基因结构模型又一个新的里程碑     从原核DNA双螺旋结构模型走向成熟的真核基因结构模型
2023-12-05 20:51:44
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建立真核基因结构模型理论去认识真核基因,肿瘤.干细胞

在1940年代末,人们已经知道,DNA是一种细长的高分子化合物,由一系列脱氧核苷酸链构成,脱氧核苷酸又是由脱氧核糖、磷酸和含氮碱基组成,1951年克里克与沃森共同完成了一个伟大的成就,揭开了DNA的双螺旋结构之谜.他们俩人利用获得的x射线衍射实验的结果建构了DNA的精确模型.他们用模型构建法,仿照著名化学家鲍林构建蛋白质α螺旋模型的方法,根据结晶学的数据,用纸和铁丝搭配脱氧核苷酸。他们构建了完整的DNA分子结构模型完成于1953年3月7日。沃森和克里克关于该模型的第一篇论文《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的结构模型》在《自然》(Nature)杂志上发表。成功建立了DNA双螺旋结构模型分子遗传学新的里程碑。

由此看来建立理想模型是生物学中很重要的一种研究方法。建立理想模型可以帮助人们透过现象,忽略次要因素,显示复杂事物及过程的本质,帮助人们研究不易甚至无法直接观察的现象,从本质上认识和处理问题,例如:研究肉眼观察不到的微观细胞结构时,人们试建立多种基因模型理论.但成功的要数DNA分子双螺旋结构模型理论。DNA分子双螺旋结构模型提出之后,人们试图从模型出发说明DNA是如何传递遗传信息的。便开启了分子遗传学时代.分子遗传学使生物大分子的研究进入一个新的阶段,使遗传的研究深入到分子层次,"生命之谜"被打开了, 人们清楚地了解遗传信息的构成和传递的途径.在以后的近50年里,分子遗传学,分子免疫学,细胞生物学等新学科如雨后春笋般出现,一个又一个生命的奥秘从分子角度得到了更清晰的阐明,DNA重组技术更是为利用生物工程手段的研究和应用开辟了广阔的前景.在人类最终全面揭开生命奥秘的进程中,化学已经成功的为分子遗传学提供理论指导和技术支撑。

然而,原核细胞只有一种细胞器:核糖体。真核细胞有多种细胞器:细胞质、细胞核、溶酶体、内质网、高尔基体等等。原核细胞的DNA是裸露的并且没有染色体、没有染色质。真核细胞是有染色体以及染色质。原核DNA双螺旋结构模型基础DNA是一种细长的高分子化合物,由简单的脱氧核糖、磷酸和含氮碱基组成。而真核细胞是有染色体以及染色质,很显然DNA双螺旋结构模型是无法解释或建立真核基因结构模型理论。仅仅知道一种物质的化学成分是远远不够的,结构才是其功能的基础。功能结构(功能基因)一物理时空研究才是物质的最高科学。现在的分子生物学更多的还是处于描述性科学的阶段,它局限于叙述生命运动的现象和事实,没有上升到理论指导实践的阶段。它现在还不是一个完备的科学。它在解释一些根本的问题上,仅仅依靠描述现象来解释,是违背科学的方法的。所以生物学有待运用物理学基本原理来解释生命的现象和本质,进而成为一门精确而系统的科学。离开了基因结构物理DNA时空观,基因功能是无法谈起的——除非您满足于停留在旧有的生物学只能进行现象描述的阶段。因此建立真核基因结构模型理论对于发展肿瘤分子生物学.干细胞临床应用将提供理论指导和技术支撑.

从以上方程中我们可以看到基因公式基本概括了整个基因组成组分。在公式面前分子遗传学基因等于DNA决定子片断这种概念显然过于简单或过时,DNA结构模型只是经典分子遗传学的结构模型理论。只能解释原核生物基因表达调节。在原核生物基因表达调节中,我们也很难清楚对DNA双螺旋稳定性与构象变化起决定因素的是碱基间的氢键与上下碱基间的堆积能作用。通过量子力学对核酸结构的计算表明,碱基重叠的堆积能是DNA构象稳定的决定因素,但不是唯一因素。同样氢键能也是造成DNA稳定的因素。这两个方面的作用才是基因稳定的全部因素。碱基排列的改变,堆积,置换均都是以堆积能的作用影响基因的稳定。那么稳定基因的氢键能作用呢?堆积能与氢键能是如何在基因作用的呢?结构基因与功能基因它们在原核基因概念中的什么位置?显然基因=DNA它不能解释那些最简单时空,质量能量问题,因而基因=DNA它也不是真实的真核基因结构模型理论。

