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1、第一节基因与基因工程第1页，共71页，编辑于2022年，星期二1.1.核酸的元素组成核酸的元素组成C、H、O、N、P（910%）与蛋白质比较，其组成上有与蛋白质比较，其组成上有两个特点两个特点:一般一般不不含元素硫含元素硫(S)P元素的含量较多并且恒定元素的含量较多并且恒定(约占约占9-10%)一、核酸一、核酸（DNA、RNA）第2页，共71页，编辑于2022年，星期二碱基：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)2.2.核酸的分子组成核酸的分子组成第3页，共71页，编辑于2022年，星期
2、二3、核酸的分类：根据核酸中所含根据核酸中所含戊糖戊糖的不同分为的不同分为:核糖核酸（核糖核酸（RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸(DNA)。第4页，共71页，编辑于2022年，星期二DNARNA嘌呤碱嘌呤碱腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤嘧啶碱嘧啶碱胞嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶胞嘧啶尿嘧啶尿嘧啶戊糖戊糖D-2-脱氧核糖脱氧核糖D-核糖核糖酸酸磷酸磷酸磷酸磷酸两类核酸的基本化学组成两类核酸的基本化学组成AGCTAGCU第5页，共71页，编辑于2022年，星期二嘌呤嘌呤(purine)腺嘌呤腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine,G)第6页，共71页，编辑于
3、2022年，星期二嘧啶嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine,T)第7页，共71页，编辑于2022年，星期二D-核糖和核糖和D-2-脱氧核糖脱氧核糖第8页，共71页，编辑于2022年，星期二（1）核酸的一级结构）核酸的一级结构4.4.核酸的结构核酸的结构第9页，共71页，编辑于2022年，星期二1953年年，Watson 和和Crick提提出出了了B型型DNA双螺旋结构模型。双螺旋结构模型。1953年年，Watson 和和Crick提提出出了了B型型DNA双螺旋结构模型。双螺旋结构模型。第10页，共71页
4、，编辑于2022年，星期二第11页，共71页，编辑于2022年，星期二（2）核酸的二级结构）核酸的二级结构 DNA分子的双螺旋结构分子的双螺旋结构第12页，共71页，编辑于2022年，星期二生物体遗传生物体遗传信息的携带者信息的携带者生物体遗传生物体遗传信息的传递者信息的传递者生命活动的生命活动的主要执行者主要执行者5.5.遗传信息传递的中心法则遗传信息传递的中心法则第13页，共71页，编辑于2022年，星期二 生命活动通过蛋白质来表现，遗传特征通过 DNARNA蛋白质蛋白质的过程进行传递，亦即遗传信息从DNA转录转录给RNA，再将遗传信息翻译翻译成执行不同生命功能的蛋白质，使后代表现出与亲代
5、相似的遗传性质，即基因表达基因表达。第14页，共71页，编辑于2022年，星期二 复制复制：以原来DNA分子为模板合 成其相同分子的过程 转录转录：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第15页，共71页，编辑于2022年，星期二二、基因与遗传信息二、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“
6、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。1.1.基因概念的诞生基因概念的诞生第16页，共71页，编辑于2022年，星期二2.基因在哪里基因在哪里?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。第17页，共71页，编辑于2022年，星期二染色体第18页，共71页，编辑于2022年，星期二染色体结构第19页，共71页，编辑于2022年，星期二染色体的
7、大小第20页，共71页，编辑于2022年，星期二人类23对染色体第21页，共71页，编辑于2022年，星期二3.3.基因是什么基因是什么?基因基因是具有遗传功能的单元，一个基因是是具有遗传功能的单元，一个基因是DNA片段片段中核苷酸碱基特定的序列，此序列载有某特定蛋白质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。的遗传信息。基因基因是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位，是有遗传效应的单位，是有遗传效应的DNA片段。片段。基因基因表达：遗传信息由表达：遗传信息由DNARNA蛋白质的表蛋白质的表达过程。达过程。第22页，共71页，编辑于
8、2022年，星期二4.4.人类基因组计划人类基因组计划 所谓人类基因组计划是测定人类基因组的全部所谓人类基因组计划是测定人类基因组的全部DNADNA序列，从而破译所有遗传密码，揭示生命的奥秘，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是系统、全面地解读和研究人类遗传物质DNADNA的全球的全球合作计划。合作计划。第23页，共71页，编辑于2022年，星期二 1990 1990年年1010月，国际人类基因组计划正式启动，月，国际人类基因组计划正式启动，将用将用1515年时间，投资年时间，投资3030亿美元，完成亿美元，完成3030亿对亿对碱基的碱基的测序，并
