第三章 核酸的生物有机化学 第六节 2013

第六节核酸研究相关进展核酸类药物一.具有天然结构的核酸类药物

包括肌苷、ATP、辅酶A、脱氧核苷酸等等。这些药物有助于改善机体的物质代谢和能量代谢，加速受损组织的修复。二.自然结构碱基、核苷、核苷酸结构的类似物或聚合物

包括5-氟尿嘧啶、三氟代胸苷、叠氮胸苷等等。结构特点：都是自然结构碱基（A,T,C,G,U)、核苷、核苷酸结构的类似物或聚合物，来源于自然结构的核酸类物质进行半合成、结构改造、酶法合成等所得。作用特点：外源性嘧啶和嘌呤的类似物进入肿瘤细胞不易被分解，停留的时间长，干扰了肿瘤细胞核酸代谢的功能，从而抑制了肿瘤细胞的生长，在临床上主要用于抗肿瘤、抗病毒等。基因GeneGene基因，遗传功能的单位。它是一种DNA序列，在有些病毒中则是一种RNA序列，它编码功能性蛋白质或RNA分子。Genome基因组，染色体组，一个生物体、细胞器或病毒的整套基因；例如，细胞核基因组，叶绿体基因组，噬菌体基因组。一种典型的真核蛋白质编码基因的结构示意图。其编码序列（外显子）是不连续的，被非编码区（内含子）隔断。曼哈顿原子弹计划阿波罗登月计划人类基因组计划三大科学计划

“What’sHumanGenomeProject?”“OnebaseOnedollar!”-byataxidriver(andataxpayer)1997年AMGE公司转让了一个与中枢神经疾病有关的基因而获利3.92亿美元国际上一批大型制药公司和化学工业公司大规投巨资进军基因组研究领域，形成了一个新的产业部门，即生命科学工业。巨大的商业价值世界上一些大的制药集团纷纷投资建立基因组研究所。Ciba-Geigy和Ssandoz合资组建了Novartis公司，并斥资2.5亿美元建立研究所，开展基因组研究工作。SmithKline公司花1.25亿美元加快测序的进度，将药物开发项目的25%建立在基因组学之上。Glaxo-Wellcome在基因组研究领域投入4，700万美元，将研究人员增加了一倍。大型化学工业公司向生命科学工业转轨。孟山都公司早在1985年就开始转向生命科学工业。至1997年，该公司向生物技术和基因组研究的投入已高达66亿美元。1998年4月，杜邦公司宣布改组成三个实业单位，由生命科学领头。1998年5月，该公司又宣布放弃能源公司Conaco，将其改造成一家生命科学公司。Dow化学公司用9亿美元购入EliLilly公司40%的股票，从事谷物和食品研究，后又成立了生命科学公司。Hoechst公司则出售了它的基本化学品部门，转项投资生物技术和制药。

孟山都公司创始于1901年，创始人是约翰·奎恩伊，早年以从非洲向北美贩卖奴隶，和对中国走私鸦片，积累的巨大的财富，公司是用他妻子的名字奥尔加·孟山都命名，当时生产人造甜味剂（糖精）。1928年奎恩伊的儿子埃德加管公司，他扩展了公司的业务，除了制造化肥，还为美国的核武器提炼钚元素。也曾制造过发光二极管。在越战时，也是“落叶橘”的主要产家。被美国商业周刊选为2008年的十大最具影响力企业之一。并被人称为：这家公司很有把生化危机从电影变为现实的希望。《孟山都眼中的世界》的纪录片：落叶剂、多氯化联苯（PCB）、农达转基因种子：全世界超过90%的转基因种子专利转基因技术，作物的产量大大提高留下种子，来年再种，一代不如一代作物不结籽，或自己杀死胚芽“捆绑销售”，买种子，必须买除草剂，巩固垄断地位传统的农业和食品部门也出现了向生物技术和制药合并的趋势。GenzymeTransgenics公司培养出的基因工程羊能以较高的产量生产抗凝血酶III，一群羊的酶产量相当于投资1.15亿美元工厂的产量。据估计，转基因动物生产的药物成本是大规模细胞培养法的十分之一。一些公司还在研究生产能抗骨质疏松的谷物，以及大规模生产和加工基因工程食品。能源、采矿和环境工业也已在分子水平上向基因组研究汇合。例如，用产甲烷菌Methanobacterium作为一种新能源。用抗辐射的细菌Deinococcusradiodurans清除放射性物质的污染，并在转入tod基因后，在高辐射环境下清除多种有害化学物质的污染。1998年，美国科学家克莱格·凡特创办了一家名为塞雷拉基因组（CeleraGenomics）的小私立公司，开展自己的人类基因组计划。与国际人类基因组计划相比，公司希望能以更快的速度和更少的投资（3亿美元，仅为国际计划的十分之一）来完成。塞雷拉基因组一开始宣称只寻求对200至300个基因的专利权保护，但随后又修改为寻求对“完全鉴定的重要结构”的总共100至300个靶基因进行知识产权保护。1999年，塞雷拉申请对6500个完整的或部分的人类基因进行初步专利保护；塞雷拉拒绝将自己的测序数据存入可以自由访问的公共数据库；但不同于国际计划的是，他们不允许他人自由发布或无偿使用他们的数据。2000年，美国总统克林顿宣布所有人类基因组数据不允许专利保护，且必须对所有研究者公开，塞雷拉不得不决定将数据公开。这一事件也导致塞雷拉的股票价格一路下挫，并使倚重生物技术股的纳斯达克受到重挫；两天内，生物技术板块的市值损失了约500亿美元。基因的智慧财产权之争数据库查询为生物学研究提供了一个重要工具，在实际工作中经常使用。然而，在分子生物学研究中，对于新测定的碱基序列或由此翻译得到的氨基酸序列，往往需要通过数据库搜索，找出具有一定相似性的同源序列，以推测该未知序列可能属于哪个基因家族，具有哪些生物学功能。对于氨基酸序列来说，有可能找到已知三维结构的同源蛋白质而推测其可能的空间结构。因此，数据库搜索与数据库查询一样，是生物信息学研究中的一个重要工具。碱基序列分析比对数据库搜索的基础是序列的相似性比对，而寻找同源序列则是数据库搜索的主要目的之一。所谓同源序列，简单地说，是指从某一共同祖先经趋异进化而形成的不同序列。同源性可以用来描述染色体—“同源染色体”、基因—“同源基因”和基因组的一个片断—“同源片断”