DNA相对论的发现结合DNA量子力学原理把实验、理论和数学的严格逻辑方法用到基因概念的全面统一上,对生命科学产生极其深远的影响。新的基因概念将通过数学运算来实现基因概念的全面统一。基因标准结构模型理论认为基因是具有一定组织结构的DNA或RNA。是DNA与蛋白质复合体功能片断,决定子是由垂直的结构基因与水平的功能基因两大部分组成。决定子碱基间的相互作用能可分为共平面氢键能相互作用或堆积能相互作用。它们是基因稳定与构象变化的物质基础与遗传基础。任何重组、突变都以干扰氢键以及氢键相互作用能而导致遗传突变与蛋白质氨基酸改变与进化。它们可以小到一个碱基为其代表,大则可以是一个单一序列和重复序列。成功建立了分子基因标准结构模型理论。

从基因结构标准模型理论出现来看,它显示出基因结构是由低级向高级结构演进和发展的,和我们逐步对基因认识的过程;原核基因结构模型时代→真核基因模型结构时代→肿瘤基因结构模型时代。(原癌基因与癌基因是同位素基因关系,因此我们对基因结构的认识也是一个从简单基因结构到复杂基因结构的逐步认识过程。从50年代发现DNA分子双螺旋结构模型理论到现在已经过去了半个世纪,也该是我们了解真核基因结构,实现原核基因结构与真核基因结构,肿瘤基因结构模型全面统一的时候了。

基因由低等结构向高级结构演进的发展。例如;DNA→DNA甲基化→DNA、蛋白质复合体→DNA、蛋白质复合体各自修饰→癌基因DNA高甲基化→癌DNA、蛋白质高度聚合的结构变化。它与宇宙中所有元素都起源一样,始于氢,开始形成较重的原子核,首先是氦,其次是轻元素(锂、硼、铍等),从碳、氮、铁一直到原子序数为82和83的铅和铀,这一过程是中子俘获。最后终极细胞上它们聚拢着为数众多的“质子和中子”,基因结构质量数越大,结合能越大,结合能是有限的,分子结合能释放、裂变,这就是分子核裂变一癌变。病毒起源、逃逸于细胞基因演化后期的脱分化产物。病毒是一大分子物质,病毒起源实际就是生物大分子的起源,这是生命科学的一个重要命题。现在看来基因结构标准模型理论为癌变一生物终极细胞理论演进奠定结构模型理论。生物大分子的起源、生物合成理论也为病毒的起源揭开了“庐山真面目”。病毒起源、逃逸于细胞基因演化后期的脱分化产物。这是真实而确切的!奇异美表现于物理概念、理论、模型等的新颖与新奇、表现在它们能够巧妙地解释生物物理现象。基因上的奇异美通常是坚持实验的结果而建构了真核基因结构模型理论。这新观念出现与我们的旧有的原核生物DNA双螺旋结构模型典经见识肯定会有多多少少的出入,但最终结构基因模型理论(原核生物DNA双螺旋结构模型)与功能基因模型理论(真核基因结构模型理论)它们共同作用在同一个基因上,实现了基因模型概念的全面统一。基因的结构和功能是及其复杂和纷繁杂乱,但经过量子力学处理后,它们又显得是那样的简单和有条有序。在这里觉得不接受它不行。确实令人体验到大自然奇异之美。

美国著名生化学家詹姆斯·沃森在新作《DNA:生命的秘密》中,举了两个近十年来科学家用基因方法治疗疾病,但最终失败的例子。事实上,人类利用基因技术治疗疾病的探索之路,走得并不顺利。自基因草图公布以来,我们对基因的认识一直停留在‘中间阶段’,只是在量上有所突破,却没能在质上取得飞跃。也就是说,我们通过基因测序,只是对基因有了部分的认识。一针见血的指明了原核生物DNA双螺旋结构模型的局限性,只有通过发展,建立新的基因结构模型理论(真核基因结构模型公式)才能全面认识真实的基因,才能真正发展分子生物学。

21世纪基因概念一量子生物学基因观告诉我们什么是基因,我们离全面解读基因究竞还有多远!从以上方程中我们可以看到基因公式基本概括了整个基因组成组分。在公式面前分子生物学基因等于DNA决定子片断这种概念显然过于简单。基因的表达调节与DNA的稳定因素都与VD诱导相互作用能相关,VD相互作用能大小与蛋白质,DNA的组分性质以及它们之间的距离相关。基因公式能够复制,遗传,从公式中各种组分的变化可以解释生物的中心法则,以及遗传蛋白质氨基酸的改变对基因的调节表达作用……总之基因公式化,真核基因结构模型理论的建立对于我们研究基因去认识真核基因,肿瘤.干细胞发展肿瘤分子生物学.干细胞临床应用将提供理论指导和技术支撑.无疑有着极其重要的意义。


 
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