生命科學第八章 生命科學與人生
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生命科學第八章生命科學第八章
生命科學與人生8-1 遺傳物質—去氧核糖核酸 (DNA)染色體:細胞核上 (細胞未分裂前稱為染色質 )• 原核生物: DNA• 真核生物: DNA+蛋白質基因:染色體上 ,控制某一性狀的一段 DNA• 各性狀可由一個或多個基因決定 .一個基因也可能影響多種性狀位置
核酸 去氧核糖核酸 DNA 核糖核酸 RNA小分子 去氧核糖核苷酸四種
(dAMP.dTMP.dCMP. dGMP)
核糖核苷酸四種(AMP.UMP.CMP.GMP)
五碳糖 去氧核糖 核糖含氮鹼(鹽 )基
A.T.C.G (A = T.C≡G, 氫鍵
— )
A.U.C.G (A = U.C≡G)
形狀 •雙股螺旋狀 (兩股平行 .方向相反 .呈互補 )•數目 :A= T.C = G (A + C/T + G=1)
•單股多核苷酸鏈•數目 :A≠U.C≠G
分子大小 較大 較小
去氧核糖核苷酸 (DNA) 及核糖核苷酸 (RNA) 的基本組成與構造
核酸 去氧核糖核酸 DNA 核糖核酸 RNA製造 半保留自我複製 以 DNA( 基因 )的一股
為鑄模製造功用 直接控制遺傳 ,間接控制
蛋白質合成控制蛋白質合成 (酵素 .載體 .受體 ...)
分佈 •細胞核:染色體 (大部分 )•細胞質:粒線體 .葉綠體
•細胞核:核仁 .核質•細胞質:核糖體 .膠狀基質 (大部分 )
特點 同種生物其細胞所含 DNA量相同
同一生物個體在不同組織部分的細胞含 RNA 量不同 ,通常代謝旺盛細胞含 RNA 量較多含氮鹼基: A(腺口票呤 ).G( 鳥糞口票呤 ).C( 胞嘧
啶 ).T( 胸腺嘧啶 ).U( 月尿嘧啶 )粒線體 DNA :第 25 號染色體 (22 對體染色體加上 X及 Y共 24 種 )母系遺傳 (血緣鑑定 .鑑定母系遺傳疾病 )
DNA 的分子構造:美國華特生和克立克於 1952 年根據富蘭克林 DNA X 光晶體繞射圖 ,提出 DNA 分子的雙螺旋模型 (1962 年獲諾貝爾獎 )
雙螺旋:兩股多核苷酸鏈 (兩股寬 2nm, 旋轉一圈3.4nm, 含 10 個含氮鹼基對 )互相平行且方向相反
1. 骨架:以一核苷酸 C5上之磷酸與其相鄰核苷酸的 C3連成核苷酸長練 (5’→3’)
2. 互補性鹼基配對:兩股核苷酸鏈間由含氮鹼基的氫鍵相接 A= T、 C≡G(≡表三個氫鍵 )
察加夫法則 (Chargaff’s Rule) :鹼基比例 A和 T、 C和 G相等
含氮鹼基序列:決定生物的不同。已知 DNA 一股含氮鹼基序列可推知另一股的序列
相鄰鹼基對 (B.p) 的間格為 0.34nm (1A = 10-10m;1nm = 10-9m)
。
8-1.3 DNA 與蛋白質的關係鹼基序列:每條多核苷酸鏈 (骨架: 5號 C上磷酸與另一核苷酸 3號 C上 OH相連 )上鹼基的排列有特定的順序 ( 構成 DNA 的特異性 )DNA 與基因鹼基對的數目 (B.P) 基因數目 (每個基因鹼基數目和序列不同 )蛋白質:分為構造蛋白或功能蛋白基因 DNA
( 遺傳密碼 )
mRNA
(密碼子 )
蛋白質轉錄
細胞核
tRNA( 補密碼 )
轉譯 ( 細胞質 )
RNA 核糖體 RNA (rRNA)
傳訊 RNA (mRNA)
轉送 RNA (tRNA)
遺傳訊息 供 mRNA附著
密碼子 (三個一組鹼基序列 )
補密碼 ( 三個一組鹼基序列 )
分佈 核糖體上 細胞核內再移至核糖體
游離於細胞質內
分子大小 次之 最大 最小結構 單股線型 十字葉形專一性 無 有 有功能 組成核糖體 合成蛋白質鑄模 攜帶胺基酸
三種 RNA 的比較:
DNA〝複製〞:遺傳密碼: DNA 上三個一組鹼基序列有 64 種•功能:產生 DNA•過程:半保留方式 ( 一股原有 . 一股新合成 )1. 兩股鬆開2. 兩股為鑄模 ,鹼基互補配對3.接合: DNA聚合酶催化 ,鑄模上的核苷酸接成核苷酸鏈•證明: N15培養基培養細菌第一子代 (全部為 N1
5–N14) 第二子代 (N15–N14 : N14-N14=2:2)1.胺基酸有 20 多種2. 因種類 .序列 . 數目而異 (有不同的蛋白質
例 1.若將大腸桿菌先培養在 14N 的培養液中 ,繁殖很多代 以後 ,再將這些細菌培養在 15N 的培養液中 ,培養二代 (第二子代;第三代 )以後再純化 DNA, 則 DNA 形式及比例如何? 14N 和 15N 的比例如何?