相似性是指序列比对过程中用来描述检测序列和目标序列之间相同DNA碱基或氨基酸残基顺序所占比例的高低。相似性本身的含义，并不要求与进化起源是否同一，与亲缘关系的远近、甚至于结构与功能有什么联系。当相似程度高于50%时，比较容易推测检测序列和目标序列可能是同源序列；而当相似性程度低于20%时，就难以确定或者根本无法确定其是否具有同源性。

基因治疗

基因治疗（genetherapy）——就是向有功能缺陷的细胞补充相应功能基因，以纠正或补偿其基因缺陷，从而达到治疗的目的。对象：体细胞生殖细胞基因治疗的必要条件发病机制在DNA水平上已经清楚要转移的基因已经克隆分离，其表达产物有详尽的了解该基因正常表达的组织可在体外进行遗传操作理想的基因治疗还必须：外源基因可有效导入靶细胞外源基因能在靶细胞中长期稳定存留导入基因能适量表达导入基因的方法及载体对宿主细胞安全无害自杀基因的基因治疗

原理：即用（逆转录）病毒载体将编码某种酶的基因（自杀基因）转染到肿瘤细胞中，此酶可将一种无害的药物前体转变为细胞毒复合物，进而杀伤肿瘤细胞（肿瘤细胞不能复制而死亡）。这种基因载体只能在特定的组织或肿瘤中表达，而正常细胞中不表达。自杀基因+病毒载体

转染重组载体

药物前体无毒Gene→酶→↓

药物复合物有毒

细胞死亡例如：

单纯疱疹病毒

哺乳动物细胞HSVGene-TK（在肿瘤细胞中表达，正常细胞中不表达）Gene—TKGCV（胸苷类似物）TdRPpGCV---p抑制DNA合成脱氧胸苷酸

肿瘤细胞死亡邻近细胞死亡/凋亡（旁观者效应）“自杀基因”疗法“自杀基因”疗法

“自杀基因”疗法

“自杀基因”疗法基因诊断

GeneDiagnosis基因诊断—以DNA或RNA为诊断材料，通过检查基因的存在、缺陷或表达异常，对人体状态和疾病作出诊断的方法和过程基因变异致病的类型：内源基因的变异基因结构的突变点突变、插入、缺失、重排、异位基因表达异常mRNA剪接异常外源基因的插入

生物芯片技术Microarrays–atoolforuncoveringchangesingeneexpression生物芯片（biochip）的概念指采用光导原位合成或微量点样等方法，将大量生物大分子如核酸片段、多肽分子甚至组织切片、细胞等生物样品有序地固化于支持物的表面，组成密集二维分子排列，然后与已标记的待测生物样品中的靶分子杂交，通过特定的仪器对杂交信号的强度进行快速、并行、高效地检测分析，从而判断样品中靶分子的数量。

基因芯片使用步骤芯片制作把探针固定于载体表面样品处理目标分子富集分子间的杂交结果检测与数据分析

生物芯片技术HybridizationFlourecsence生物芯片设备OmniGridArrayer生物芯片打点机，下面为其玻璃载片或薄膜载片多功能：可用于DNA及蛋白质一个模板上含有100显微镜用的玻片、microtiterplates放置在一個可装卸的模板上，沖洗及干燥。一般商用的晶片机包含一個XYZ悬臂，在臂上装有32个针笔针笔生物芯片的种类-按特性(一)基因晶片(Genechip,DNAmicroarray)：利用共个互补的核酸为探針，整齐排列晶片之上。使用其互补序列之核酸杂交結