第三章環(huán)境污染治理基因工程技術(shù).

1、細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立與發(fā)展1858年1839年1665年1665年，英國(guó)科學(xué)家胡克用自己設(shè)計(jì)與制造的的簡(jiǎn)易顯微鏡觀察標(biāo)樹(shù)軟木塞切片時(shí)，發(fā)現(xiàn)其中有許多小室， 他把這些小室稱為細(xì)胞，實(shí)際上胡克當(dāng)時(shí)看到的是細(xì)胞壁。這是人類發(fā)現(xiàn) 細(xì)胞的第一步。1674年荷蘭學(xué)者用設(shè)計(jì)較好的顯微鏡觀察了許多動(dòng)植物的活細(xì)胞和原生動(dòng)物，在觀察魚(yú)的紅細(xì)胞時(shí)描述了細(xì) 胞核的結(jié)構(gòu)。1838年，德國(guó)植物學(xué)家施萊登使用分辨率達(dá)lpm的顯微鏡，觀察了大量的植物組織后提出：“植物，不論發(fā) 展到多么高級(jí)，都是由充分個(gè)體化的、各自獨(dú)立的、分離的物體組成的聚合 物，這些物體就是細(xì)胞。"1839年，德國(guó)動(dòng)物學(xué)家施旺通過(guò)對(duì) 魚(yú).蛙、豬、等多種

2、多細(xì)胞的系統(tǒng)觀察 后提出："細(xì)血是有機(jī)體，整個(gè)動(dòng)物和植物都是細(xì)胞的集合體,它們依照一定的規(guī)律排列在動(dòng)植物體內(nèi)。”1858年，德國(guó)醫(yī)生和病理學(xué)家魏爾肖扌旨出：細(xì)胞只能來(lái)自細(xì)胞，細(xì)胞是 一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的生命活動(dòng)的基本單位。 這被認(rèn)為是對(duì)細(xì)胞學(xué)說(shuō)的重要補(bǔ)充。1861年，舒爾茨提出了原生質(zhì)理論，認(rèn)一為有機(jī)體的組織單位是一小團(tuán)原生質(zhì)，這種物質(zhì)在一般有機(jī)體中是相似的。1883年，Ven Beneden發(fā)現(xiàn)動(dòng)物細(xì)胞的 減數(shù)分裂。隨著顯微鏡原理和裝置的重大發(fā) 展，各種細(xì)胞器被相繼發(fā)現(xiàn)。此后，實(shí)驗(yàn)細(xì)胞學(xué)和細(xì)胞學(xué)的分支等得 到了快速發(fā)展。顯微鏡的發(fā)明列文虎克自制的顯微鏡(300X)發(fā)現(xiàn)的各種細(xì)胞雨水中的微

3、生物普通光學(xué)顯微鏡的構(gòu)造xx聚光器反光鏡鏡座粗準(zhǔn)焦螺旋鏡筒細(xì)準(zhǔn)焦螺旋轉(zhuǎn)換器物鏡電子顯微鏡的發(fā)明高電壓下電子流波長(zhǎng)很短(10 0000 X)盧新卡 (Ernst Ruska)量早的電子顯微鏡x電子顯微鏡下的蚊子x常用的電子顯微鏡透射電子顯微鏡常用的電子顯微鏡常用的電子顯微鏡常用的電子顯微鏡常用的電子顯微鏡常用的電子顯微鏡掃描電子顯微鏡常用的電子顯微鏡常用的電子顯微鏡大腸桿菌其他顯微鏡其他顯微鏡3）相差顯微鏡草履蟲(chóng)相差顯微圖肉毒梭苗相差顯微圖其他顯微鏡4）暗野顯微鏡bgHDarfc-feU stop梅毒螺旋體昭視野顯微圖原理圖團(tuán)藻和水綿暗視野顯微圖原理可觀察到的范圍生物體的曰官組織結(jié)構(gòu) 或生物細(xì)胞

