第三章核酸的生物有機化學(xué)第六節(jié)

第三章核酸的生物有機化學(xué)第六節(jié)第一頁，共五十六頁，2022年，8月28日核酸類藥物一.具有天然結(jié)構(gòu)的核酸類藥物

包括肌苷、ATP、輔酶A、脫氧核苷酸等等。這些藥物有助于改善機體的物質(zhì)代謝和能量代謝，加速受損組織的修復(fù)。二.自然結(jié)構(gòu)堿基、核苷、核苷酸結(jié)構(gòu)的類似物或聚合物

包括5-氟尿嘧啶、三氟代胸苷、疊氮胸苷等等。結(jié)構(gòu)特點：都是自然結(jié)構(gòu)堿基（A,T,C,G,U)、核苷、核苷酸結(jié)構(gòu)的類似物或聚合物，來源于自然結(jié)構(gòu)的核酸類物質(zhì)進行半合成、結(jié)構(gòu)改造、酶法合成等所得。作用特點：外源性嘧啶和嘌呤的類似物進入腫瘤細(xì)胞不易被分解，停留的時間長，干擾了腫瘤細(xì)胞核酸代謝的功能，從而抑制了腫瘤細(xì)胞的生長，在臨床上主要用于抗腫瘤、抗病毒等。第二頁，共五十六頁，2022年，8月28日第三頁，共五十六頁，2022年，8月28日第四頁，共五十六頁，2022年，8月28日第五頁，共五十六頁，2022年，8月28日基因第六頁，共五十六頁，2022年，8月28日GeneGene基因，遺傳功能的單位。它是一種DNA序列，在有些病毒中則是一種RNA序列，它編碼功能性蛋白質(zhì)或RNA分子。Genome基因組，染色體組，一個生物體、細(xì)胞器或病毒的整套基因；例如，細(xì)胞核基因組，葉綠體基因組，噬菌體基因組。第七頁，共五十六頁，2022年，8月28日一種典型的真核蛋白質(zhì)編碼基因的結(jié)構(gòu)示意圖。其編碼序列（外顯子）是不連續(xù)的，被非編碼區(qū)（內(nèi)含子）隔斷。第八頁，共五十六頁，2022年，8月28日曼哈頓原子彈計劃阿波羅登月計劃人類基因組計劃三大科學(xué)計劃

“What’sHumanGenomeProject?”“OnebaseOnedollar!”-byataxidriver(andataxpayer)第九頁，共五十六頁，2022年，8月28日1997年AMGE公司轉(zhuǎn)讓了一個與中樞神經(jīng)疾病有關(guān)的基因而獲利3.92億美元國際上一批大型制藥公司和化學(xué)工業(yè)公司大規(guī)投巨資進軍基因組研究領(lǐng)域，形成了一個新的產(chǎn)業(yè)部門，即生命科學(xué)工業(yè)。巨大的商業(yè)價值第十頁，共五十六頁，2022年，8月28日

世界上一些大的制藥集團紛紛投資建立基因組研究所。Ciba-Geigy和Ssandoz合資組建了Novartis公司，并斥資2.5億美元建立研究所，開展基因組研究工作。SmithKline公司花1.25億美元加快測序的進度，將藥物開發(fā)項目的25%建立在基因組學(xué)之上。Glaxo-Wellcome在基因組研究領(lǐng)域投入4，700萬美元，將研究人員增加了一倍。大型化學(xué)工業(yè)公司向生命科學(xué)工業(yè)轉(zhuǎn)軌。孟山都公司早在1985年就開始轉(zhuǎn)向生命科學(xué)工業(yè)。至1997年，該公司向生物技術(shù)和基因組研究的投入已高達66億美元。1998年4月，杜邦公司宣布改組成三個實業(yè)單位，由生命科學(xué)領(lǐng)頭。1998年5月，該公司又宣布放棄能源公司Conaco，將其改造成一家生命科學(xué)公司。Dow化學(xué)公司用9億美元購入EliLilly公司40%的股票，從事谷物和食品研究，后又成立了生命科學(xué)公司。Hoechst公司則出售了它的基本化學(xué)品部門，轉(zhuǎn)項投資生物技術(shù)和制藥。

