外科學部分（6版教材 P7—16）

第二章      外科領(lǐng)域的分子生物學

     自1953年Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)標志著分子生物學誕生以來，分子生物學理論和技術(shù)的快速發(fā)展正在逐步深入到諸如腫瘤、感染、創(chuàng)傷、移植、營養(yǎng)等外科疾病領(lǐng)域的病因、發(fā)病機制、診斷、治療和預防等各個方面，因此可以說分子生物學的發(fā)展正在對外科學的進步產(chǎn)生劃時代的影響。本章對與外科學實踐有關(guān)的分子生物學知識作一簡介。

第一節(jié)基因的結(jié)構(gòu)與功能

     基因（gene）是編碼一條多肽鏈或一個RNA分子所必需的全部DNA序列基因組(genome）是細胞所有染色體上全部基因和基因間的DNA總和。
     基因產(chǎn)生功能分子的過程稱表達（expression)，即遺傳信息從脫氧核糖核酸（DNA）傳給核糖核酸（RNA），再通過翻譯（translation）產(chǎn)生蛋白質(zhì)的過程。

    （一）DNA和RNA     
    細胞內(nèi)的核酸有兩種類型，即DNA和RNA，它們均為貯存遺傳信息大分子物質(zhì)。真核細胞的DNA分子約95％位于染色體上，其余5％位于線粒體，為雙鏈線性（染色體DNA）或環(huán)狀（線粒體DNA）分子，由兩條核苷酸鏈組成，每條鏈的組成單位為脫氧核糖核苷酸，每個脫氧核糖核苷酸由四種堿基即腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（U）、胞嘌呤（C）和胸腺嘌呤（T）中的一種堿基、一個脫氧核糖和一個共價結(jié)合的磷酸基組成，兩條鏈反向平行、堿基互補，并按A-T，G-C嚴格配對，通過互補堿基間形成的氫鍵結(jié)合成雙螺旋真核細胞的RNA分子主要位于細胞質(zhì)中，約占75％，另有10％在細胞核內(nèi)，15%在細胞器中，為單鏈線性分子，其組成與DNA相似，區(qū)別在于RNA以核糖取代脫氧核糖，以尿嘧啶（U）取代胸腺嘧啶（F）。

    （二）DNA復制
    以DNA單鏈為模板，按照堿基互補配對原則合成新DNA鏈的過程，稱為DNA復制。在DNA復制過程中，首先在解鏈酶的作用下DNA雙鏈解開為兩條單鏈，然后在DNA聚合酶的催化作用下以每一條單鏈為模板合成一條與其互補的新鏈，產(chǎn)生兩條子DNA鏈。因為每條子DNA雙鏈含有一條來自親代DNA分子的舊鏈和一條新生成鏈，所以稱為保留復制。

    （三）基因表達
    所有細胞遺傳信息的表達大多是單一途徑：DNA特異性決定RNA的合成，RNA特異性決定多肽（然后形成蛋白質(zhì)）的合成DNA-RNA一多肽（蛋自質(zhì)），這種遺傳信息的傳遞方式普遍存在，在分子生物學中稱為中心法規(guī)。①轉(zhuǎn)錄（transcription）：以DNA為模板，在RNA聚合酶作用下，合成RNA的過程稱為轉(zhuǎn)錄。相反，以RNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶作用下合成互補DNA(cDNA），再以cDNA為模板合成雙鏈DNA的過程稱為逆轉(zhuǎn)錄。②翻譯：以mRNA為模板合成蛋白質(zhì)（多肽）的過程稱為翻譯。
    人類基因的功能是多種多樣的。一定數(shù)量的基因最終合成特異的多肽，具有不同的功能，包括結(jié)構(gòu)蛋白（膜組分、骨架蛋白等）、轉(zhuǎn)運蛋白、激素、受體、酶、調(diào)節(jié)性蛋白及信號分子等其余大多數(shù)基因編碼蛋白質(zhì)合成所必需的rRNA, tRNA，還有各種各樣的參與RNIA剪接和其他功能的核內(nèi)RNA(SnRNA）和胞漿RNA。

