第一节基因与基因工程.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 基因与基因工程,1.核酸的元素组成,C、H、O、N、P（910%）,与蛋白质比较，其组成上有,两个特点,:,一般,不,含元素硫(S),P,元素的含量较多并且恒定(约占9-10%),一、核酸,（DNA、RNA）,碱基：腺嘌呤(A),鸟嘌呤(G),胞嘧啶(C),尿嘧啶(U),胸腺嘧啶(T),戊糖：,核糖,、,脱氧核糖,碱基+戊糖,核苷,核苷+磷酸,核苷酸,核酸(,RNA,、,DNA,),2.核酸的分子组成,3、核酸的分类：,根据核酸中所含,戊糖,的不同分为:,核糖核酸（RNA),脱氧核糖核酸(DNA)。,DNA,RNA,嘌呤碱,腺嘌呤,鸟嘌呤,腺嘌呤,鸟嘌呤,嘧啶碱,胞嘧啶,胸腺嘧啶,胞嘧啶,尿嘧啶,戊糖,D-2-脱氧核糖,D-核糖,酸,磷酸,磷酸,两类核酸的基本化学组成,AGCT,AGCU,嘌呤(purine),腺嘌呤(adenine,A),鸟嘌呤(guanine,G),（1）核酸的一级结构,4.核酸的结构,1953年，Watson 和Crick提出了B型DNA双螺旋结构模型。,1953年，Watson 和Crick提出了B型DNA双螺旋结构模型。,（2）核酸的二级结构 DNA分子的双螺旋结构,生物体遗传,信息的携带者,生物体遗传,信息的传递者,生命活动的,主要执行者,5.遗传信息传递的中心法则,生命活动通过蛋白质来表现，遗传特征通过,DNA,RNA,蛋白质,的过程进行传递，亦即遗传信息从DNA,转录,给RNA，,再将遗传信息,翻译,成执行不同生命功能的蛋白质，使后代表现出与亲代相似的遗传性质，即,基因表达,。,复制,：以原来DNA分子为模板合 成其相同分子的过程,转录,：在DNA分子上合成出与其 核苷酸顺序相对应的RNA的过程,翻译,：在RNA控制下合成出具有特 定氨基酸顺序的蛋白质肽链的过程,二、基因与遗传信息,现代遗传学的创始人：,孟德尔(18221884年),奥地利天主教神父、遗传学家约翰格雷戈尔孟德尔曾将豌豆的不同变种杂交，并揭示出规律性。,1865年，他发现遗传基因原理，总结出分离规律和自由组合规律，为遗传学提供了数学基础，创立了孟德尔学派，由此成为“遗传学之父”。,英国科学家贝特森和丹麦科学家约翰森准确诠释孟德尔理论，创造了基因、表型、基因型、等位基因等名词。,1.基因概念的诞生,2.基因在哪里,?,1910年，美国人托马斯亨特摩根(18661945年)出版了他第一部关于果蝇实验的首批成果。他不仅证明了孟德尔定律的正确性，而且还证实了长期存在的一种猜测，即借助于显微镜能看到的在细胞核里呈小棍形状结构的染色体就是基因的所在地。,染色体,染色体结构,染色体的大小,人类23对染色体,3.基因是什么?,基因,是具有遗传功能的单元，一个基因是DNA片段中核苷酸碱基特定的序列，此序列载有某特定蛋白质的遗传信息。,基因,是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位，是有遗传效应的DNA片段。,基因,表达：遗传信息由DNARNA蛋白质的表达过程。,4.人类基因组计划,所谓人类基因组计划是测定人类基因组的全部DNA序列，从而破译所有遗传密码，揭示生命的奥秘，是系统、全面地解读和研究人类遗传物质DNA的全球合作计划。,1990,年,10,月，国际人类基因组计划正式启动，将用,15,年时间，投资,30,亿美元，完成,30亿对,碱基的测序，并对所有基因（,10,万个）进行绘图和排序。,全球人类基因组计划由美国、英国、日本、法国、德国和,中国,负责。,人类基因组计划与曼哈顿原子计划、阿波罗登月计划并称人类科学史上的三大工程。,“Whats Human Genome Project?”,“One base One dollar!”,-by a taxi driver,(and a,tax payer,),基因组计划万里长征第一步,三、基因工程,指DNA的体外重组,提取,或,合成,某种生物体的DNA,在体外切割、拼接并重新组合,再将重新组合的DNA分子引入受体细胞,使,重组,的DNA分子在受体细胞中得以,复制,与,表达,的技术.,转基因和杂交是完全不同的概念。