4、的內(nèi)部構(gòu)造透射電子顯澈鎮(zhèn)電子孑透薄切片.然后經(jīng)電磁 鏡”放大細(xì)胞內(nèi)部的超微結(jié)構(gòu)掃描電子顯做偵電子射到樣品衰面發(fā)射出更多的二 次電子.放大樣品的表茴老態(tài)熒先見(jiàn)微鏡落射式光瀕通過(guò)愉鏡投射于樣品上. 經(jīng)縈外錢(qián)照射發(fā)出熒光細(xì)胞中的集整物質(zhì) （葉綠素、敬等）裁光共聚焦掃描捱橄 鏡用2ft光作掃描光源.逐點(diǎn)、超行、 逐面快速掃描成像,掃描的激光與熒光牧 集共用一個(gè)物鎮(zhèn).物錢(qián)的殊點(diǎn)即掃描激光的 點(diǎn)觀察納胞形態(tài)2.細(xì)胞內(nèi)生化成分的定分 析.光密度統(tǒng)計(jì)以及細(xì)購(gòu)形態(tài)的 測(cè)相差顯微鏡把透過(guò)標(biāo)*的可見(jiàn)光的光程菱變成 娠幅差，從而各種結(jié)構(gòu)問(wèn)的對(duì)比度， 使各種結(jié)構(gòu)變得満晰可見(jiàn)未經(jīng)集色的標(biāo)本和話細(xì)胞暗視野顯滋鏡小至4遼OO

5、nM微粒子第四章環(huán)境污染治理基因工程技術(shù)4.1細(xì)胞學(xué)說(shuō)與分子生物學(xué)4.2細(xì)胞融合技術(shù)與環(huán)境污染治理4.3基因工程與環(huán)境污染治理4.4基因工程技術(shù)的安全性問(wèn)題4.1細(xì)胞學(xué)說(shuō)與分子生物學(xué) 4.1.2遺傳的分子基礎(chǔ)wswnncc.2噬茵體侵染細(xì)茵的實(shí)驗(yàn)（噬筋體的DNA在遣傳中起遺傳 物質(zhì)作用D、A是遺傳物質(zhì)）4.1細(xì)胞學(xué)說(shuō)與分子生物學(xué) 4.1.2遺傳的分子基礎(chǔ)1.遺傳學(xué)說(shuō)的3大理論發(fā)現(xiàn)（2） 2（唯紀(jì)50年代證明了 DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)A=T G = C由一條鏈的順序可決定另一條鏈的順序4.1細(xì)胞學(xué)說(shuō)與分子生物學(xué) 4.1.2遺傳的分子基礎(chǔ)1.遺傳學(xué)說(shuō)的3大理論發(fā)現(xiàn)(3) 20*紀(jì)6()年代確定了遺傳信

6、息的傳遞方式乳衲按縱了楔塑翻譯一" O RNA聚合朋無(wú)法結(jié)合門(mén)動(dòng)子DNA轉(zhuǎn)$ I阻遏物活化胡遏物調(diào)節(jié)BY乳糖普運(yùn)轉(zhuǎn)§ I U轉(zhuǎn)乙. 啟動(dòng)子撮縱七.結(jié)汕因RNA聚含陽(yáng)厶RNA聚侖曲酬結(jié)合川遜，解別物譯紺溝基阿遺傳信息以密 碼方式傳遞， 毎3個(gè)核昔酸 組成1個(gè)密碼 子，代表1個(gè) 氨基酸。4.1細(xì)胞學(xué)說(shuō)與分子生物學(xué)J 4.1.2遺傳的分子基礎(chǔ)1.遺傳學(xué)說(shuō)的3大理論發(fā)現(xiàn)(3) 20*紀(jì)60年代確定了遺傳信息的傳遞方式NA（基白質(zhì)(性狀)是：轉(zhuǎn)錄是：翻譯是：DNA復(fù)制是：逆轉(zhuǎn)錄 4.1.2遺傳的分子基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄(transcription)是以DNA中的_條單鏈為模板， 游離城基為原料，