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孟山都公司創(chuàng)始于1901年，創(chuàng)始人是約翰·奎恩伊，早年以從非洲向北美販賣奴隸，和對中國走私鴉片，積累的巨大的財富，公司是用他妻子的名字奧爾加·孟山都命名，當(dāng)時生產(chǎn)人造甜味劑（糖精）。1928年奎恩伊的兒子埃德加管公司，他擴展了公司的業(yè)務(wù)，除了制造化肥，還為美國的核武器提煉钚元素。也曾制造過發(fā)光二極管。在越戰(zhàn)時，也是“落葉橘”的主要產(chǎn)家。被美國商業(yè)周刊選為2008年的十大最具影響力企業(yè)之一。并被人稱為：這家公司很有把生化危機從電影變?yōu)楝F(xiàn)實的希望。

《孟山都眼中的世界》的紀(jì)錄片：落葉劑、多氯化聯(lián)苯（PCB）、農(nóng)達轉(zhuǎn)基因種子：全世界超過90%的轉(zhuǎn)基因種子專利轉(zhuǎn)基因技術(shù)，作物的產(chǎn)量大大提高留下種子，來年再種，一代不如一代作物不結(jié)籽，或自己殺死胚芽“捆綁銷售”，買種子，必須買除草劑，鞏固壟斷地位第十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)和食品部門也出現(xiàn)了向生物技術(shù)和制藥合并的趨勢。GenzymeTransgenics公司培養(yǎng)出的基因工程羊能以較高的產(chǎn)量生產(chǎn)抗凝血酶III，一群羊的酶產(chǎn)量相當(dāng)于投資1.15億美元工廠的產(chǎn)量。據(jù)估計，轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)的藥物成本是大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)法的十分之一。一些公司還在研究生產(chǎn)能抗骨質(zhì)疏松的谷物，以及大規(guī)模生產(chǎn)和加工基因工程食品。能源、采礦和環(huán)境工業(yè)也已在分子水平上向基因組研究匯合。例如，用產(chǎn)甲烷菌Methanobacterium作為一種新能源。用抗輻射的細(xì)菌Deinococcusradiodurans清除放射性物質(zhì)的污染，并在轉(zhuǎn)入tod基因后，在高輻射環(huán)境下清除多種有害化學(xué)物質(zhì)的污染。第十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日1998年，美國科學(xué)家克萊格·凡特創(chuàng)辦了一家名為塞雷拉基因組（CeleraGenomics）的小私立公司，開展自己的人類基因組計劃。與國際人類基因組計劃相比，公司希望能以更快的速度和更少的投資（3億美元，僅為國際計劃的十分之一）來完成。塞雷拉基因組一開始宣稱只尋求對200至300個基因的專利權(quán)保護，但隨后又修改為尋求對“完全鑒定的重要結(jié)構(gòu)”的總共100至300個靶基因進行知識產(chǎn)權(quán)保護。

1999年，塞雷拉申請對6500個完整的或部分的人類基因進行初步專利保護；塞雷拉拒絕將自己的測序數(shù)據(jù)存入可以自由訪問的公共數(shù)據(jù)庫；但不同于國際計劃的是，他們不允許他人自由發(fā)布或無償使用他們的數(shù)據(jù)。

2000年，美國總統(tǒng)克林頓宣布所有人類基因組數(shù)據(jù)不允許專利保護，且必須對所有研究者公開，塞雷拉不得不決定將數(shù)據(jù)公開。這一事件也導(dǎo)致塞雷拉的股票價格一路下挫，并使倚重生物技術(shù)股的納斯達克受到重挫；兩天內(nèi)，生物技術(shù)板塊的市值損失了約500億美元?；虻闹腔圬敭a(chǎn)權(quán)之爭第十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日