9、对所有基因（测序，并对所有基因（1010万个）进行绘图和排序。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、法全球人类基因组计划由美国、英国、日本、法国、德国和国、德国和中国中国负责。负责。人类基因组计划与曼哈顿原子计划、阿波罗登月计划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。并称人类科学史上的三大工程。第24页，共71页，编辑于2022年，星期二“Whats Human Genome Project?”“One base One dollar!”-by a taxi driver (and a tax payer)第25页，共71页，编辑于202
10、2年，星期二基因组计划万里长征第一步第26页，共71页，编辑于2022年，星期二三、基因工程指指DNADNA的体外重组的体外重组提取提取或合成合成某种生物体的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,使重组重组的DNA分子在受体细胞中得以复制复制与表达表达的技术.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不同种类植物甚至动物的基因，将其移植到植物上。第27页，共71页，编辑于2022年，星期二核酸内切酶、连接酶和载体的发现核酸内切酶、连接酶和载体的发现 内切酶内切酶DNADNA分子的分子的“手
11、术刀手术刀”连接酶连接酶DNADNA片段的片段的“缝衣针缝衣针”载载 体体DNADNA转移的转移的“交通工具交通工具”核心技术：核心技术：DNADNA重组技术重组技术第28页，共71页，编辑于2022年，星期二1.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！）。第29页，共71页，编辑于2022年，星期二转抗虫基因植物转抗虫基因植物第30页，共71页，编辑于2022年，星期二制制备备抗抗虫虫转转基基因因植植物物的的过过程程第31页，共71页，编辑于2022年，星期二制制备备抗抗虫虫转转基基因因植植物物的的过过程程第32页，共71页
12、，编辑于2022年，星期二2.转基因动物转基因小鼠转基因小鼠第33页，共71页，编辑于2022年，星期二转转基基因因动动物物的的一一般般制制备备过过程程第34页，共71页，编辑于2022年，星期二转转基基因因动动物物的的一一般般制制备备过过程程第35页，共71页，编辑于2022年，星期二转基因鱼转基因鱼第36页，共71页，编辑于2022年，星期二3.3.基因工程制药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。第37页，共71页，编辑于202
13、2年，星期二4.基因武器与基因兴奋剂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？第38页，共71页，编辑于2022年，星期二5.5.基因诊断与基因治疗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？第39页，共71页，编辑于2022年，星期二6.6.转基因食品转基因食品（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
14、称之为GM Food，即Genetically Modified Food第40页，共71页，编辑于2022年，星期二（2 2）、转基因作物的概况）、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第41页，共71页，编辑于2022年，星期二 我国是最早开展转基因作物
15、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：我国转基因作物的概况：第42页，共71页，编辑于2022年，星期二（3）转基因食品的安全性第43页，共71页，编辑于2022年，星期二 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 第44页，共71页，编辑于2022年，星期二食用安全 对终产物（已知或未知的终产物）的影响
16、 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）第45页，共71页，编辑于2022年，星期二(4).(4).转基因食品对人体可能产生的危害转基因食品对人体可能产生的危害A.A.标记基因的传递：标记基因的传递：一一种种情情况况是是，转转基基因因作作物物中中的的抗抗生生素素抗抗性性标标记记基基因因可可能能通通过过转转基基因因食食品品传传递递给给人人(畜畜)肠肠道道的的微微生生物物，并并在在其其中中表表达达，获获得得抗抗药药性性，这这就就可可能能影影响响口口服服抗抗生生素素的的药药效效，对健康造成危
17、害；对健康造成危害；另另一一种种情情况况是是，转转基基因因食食品品中中的的标标记记基基因因可可能能传传递递给给人人肠肠道道正正常常微微生生物物，影影响响肠肠道道微微生生态态环环境境，通通过过菌菌群群影影响胃肠道正常消化功能。响胃肠道正常消化功能。第46页，共71页，编辑于2022年，星期二B.导致食品过敏症：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。第47页，共71页，编辑于2022年，星期二 C.C.干干扰扰体体内内代代谢谢：新新的的基基因因产产物物可可能
18、能对对机机体体物物质质代代谢产生干扰作用。谢产生干扰作用。D.D.目目的的基基因因编编码码一一种种蛋蛋白白酶酶活活性性抑抑制制剂剂，可可抑抑制制胃胃肠消化功能。肠消化功能。E.E.抗抗虫虫转转基基因因食食品品中中，目目的的基基因因编编码码的的抗抗昆昆虫虫毒毒素素，可能对人体产生危害。可能对人体产生危害。F.F.抗除草剂的转基因食品，可能因除草剂的用量增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。大，而在食品中的残留量增加。第48页，共71页，编辑于2022年，星期二四、克隆技术进展四、克隆技术进展第49页，共71页，编辑于2022年，星期二1.什么是克隆？克隆，是Cl