7、在DNA依賴的RNA聚合酶催化下 合成RNA鏈的過(guò)程.mRNA, (RNA,RNAmRNA:攜帶遺傳信息，在銀白質(zhì)合成時(shí)充當(dāng)模板的RNAtRNA:是具有攜帶并轉(zhuǎn)運(yùn)氨基駿功能的一類小分子核糖核酸。一種IRNA只能攜帶一種氨基酸.但一種2酸可枝不止一種tRA4g帯rRNA:與蠱白質(zhì)結(jié)合而形成核糖體，是mRNA的支架，使mRNA 分子在其上展開(kāi)，實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)的合成4.1細(xì)胞學(xué)說(shuō)與分子生物學(xué) 4.1.2遺傳的分子基礎(chǔ)翻譯：以m RNA為模板以tRNA為運(yùn)載氨基酸工具，合成 有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過(guò)程逆轉(zhuǎn)錄:以RNA為模板合成DNA的過(guò)程，是R7A病毒 的復(fù)制形式，需逆轉(zhuǎn)錄酶的催化.其過(guò)程先以RNA為

8、 模板，合成RNVDNA雜化雙鏈'然后水解RNA鏈，再 以剩下的DNA單鏈為模板合成DN A雙鏈4.1細(xì)胞學(xué)說(shuō)與分子生物學(xué)2. DNA的分子結(jié)構(gòu) 4.1.2遺傳的分子基礎(chǔ)富蘭克林192U年生于倫敦，15歲就 立志要當(dāng)科學(xué)家，但父親并不支持她 這樣做.她早年畢業(yè)于劍橋大學(xué)，專 業(yè)是物理化學(xué).1945年，當(dāng)獲得博士 學(xué)位之后，她前往法國(guó)學(xué)習(xí)X射線衍 射技術(shù).她深受法國(guó)同審的喜愛(ài)，有 人評(píng)價(jià)她“從來(lái)沒(méi)有見(jiàn)到法語(yǔ)講的 這么好的外國(guó)人”1951年，她回到 英國(guó)，在倫敦大學(xué)國(guó)王學(xué)院取得了一 個(gè)職位.在那時(shí)候，人們已經(jīng)知道了脫氧核糖核酸（DNA）可 能是遺傳物質(zhì)，但是對(duì)于DNA的結(jié)構(gòu)，以及它如何在

9、生命活動(dòng)中發(fā)揮作用的機(jī)制還不甚了解.就在這時(shí)，富蘭克林加入了研究DNA結(jié)構(gòu)的行列 在相當(dāng)不友善的環(huán)境下.她負(fù)責(zé)起實(shí)驗(yàn)室的DNA項(xiàng)目 時(shí)，有好幾個(gè)月沒(méi)有人千活.同事威爾金斯不喜歡她 進(jìn)入自己的研究領(lǐng)城，但他在研究上卻又離不開(kāi)她. 他把她看作搞技術(shù)的副手，她卻認(rèn)為自己與他地位同 等，兩人的私交惡劣到幾乎不講話.在那時(shí)的科學(xué)界, 對(duì)女科學(xué)家的歧視處處存在，女性甚至不被準(zhǔn)許在大 學(xué)的高級(jí)休息室里用午餐.她們無(wú)形中被排除在科學(xué) 家間的聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)之外，而這種聯(lián)系對(duì)了解新的研究動(dòng) 態(tài)、交換新理念、觸發(fā)靈感極為重要.富蘭克林在法國(guó)學(xué)習(xí)的X射線衍射技術(shù)在研究中 派上了用場(chǎng)。X射線是波長(zhǎng)非常短的電磁波.醫(yī)生通 常用