杂交只能在,同类,之间发生，如圆皮豌豆和皱皮豌豆的杂交。而转基因则可以提取,不同种类,植物甚至动物的基因，将其移植到植物上。,核酸内切酶、连接酶和载体的发现,内切酶DNA分子的“手术刀”,连接酶DNA片段的“缝衣针”,载 体DNA转移的“交通工具”,核心技术：DNA重组技术,1.转基因植物,转荧光素基因烟草,带有萤火虫荧光素酶基因,的烟草植株（经过含有,荧光素的水处理后，照片,经过24小时暴光！）。,转抗虫基因植物,制备抗虫转基因植物的过程,制备抗虫转基因植物的过程,2.转基因动物,转基因小鼠,转基因动物的一般制备过程,转基因动物的一般制备过程,转基因鱼,3.基因工程制药,利用微生物、动物、植物作为“生物工厂”生产一些药物多肽和疫苗。,例如：原来一种生长激素只能从动物脑中提取，5毫克的量需要从50万只羊的脑中才能得到，而用基因工程方法，只需要9升的细菌培养液。,4.基因武器与基因兴奋剂,基因武器指针对某一特定人种的基因组进行基因设计改造的新型病毒，具有隐蔽性强、作用长久、危害极大、极难治疗和预防等特点。,转基因动物兵,转基因战士,运动场上的“超人”,杞人忧天？,5.基因诊断与基因治疗,DNA探针、PCR技术、基因芯片,“好基因”和“坏基因”,基因优生与基因歧视,基因改造人类？,6.转基因食品,（1）名词解释,：,为了提高产量、增加营养、抗病、抗旱、抗虫等目的，人为地给一种作物或家畜植入某些外来遗传基因。这种基因改造的食品英文称之为GM Food，即Genetically Modified Food,（2）、转基因作物的概况,转基因作物种植地区：2000年有13个国家种植，主要集中在北美、南美和澳洲。,种植面积：全球转基因作物的种植总面积为4420万公顷、种植大国美国、阿根廷、加拿大、澳大利亚的种植面积占全球总面积的99，其中美国68、阿根廷23、加拿大7、澳大利亚1，余下的1为墨西哥、西班牙、法国和南非等国家,品种分布：大豆约占58，玉米约占23，棉花约占12，油菜籽约占6，其它为1,我国是最早开展转基因作物研究的国家之一。,正在进行中间实验的转基因作物48种，涉及作物11种，其中水稻、小麦、玉米、西红柿、白菜、甜瓜、香木瓜、花生和广藿香等为转基因 食品植物,正在进行环境释放试验的转基因作物49种，其中水稻、玉米、大豆、马铃薯、西红柿、甜椒和线辣椒为转基因食品植物,我国转基因作物的概况：,（3）转基因食品的安全性,环境安全,转基因作物演变成农田杂草的可能性,基因漂流到近缘野生种的可能性,对生物类群的影响,食用安全,对终产物（已知或未知的终产物）的影响,转移的基因结构的稳定性,基因插入受体基因组的位置,载体的选择以及使用具有抗生素耐药性的,选择性标识基因是否会对人产生影响,引起机体过敏等（大豆蛋白）,(4).转基因食品对人体可能产生的危害,A.标记基因的传递：,一种情况是，转基因作物中的抗生素抗性标记基因可能通过转基因食品传递给人,(,畜,),肠道的微生物，并在其中表达，获得抗药性，这就可能影响口服抗生素的药效，对健康造成危害；,另一种情况是，转基因食品中的标记基因可能传递给人肠道正常微生物，影响肠道微生态环境，通过菌群影响胃肠道正常消化功能。,B.,导致食品过敏症：,目的基因编码的蛋白有时会导致过敏，如果将此目的基因转入到食品中，就会使该转基因食品对人可能有致敏性，从细菌提取目的基因，或从致敏食品提取的目的基因，往往具有致敏性。,C.,干扰体内代谢：新的基因产物可能对机体物质代谢产生干扰作用。,D.,目的基因编码一种蛋白酶活性抑制剂，可抑制胃肠消化功能。,E.,抗虫转基因食品中，目的基因编码的抗昆虫毒素，可能对人体产生危害。,F.,抗除草剂的转基因食品，可能因除草剂的用量增大，而在食品中的残留量增加。,四、克隆技术进展,1.什么是克隆？,克隆，是Clone的译音，意为无性繁殖，克隆技术即无性繁殖技术。