋白质则只能与特定的脱氧核糖核酸序列进行专一性结合。大多数关于此类蛋白质的研究集中于各种可调控转录作用的转录因子。这类蛋白质中的每一种，都能与特定的脱氧核糖核酸序列结合，进而活化或抑制位于启动子附近序列的基因转录作用。转录因子有两种作用方式，第一种可以直接或经由其他中介蛋白质的作用，而与负责转录的RNA聚合酶结合，再使聚合酶与启动子结合，并开启转录作用。第二种则与专门修饰组织蛋白的酵素结合于启动子上，使脱氧核糖核酸模板与聚合酶发生接触的难度改变。

　　由于目标脱氧核糖核酸可能散布在生物体中的整个基因组中，因此改变一种转录因子的活性可能会影响许多基因的运作。这些转录因子也因此经常成为信号传递过程中的作用目标，也就是作为细胞反映环境改变，或是进行分化和发育时的媒介。具专一性的转录因子会与脱氧核糖核酸发生交互作用，使脱氧核糖核酸碱基的周围产生许多接触点，让其他蛋白质得以"读取"这些脱氧核糖核酸序列。多数的碱基交互作用发生在大凹槽，也就是最容易从外界接触碱基的部位。

　　溅射法制备 a-GaN 薄膜的光学性质也类似于脱氧核糖核酸属化学成分。