例 2.承上題 ,若培養五代以後再純化 DNA, 則 DNA 形式及比例如何? 14N 和 15N 的比例如何?
14N-15N : 14N-14N = 2: 22- 2 = 2: 2= 1:114N : 15N = 2: (22×2- 2) = 2: 6= 1: 3
14N-15N : 14N-14N = 2: 25- 2 = 2: 30 = 1:1514N : 15N = 2: (25×2- 2) = 2: 62 = 1:31
轉錄作用: DNA 遺傳訊息抄錄在 mRNA•功能:形成 RNA•過程: 1.DNA 兩股解開 . 一股為鑄模2.以三磷酸核苷與 DNA 含氮鹼基配對經 RNA聚合酶催化3.經處理 . 形成 mRNA.tRNA.rRNA轉譯作用: mRNA 轉錄訊息翻譯成蛋白質胺基酸的順序•功能:合成蛋白質•過程:1.mRNA附於核糖體 (rRNA+蛋白質 )表面2.tRNA將蛋白質中胺基酸順序翻譯出來3. 各胺基酸連成多生肽鏈形成蛋白質 )
一萬年前 改良動植物品種 .保存食物方式數千年前 利用微生物製造酒 .醋和乳酪1970 年後 1.重組 DNA(外源基因轉殖他種生物 )
2.動植物組織培養 . 細胞融合技術3.探討生命科學 .應用在工業 .農業 .醫學及畜牧
現代 遺傳工程 .動植物組織與器官培養
8-2 現代〝生物技學 (生物技術科學 )〞的發展
外源基因 人為合成基因 ,動 .植物細胞或微生物 DNA載體 細菌質體和病毒 (例噬菌體和其他 DNA 病
毒 )基因轉殖生物
具有外源基因的生物 ,例胰島素或生長素基因嵌入大腸菌質體
限制酵素 可切割 DNA 多核苷酸鏈的特別位置 ,例鹼基A與 G相偕處 . 兩端鹼基形成不配對倒位序列斷口
基因選殖 藉重組 DNA過程 , 大量生產單一基因複製物重組 DNA過程
1.外源 DNA 與質體經限制酵素切割 ,產生互補性鹼基序列的 DNA2.重組 DNA :藉鹼基配對原理 ,外源 DNA 與質體經接合酵素連成一體3.重組 DNA送入細菌體內 , 成為基因轉殖細菌 (外源基因隨質體複製 )
重組 DNA :將外源基因併入 DNA中,改變基因組成
植物遺傳工程:例菸草幼苗發螢光 .向日葵幼苗長腫瘤1.動植物細胞 DNA送入農桿菌質體形成重組 DNA2.重組 DNA送回農桿菌 ,感染植物細胞進入細胞核中3.植物細胞增殖時 ,每個細胞中外源基因亦複製動物遺傳工程:例羊乳中含血纖維蛋白酶的山羊(治療心臟病和動脈阻塞 )1.外源基因用顯微注射法 (因動物細胞無細胞壁 )注入動物受精卵或早期胚胎細胞2.受精卵或胚胎細胞殖入子宮中 ,後裔造成基因轉殖動物8-2.2 離體培養:生物體細胞 .組織和器官在人工控制環境下體外培養
植物組織培養 動物器官培養環境 無菌 . 含養分和激素
培養基中培養原無菌 .活體外培養基進行
培養基
養分:蔗糖 .維生素 .無機鹽 (N.P.鎂 .鉀 .鐵 )激素:細胞分裂素 CK.生長素 IAA養分和激素隨種類 .目的而不同
普遍:液體培養基金屬網培養法小牛血清 .葡萄糖 .多種胺基酸 .無機鹽類 .維生素
目的 培育高經濟價值植物 1.研究器官組織分化及生理活動2. 對物質 (激素 .致癌物 .營養物 ..) 的反應3.器官移植
實例 胡蘿蔔:分裂→癒合組織→胚芽→幼苗原理:植物細胞具有全能性試管嬰兒 : 體外受精 . 子宮發育 (1978 年後解決不能生育問