英国罗斯林研究所试验成功的克隆羊多利，是首次利用体细胞克隆成功的，它在生物工程史上揭开了新的一页。,我是多利，我可是克隆技术的首脑人物哦,我是多利，我可是克隆技术的首脑人物哦,多利,克隆羊多利于1996年7月5日出生，2003年2月14日死亡。,多利羊的科学意义是什么？,以往我们都认为，生命的过程，就是从卵子受精开始，发育成一个完整的生命体，直到死亡，是一个基因有次序表达的过程，开始有部分基因工作，以后这些基因又启动别的基因工作，启动顺序在前的基因工作一段时间会停止。就像计算机软件一样，基因的开启、表达是有序的，这个过程是不可逆转的。也就是说，体细胞的分化一旦完成，必然走向死亡，只有一些低等动物是例外。例如，皮肤细胞不可能再发育成其它细胞，只能走向死亡。但是采用细胞核移植技术也就是克隆技术，可以使这一生命过程逆转。例如把皮肤细胞的细胞核移植到去核的卵细胞里，生命过程可以重新开始，可以发育成各种各样的细胞。这就打破了生物学界长期以来的定论。如果我们把生命过程比作计算机程序，原来这一程序是固定的，不能重新编程（reprogram）；,多利羊的意义在于它表明生命过程是可以重新编程的。,2、克隆技术进展,1957年克隆技术精细到以单个基因复制为单位，科学家将某种特定基因单个分离出来，将它与某有机体(最初是一种酵母)结合，有机体将新基因融入自己的DNA结构后再繁殖，产生出理想基因的复制品,。,1978年英国第一个试管婴儿诞生,1996年英国克隆绵羊多利问世,1998年美国实现克隆批量化,2000年人类近亲猴子在美国被克隆,2004年英国颁发世界第一个克隆人类胚胎执照,2007年首只人兽混种羊在美国问世含15%人类细胞，旨在能在羊体内种出病人需要的各种可移植器官,2007.9.5.英国人工受精与胚胎学管理局原则上批准实验室培养人兽混合胚胎,世界上首例克隆马“普罗梅泰亚”在意大利出生。后面是它的“母亲兼姐姐”。,美国研究人员成功克隆出世界上第一头骡子。,2002年美国第一头克隆牛“艾米”产下牛犊喜作妈咪,含人乳基因克隆牛诞在河北诞生,巴西第一头克隆牛,第一只克隆猫cc诞生,第一只克隆猴,克隆人类？,支持者认为,1“不让我们克隆人，就是不让我们修正我们的错误，人类历史难道能够这样构造吗？”纽约时报书评,2“当然应该克隆人，如果谁第一个掌握了这个技术，他就是我真正的、也是唯一的竞争对手。”比尔盖茨,3“克隆人绝对是科学上了不起的进步，克隆技术必将创造世纪的辉煌。”麻省理工学院生命工程教授约翰布洛克,4“人体商业化是人类经济活动中无与伦比的成就，毫无疑问，克隆技术的出现将为世人创造一个最为广泛和深远的市场。”英国经济学家杂志。,反对者认为,1克隆技术现在还不成熟，克隆人可能有很多先天性生理缺陷。,2克隆人的身份难以认定，他们与被克隆者之间的关系无法纳入现有的伦理体系。,3克隆技术有可能被滥用，成为恐怖分子的工具。,4从生物多样性上来说，大量基因结构完全相同的克隆人，可能诱发新型疾病的广泛传播，对人类的生存不利。,从科学的意义上来说，克隆人试验迟早会有人做。但从社会伦理学角度来说，克隆人的试验应该尽早制止。克隆人能称得上是真正意义上的人吗？它虽然具有生命，但它缺少普通人所特有的社会背景和社会价值,社会伦理因此会受到冲击。,如此随便地制造一个生命,从人的社会意义和伦理角度来说,人的尊严和社会价值就无从谈起了。,讨论：,如果克隆人的技术成立,其实也就是人类增加了一种辅助生殖手段而已,可以为不孕患者提供新的选择,与试管婴儿相似.试管婴儿是用第三人的精子，经体外受精后,再将受精卵子植入体内.而克隆人只是将体细胞与卵子在体外结合,其余过程都与试管婴儿相似.我们能接受试管婴儿,是不是也应该能接受克隆婴儿？人们能接受他人的精子,为什么不能接受自己的体细胞？,现在的生物技术够可怕了,光说精子库,如果不慎就可能导致同一个父亲有成百上千个孩子,可是它发生了吗？很少吧。是否能随便克隆人,不是克隆技术本身的问题,而是社会问题。这可以采用法律,法规和伦理道德来规范,而与克隆技术本身无关。,