10、它來(lái)透視，而物理學(xué)家用它來(lái)分析晶體的結(jié)構(gòu). 當(dāng)X射線穿過(guò)晶體之后，會(huì)形成衍射圖 一種特 定的明暗交替的圖形.不同的晶體產(chǎn)生不同的衍射圖富蘭克林拍攝的DNA晶體的 X射線衍射照片，這張照片 正是發(fā)現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵樣，仔細(xì)分析這種圖形人們就 能知道組成晶體的原子是如何 排列的.富蘭克林精于此道， 她成功的拍攝了 DNA晶體的X 射線衍射照片.此時(shí)，沃森和克里克也在劍橋大學(xué)進(jìn)行DNA結(jié)構(gòu)的研 究，成爾金斷在富蘭克林不知情的愴況下給他們看了那張 照片.根據(jù)照片，他們很快就領(lǐng)悟到了DNA的結(jié)構(gòu) 現(xiàn)在已經(jīng)成為了一個(gè)眾所周知的事實(shí)兩條以磷酸為骨 架的鏈相互纏繞形成了雙螺旋結(jié)構(gòu)，氫険把它們連結(jié)在一 起.當(dāng)沃

11、森等人的論文發(fā)表的時(shí)候，富蘭克林已經(jīng)離開(kāi)了 國(guó)王學(xué)院，威爾金斯似乎很慶幸這個(gè)不討他喜歡的伙伴的 離去.然而富蘭克林的貢獻(xiàn)是毋腐置疑的：她分辨出了 DNA的兩種構(gòu)型，并成功的拍攝了它的X射線衍射照片。 沃森和克里克未經(jīng)她的許可使用了這張照片，但她不以為 忤，反而為他們的發(fā)現(xiàn)感到高興，還在自然雜志上發(fā) 表了一篇證實(shí)DNA雙舞旋結(jié)構(gòu)的文章.這個(gè)故事的結(jié)局有些傷感.當(dāng)1962年沃森、克里克 和威爾金斯獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的時(shí)候，富蘭克 林已經(jīng)在4年前因?yàn)槁殉舶┒ナ?。按照慣例，諾貝爾獎(jiǎng) 不授予已經(jīng)去世的人.此外，同一獎(jiǎng)項(xiàng)至多只能由3個(gè)人 分享，假如富蘭克林活著，她會(huì)得獎(jiǎng)嗎？性別差異是否 會(huì)成為公平

12、競(jìng)爭(zhēng)的障礙？后人為了這個(gè)永遠(yuǎn)不能有答案 的問(wèn)題進(jìn)行過(guò)許多猜測(cè)與爭(zhēng)論.今天，科技界對(duì)當(dāng)蘭克 林的工作給予很高評(píng)價(jià)，對(duì)威爾金斯是否有資格分享發(fā) 現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的殊榮存在很大爭(zhēng)論.與沒(méi)有茯得諾貝爾獎(jiǎng)相比，富蘭克林的 早逝更加令人惋惜。她是一位才華橫溢 的女科學(xué)家，然而知道她和她的貢扶的 人寥寥無(wú)幾.沃森在雙螺旋一書(shū)中 甚至公開(kāi)詆毀富蘭克林的形象與功績(jī)， 歪曲她與威爾金斯之間的恩怨。許多關(guān) 于雙螺旋的書(shū)籍和文章根本不提及富蘭 克林，盡管克里克在很多年后承認(rèn)“她 離真相已經(jīng)只有兩步”她是這傾斜的 世界中女科學(xué)家命運(yùn)的代表.聲譽(yù)逐漸得到公認(rèn)去年2月，英國(guó)為了紀(jì)念她對(duì)發(fā)現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)的貢扶而設(shè)立- 了一個(gè)