數(shù)據(jù)庫查詢?yōu)樯飳W(xué)研究提供了一個重要工具，在實際工作中經(jīng)常使用。然而，在分子生物學(xué)研究中，對于新測定的堿基序列或由此翻譯得到的氨基酸序列，往往需要通過數(shù)據(jù)庫搜索，找出具有一定相似性的同源序列，以推測該未知序列可能屬于哪個基因家族，具有哪些生物學(xué)功能。對于氨基酸序列來說，有可能找到已知三維結(jié)構(gòu)的同源蛋白質(zhì)而推測其可能的空間結(jié)構(gòu)。因此，數(shù)據(jù)庫搜索與數(shù)據(jù)庫查詢一樣，是生物信息學(xué)研究中的一個重要工具。堿基序列分析比對第十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日

數(shù)據(jù)庫搜索的基礎(chǔ)是序列的相似性比對，而尋找同源序列則是數(shù)據(jù)庫搜索的主要目的之一。所謂同源序列，簡單地說，是指從某一共同祖先經(jīng)趨異進化而形成的不同序列。同源性可以用來描述染色體—“同源染色體”、基因—“同源基因”和基因組的一個片斷—“同源片斷”

第十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日

相似性是指序列比對過程中用來描述檢測序列和目標(biāo)序列之間相同DNA堿基或氨基酸殘基順序所占比例的高低。相似性本身的含義，并不要求與進化起源是否同一，與親緣關(guān)系的遠近、甚至于結(jié)構(gòu)與功能有什么聯(lián)系。當(dāng)相似程度高于50%時，比較容易推測檢測序列和目標(biāo)序列可能是同源序列；而當(dāng)相似性程度低于20%時，就難以確定或者根本無法確定其是否具有同源性。

第十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日基因治療

基因治療（genetherapy）——就是向有功能缺陷的細(xì)胞補充相應(yīng)功能基因，以糾正或補償其基因缺陷，從而達到治療的目的。對象：體細(xì)胞生殖細(xì)胞第十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日基因治療的必要條件發(fā)病機制在DNA水平上已經(jīng)清楚要轉(zhuǎn)移的基因已經(jīng)克隆分離，其表達產(chǎn)物有詳盡的了解該基因正常表達的組織可在體外進行遺傳操作第十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日理想的基因治療還必須：外源基因可有效導(dǎo)入靶細(xì)胞外源基因能在靶細(xì)胞中長期穩(wěn)定存留導(dǎo)入基因能適量表達導(dǎo)入基因的方法及載體對宿主細(xì)胞安全無害第二十頁，共五十六頁，2022年，8月28日自殺基因的基因治療

原理：即用（逆轉(zhuǎn)錄）病毒載體將編碼某種酶的基因（自殺基因）轉(zhuǎn)染到腫瘤細(xì)胞中，此酶可將一種無害的藥物前體轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)胞毒復(fù)合物，進而殺傷腫瘤細(xì)胞（腫瘤細(xì)胞不能復(fù)制而死亡）。這種基因載體只能在特定的組織或腫瘤中表達，而正常細(xì)胞中不表達。第二十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日自殺基因+病毒載體

轉(zhuǎn)染重組載體

藥物前體無毒Gene→酶→↓

藥物復(fù)合物有毒

細(xì)胞死亡第二十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日例如：

單純皰疹病毒

哺乳動物細(xì)胞

HSVGene-TK

（在腫瘤細(xì)胞中表達，正常細(xì)胞中不表達）Gene—TKGCV（胸苷類似物）

TdRPpGCV---p

抑制DNA合成脫氧胸苷酸

腫瘤細(xì)胞死亡鄰近細(xì)胞死亡/凋亡（旁觀者效應(yīng)）第二十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日“自殺基因”療法第二十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日“自殺基因”療法第二十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日“自殺基因”療法第二十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日“自殺基因”療法第二十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日基因診斷

GeneDiagnosis基因診斷—以DNA或RNA為診斷材料，通過檢查基因的存在、缺陷或表達異常，對人體狀態(tài)和疾病作出診斷的方法和過程第二十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日基因變異致病的類型：內(nèi)源基因的變異基因結(jié)構(gòu)的突變點突變、插入、缺失、重排、異位基因表達異常mRNA剪接異常外源基因的插入第二十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日