19、one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。第50页，共71页，编辑于2022年，星期二我是多利，我我是多利，我可是克隆技术可是克隆技术的首脑人物哦的首脑人物哦第51页，共71页，编辑于2022年，星期二我是多利，我我是多利，我可是克隆技术可是克隆技术的首脑人物哦的首脑人物哦第52页，共71页，编辑于2022年，星期二多利多利第53页，共71页，编辑于2022年，星期二第54页，共71页，编辑于2022年，星期二克隆羊多利于克隆羊多利于19961996年年7 7月月5 5日出生，日出生，2
20、0032003年年2 2月月1414日死亡。日死亡。第55页，共71页，编辑于2022年，星期二 多利羊的科学意义是什么？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
21、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。第56页，共71页，编辑于2022年，星期二2 2、克隆技术进展克隆技术进展19571957年年克克隆隆技技术术精精细细到到以以单单个个基基因因复复制制为为单单位位，科科学学家家将将某某种种特特定定基基因因单单个个分分离离出出来来，将将它它与与某某有有机机体体(最最初初是是一一种种酵酵母母)结结合合，有有机机体体将将新新基基因因融融入
22、入自自己己的的DNADNA结结构构后后再再繁繁殖殖，产产生生出出理理想想基基因因的复制品的复制品。19781978年英国第一个试管婴儿诞生年英国第一个试管婴儿诞生19961996年英国克隆绵羊多利问世年英国克隆绵羊多利问世第57页，共71页，编辑于2022年，星期二 19981998年美国实现克隆批量化年美国实现克隆批量化 20002000年人类近亲猴子在美国被克隆年人类近亲猴子在美国被克隆 20042004年英国颁发世界第一个克隆人类胚胎执照年英国颁发世界第一个克隆人类胚胎执照 20072007年首只人兽混种羊在美国问世含年首只人兽混种羊在美国问世含15%15%人类细胞，人类细胞，旨在能在羊
23、体内旨在能在羊体内种种出病人需要的各种可移植器官出病人需要的各种可移植器官 2007.9.5.2007.9.5.英国人工受精与胚胎学管理局原则上批准实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验室培养人兽混合胚胎第58页，共71页，编辑于2022年，星期二世界上首例克隆马世界上首例克隆马“普罗梅泰亚普罗梅泰亚”在意大利出生。后面是它的在意大利出生。后面是它的“母母亲兼姐姐亲兼姐姐”。第59页，共71页，编辑于2022年，星期二美国研究人员成功克隆出世界上第一美国研究人员成功克隆出世界上第一头骡子。头骡子。第60页，共71页，编辑于2022年，星期二 20022002年年美国第美
24、国第一头克一头克隆牛隆牛“艾米艾米”产下牛产下牛犊喜作犊喜作妈咪妈咪第61页，共71页，编辑于2022年，星期二含人乳基因克隆牛诞在河北诞生含人乳基因克隆牛诞在河北诞生第62页，共71页，编辑于2022年，星期二巴西第一头克隆牛巴西第一头克隆牛第63页，共71页，编辑于2022年，星期二第第一一只只克克隆隆猫猫cccc诞诞生生第64页，共71页，编辑于2022年，星期二第第一一只只克克隆隆猴猴第65页，共71页，编辑于2022年，星期二克隆人类？克隆人类？第66页，共71页，编辑于2022年，星期二支持者认为1 1“不不让让我我们们克克隆隆人人，就就是是不不让让我我们们修修正正我我们们的的错错
25、误误，人人类类历历史史难难道道能能够这样构造吗？够这样构造吗？”纽约时报书评纽约时报书评2 2“当当然然应应该该克克隆隆人人，如如果果谁谁第第一一个个掌掌握握了了这这个个技技术术，他他就是我真正的、也是唯一的竞争对手。就是我真正的、也是唯一的竞争对手。”比尔比尔盖茨盖茨3 3“克克隆隆人人绝绝对对是是科科学学上上了了不不起起的的进进步步，克克隆隆技技术术必必将将创创造造世世纪纪的的辉辉煌煌。”麻麻省省理理工工学学院院生生命命工工程程教教授授约约翰翰布布洛克洛克4 4“人人体体商商业业化化是是人人类类经经济济活活动动中中无无与与伦伦比比的的成成就就，毫毫无无疑疑问问，克克隆隆技技术术的的出出现现
26、将将为为世世人人创创造造一一个个最最为为广广泛泛和和深深远远的的市市场场。”英英国国经经济学家杂志。济学家杂志。第67页，共71页，编辑于2022年，星期二反对者认为1 1克克隆隆技技术术现现在在还还不不成成熟熟，克克隆隆人人可可能能有有很很多多先先天天性生理缺陷。性生理缺陷。2 2克克隆隆人人的的身身份份难难以以认认定定，他他们们与与被被克克隆隆者者之之间间的的关关系系无无法纳入现有的伦理体系。法纳入现有的伦理体系。3 3克隆技术有可能被滥用，成为恐怖分子的工具。克隆技术有可能被滥用，成为恐怖分子的工具。4 4从从生生物物多多样样性性上上来来说说，大大量量基基因因结结构构完完全全相相同同的的
27、克克隆隆人人，可可能能诱诱发发新新型型疾疾病病的的广广泛泛传传播播，对对人人类类的的生生存存不利。不利。第68页，共71页，编辑于2022年，星期二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：讨论：第69页，共71页，编辑于2022年，星期二 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？第70页，共71页，编辑于2022年，星期二 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。第71页，共71页，编辑于2022年，星期二