   （四）基因表達的調(diào)控
    同一機體的不同組織細胞所含的基因都是相同的，但是并非基因組中所有的結(jié)構(gòu)基因在各種不同細胞中都同時表達，而是根據(jù)機體不同的組織細胞、不同的發(fā)育階段及不同的功能狀態(tài)，有選擇性、秩序性地在特定細胞「｝，表達特定種類和數(shù)最的基因，這就是基因表達的調(diào)控，該調(diào)控是一個涉及基因組、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄少舀、翻譯和翻譯后等各種水平的復雜過程

   （五）基因突變和修復
    基因突變是指DNA分子的改變，即基因的核昔酸排列順序和組成的改變單個堿基的改變稱為點突變（Point mutation），如果點突變引起一個氨基酸改變，稱為錯義突變(missense mutation) ,將引起蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的改變?nèi)绻�點突變弓I起一個氨基酸密碼子被一個終止密碼子替代，稱為無義突變（nonsense mutation），將導致翻譯提前終止，致使其編碼蛋白質(zhì)缺失，DNA鏈中插入或丟失1個或幾個堿基，導致插入或丟失部位以后的密碼子順序發(fā)生改變，進而引起蛋自質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的改變，稱為移碼突變(frameshift mutation）。
    DNA損傷的修復系統(tǒng)主要有以下幾個：①損傷堿基的直接修復；②切除修復，包括堿基切除修復、核苷酸切除修復和DNA交鏈的切除修復；③錯配修復；④重組修復，又稱復制后修復；⑤跨損傷DNA合成，這是一種利用損傷核苷酸為模板，通過IDNA聚合酶使堿基摻入到復制終止處進行DNA合成，從而延長DNA鏈的修復。

   （六）癌基因與抑癌基因

   1．癌基因
    是在自然或?qū)嶒灄l件下，參與或直接導致正常細胞發(fā)生惡變的基因。分病毒癌基因(virusoncogene, v-onc )和原癌基因( proto-oncogene )兩大類，前者為病毒中存在的、能誘導正常細胞轉(zhuǎn)化為腫瘤細胞的致瘤基因，后者為存在于正常細胞中的癌基因同源性序列、起調(diào)節(jié)細胞生長和分化作用。已分離的癌基因有100多種，根據(jù)基因的結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)物的功能，可將原癌基因分為五大類：①生長因子類；②生長因子受體類；③細胞內(nèi)信號傳導蛋白類；④蛋白激酶類；⑤細胞核內(nèi)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白類。
    原癌墓因具有正常生理功能，但功能異常時又具有潛在致癌能力。其致癌能力與這類基因的異常激活有關(guān)，異常激活可發(fā)生在下列情況：①點突變；②啟動子插入；③甲基化程度降低；④基因擴增與高表達；⑤基因易位或重排。激活后的原癌基因稱為癌基因，不適當?shù)乇磉_癌基因產(chǎn)物，使細胞增殖控制喪失而形成癌。

    2．抑癌基因
    是一類存在于正常細胞中的、與原癌基因共同調(diào)控細胞生長和分化的基因，也稱抗癌基因（antioncogene )、隱性癌基因( recessive oncogenes）。、自從1986年人類第一個抑癌基因Rb被分離克隆和鑒定后，有許多抑癌基因逐步被克隆鑒定，并發(fā)現(xiàn)它們與許多腫瘤密切相關(guān)，迄今為止發(fā)現(xiàn)的常見抑癌基因有：①P53基因：是一種與人類腫瘤相關(guān)性最高的基因；②Rb(retinoblastoma）基因；③PI 6基因；④APC( adenomatous polyposia coli）基因；⑤nm23基因；⑥MCC (mutated colorectal cancer）基因；⑦DCC（deleted in colorectal carcionoam）基因；⑧NF 1 (neurofibromatosis type 1）基因；⑨WT 1 (Wilms tumor type I）基因。
    抑癌基因的根本作用是抑制細胞進入增殖周期，誘導終末分化和細胞凋亡，維持基因穩(wěn)定，具有潛在抑制腫瘤生長的功能，當其發(fā)生突變、缺失或功能失活時，可導致細胞惡性轉(zhuǎn)化而發(fā)生腫瘤、其作用機制可能通過抑制原癌基因的活化及表達，或通過使癌基因表達蛋白產(chǎn)物失活等，從而對細胞增殖起負調(diào)節(jié)作用。

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