生物芯片技術(shù)Microarrays–atoolforuncoveringchangesingeneexpression生物芯片（biochip）的概念指采用光導(dǎo)原位合成或微量點樣等方法，將大量生物大分子如核酸片段、多肽分子甚至組織切片、細(xì)胞等生物樣品有序地固化于支持物的表面，組成密集二維分子排列，然后與已標(biāo)記的待測生物樣品中的靶分子雜交，通過特定的儀器對雜交信號的強度進行快速、并行、高效地檢測分析，從而判斷樣品中靶分子的數(shù)量。第三十頁，共五十六頁，2022年，8月28日

基因芯片使用步驟芯片制作把探針固定于載體表面樣品處理目標(biāo)分子富集分子間的雜交結(jié)果檢測與數(shù)據(jù)分析第三十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日

生物芯片技術(shù)HybridizationFlourecsence第三十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日第三十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日生物芯片設(shè)備OmniGridArrayer生物芯片打點機，下面為其玻璃載片或薄膜載片多功能：可用于DNA及蛋白質(zhì)第三十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日第三十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日一個模板上含有100顯微鏡用的玻片、microtiterplates放置在一個可裝卸的模板上，沖洗及干燥。一般商用的晶片機包含一個XYZ懸臂，在臂上裝有32個針筆第三十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日針筆第三十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日生物芯片的種類-按特性(一)基因晶片(Genechip,DNAmicroarray)：利用共個互補的核酸為探針，整齊排列晶片之上。使用其互補序列之核酸雜交結(jié)合，籍此進行樣品檢驗或環(huán)境檢測。另外依晶片上之探針種類不同，基因晶片尚可細(xì)分為下列兩種：寡核酸陣列(oligonucleotidesmicroarray)互補核酸陣列cDNAmicroarray)第三十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日(二)芯片實驗室(Lab-on-a-chip)：整合若干微管道及微反應(yīng)于一塊芯片上以完成各種樣品處理、反應(yīng)或分析檢測，功能類似一個小型實驗室之縮影。依功能尚可細(xì)分成下列兩種：聚合酶連鎖反應(yīng)芯片(PCRchip)毛細(xì)管電泳芯片(capillarylectrophoresischip)PCR+CE第三十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日(三)蛋白質(zhì)芯片：以蛋白質(zhì)為生物探針，整齊的排列在芯片上，進行抗原-抗體免疫反應(yīng)，用以檢測蛋白質(zhì)。其尚待克服之技術(shù)瓶頸如下：有效提升結(jié)合于晶片上之抗體或結(jié)合物之穩(wěn)定性；有效鍵合具正確方向及足夠數(shù)量之抗體或結(jié)合物于晶片上；研發(fā)足夠數(shù)量可辨識不同生命物質(zhì)的抗體或芯片結(jié)合物；有效提升芯片的檢測靈敏度；依不同用途、材質(zhì)、訊號轉(zhuǎn)導(dǎo)、生物相容性等方面有諸多問題待解決。第四十頁，共五十六頁，2022年，8月28日生物芯片載片型式一般玻璃載片立體多孔膠墊載片微孔徑芯片第四十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日■cDNAmicroarraysspottingcontact–printingpinsnon-contact-piezoelectricdispensing(PackardBioScience/PerkinElmer)■Oligonucleotidesmicroarrayssynthesisinsitu(shortoligos)photolithography–Affymetrixmasklessdigitalmicromirror-NimbleGenink-jet–Agilentspottingpre-synthesizedoligos(longoligos)生物芯片實例及其制作流程第四十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日第四十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日生物芯片實例1SpottedDNAarrays第四十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日生物芯片實例2Affymetrix第四十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日生物芯片實例3NimbleGen羅氏第四十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日生物芯片實例4Agilent-InkjetPrinting第四十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日玻璃生物芯片第四十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日玻璃生物芯片第四十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日