題 )
8-3 生物技學的衝擊:生物技學應用性廣 .污染性低8-3.1 生物技學在農業上的應用—植物疾病的預防•抗蟲植物:農藥也殺害益蟲環境中堆積 .危害生態實例: 1.土壤桿菌屬毒蛋白 (與消化細胞結合 )2.甘藷塊跟胰蛋白酶抑制劑基因•抗殺草劑植物:殺草劑也殺害農作物 (抑制作物代謝酵素 )實例:抗殺草劑棉花•提高農作物營養價值:穀 (離胺酸 .酥胺酸 ).大豆(硫胺酸 .半胱胺酸 ).稻米 ( 蛋白質量偏低 )實例: 1. 提高胺基酸 .蛋白質量 2.增加豌豆甜度 .馬鈴薯澱粉量 .棉花韌度 (脂量 )3.飼料蛋白質量•培育高經濟價值作物:短時間 .狹小空間培育高經濟價值作物實例:植物組織培養技術 (奎寧 -治瘧疾 .芳香劑 .除蟲菊 .名貴花卉 .無病毒馬鈴薯 )
8-3.2 生物技學在畜牧業上的應用:藉遺傳工程 .動物選殖及胚胎移轉等技術•提高牲畜的經濟價值:基因轉殖 (屬於遺傳工程 )實例: 1. 基因轉殖豬:長快 .吃少 .肉多 2.基因轉殖綿羊:胰蛋白酶抑制劑 (治療肺氣腫 )•增加牲畜產量:胚胎移植 ( 體外受精 )實例:母牛可產孿生小牛 ( 母牛每次胎只產一胎 )•動物選殖 ( 複製 ):電擊法使細胞融合實例: 1997蘇格蘭 -桃麗白面羊白面母羊乳腺細胞核和黑面母羊的無核卵融合 (打破已分化動物細胞無法培育成個體的觀念 )
方法 方法與實例
藥物 及疫苗 製造
•基因轉殖到細菌 . 酵母菌 .動物及植物細胞大量繁殖 . 製造藥物1.基因轉殖細菌:胰島素 (最早藥物產品 )2.市售基因工程藥物及疫苗:有 60 多種3. 基因工程香蕉: B型肝炎4. 基因工程玉米:抗癌5. 基因工程綿羊:胰蛋白酶抑制劑 (肺氣腫:基因缺陷 ). 血纖維蛋白酶 (心臟病 .血栓 )
基因 診斷
•重組 DNA技術 .卵細胞診斷 .羊膜穿刺法 .絨毛膜取樣法•遺傳缺陷:染色體異常 .基因缺陷1. 美國 4%新生嬰兒有遺傳缺陷2.需要遺傳資訊和諮商3.醫學診斷及家族系譜分析
8-3.3 生物技學在醫學上的應用
8-3.4 生物技學在工業上的應用 •工業酵素:1.清潔劑:洗衣粉 .洗碗精等 ( 蛋白酶 .澱粉酶 .脂肪酶 ..)2.食品:乳酪 (凝乳酶 )…3.皮革加工:毛髮 ( 蛋白酶 ).油脂 (脂肪酶 )4.廢棄物處理:纖維素酶…•化學原料:胺基酸 .乙醇 .丙酮…等•食品原料:甜味劑 . 酸味劑 .維生素 .香料 .色素 .防腐劑•酒精性飲料:1.蒸餾:威士忌…2.非蒸餾:啤酒…
8-4 生物技學之社會觀8-4.1潛在的危險:生物技學給人類帶來美麗遠景 ,也帶來潛在未知的危險1. 基因轉殖毒害細菌:引入環境 (例吞噬海灘油污細菌:突變而危害人類 )2. 基因轉直細菌潛回人體:如胰島素轉殖細菌使人體生產過多疑島素 (1982 以前由屍體或其他動物胰臟取得 )3. 基因工程產品隱藏傷害人體物質:如毒蛋白引起嚴重過敏 (需嚴格於動物或人體測試 )4.雜草對抗殺草劑基因有抗藥性:例如人類使用抗生素 ,細菌具抗藥性5.基因工程生物成為〝超級生物〞:因雜交再變異 ,造成生態大災難6. 基因工程產品對兒童或敏感症者不利
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