13、獎(jiǎng)?wù)?據(jù)報(bào)道，英國(guó)貿(mào)易與工業(yè)大臣帕特里廈休伊特 在一次關(guān)于女性與科研工作的講話中說(shuō)，她將通過(guò)英國(guó)皇家 學(xué)會(huì)設(shè)立“富蘭克林獎(jiǎng)?wù)隆?，?jiǎng)勵(lì)像羅莎琳德富蘭克林那樣 在科研領(lǐng)域做出重大創(chuàng)新的科學(xué)家.這一獎(jiǎng)項(xiàng)每年評(píng)選一次， 獲獎(jiǎng)?wù)呖梢缘玫?萬(wàn)英鎊的獎(jiǎng)金.休伊特說(shuō)，男性和女性科學(xué) 家都可以角逐富蘭克林獎(jiǎng)?wù)拢Ｍ摢?jiǎng)項(xiàng)能夠重點(diǎn)起到 提升女性在科研領(lǐng)域的形象的作用.歷史上對(duì)于女科學(xué)家的歧視并不僅有這一個(gè)例子.1967 年，蘇珊貝爾和她在劍橋大學(xué)的導(dǎo)師休伊什共同發(fā)現(xiàn)了脈沖 星，但是1974年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)只發(fā)給了休伊什.迄今只 有10位女性獲得了科學(xué)方面的諾貝爾獎(jiǎng)，科學(xué)界對(duì)女科學(xué)家 的歧視依然存在，種種社會(huì)

14、原因使許多有科學(xué)才能的女性缺 少發(fā)揮其專長(zhǎng)的機(jī)會(huì).4.1細(xì)胞學(xué)說(shuō)與分子生物學(xué) 4.1.2遺傳的分子基礎(chǔ)2. DNA的分子結(jié)構(gòu)DNA的結(jié)構(gòu)層次(1 )組成元素：C. H、O. N. P(2)基本單位：脫氧核昔酸磷酸含疑堿基脫氧核糖腺嗓吟鳥(niǎo)嚓吟胞I®呢(A)(G)(C)I胸腺喀陀(T) 4.1.2遺傳的分子基礎(chǔ)2. DNA的分子結(jié)構(gòu)入A、G C、一14.1細(xì)胞學(xué)說(shuō)與分子生物學(xué) 4.1.2遺傳的分子基礎(chǔ)2. DNA的分子結(jié)構(gòu)問(wèn)題：DNA分子的空間結(jié)構(gòu)有 哪些特點(diǎn)呢？沃森和克里克認(rèn)為：DNA分子 的空間結(jié)構(gòu)是規(guī)則的雙螺旋結(jié) 構(gòu).DNA分子的結(jié)構(gòu)模式圖 4A.2遺傳的分子基礎(chǔ)2. DNA的分子

15、結(jié)構(gòu)A4.1細(xì)胞學(xué)說(shuō)與分子生物學(xué) 4.1.2遺傳的分子基礎(chǔ)2. DNA的分子結(jié)構(gòu)DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)：(1 ) DNA分子是由兩條鏈組成的，這兩條鏈按反向平行方式 盤(pán)旋成雙螺旋結(jié)構(gòu).(2 ) DNA分子中的脫氧核糖和確酸交替連接，排列在外側(cè)， 構(gòu)成基本骨架；堿基排列在內(nèi)側(cè).(3)兩條鏈上的堿基通過(guò)氫鍵連接成堿基對(duì)，并且堿基配對(duì)有一定的規(guī)律：A定與T配對(duì)，G定與C配對(duì).減基之間的這種對(duì)應(yīng)的關(guān)系，叫做堿基互補(bǔ)配對(duì)原則.DNA今&轄枸的麥要特止:年DNA分子是有2條鏈組成,反向平行盤(pán)旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。* 脫氧核燒和確酸交替連接,排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨 架；堿基對(duì)排列在內(nèi)側(cè)。摘堿基通過(guò)

16、氫鍵 磁基互補(bǔ)配對(duì)連接成堿基對(duì)，并遵循則。你注意到了嗎？?jī)蓷l長(zhǎng)鏈上的脫 I氧核糖與磷酸交 /替排列的順序是 穩(wěn)定不變的。、長(zhǎng)鏈中的堿基對(duì) )的排列順序是千 變?nèi)f化的。3 基因的表達(dá)與調(diào)控基因gene具有一定遺傳效應(yīng)的UNA分子中的特定核昔酸序列稱為基因gene),是 遺傳物質(zhì)的最小功能單位?！被蚴沁z傳信息的功能單位.j基因表達(dá)就是將基因所攜帶的遺傳傳息釋放出來(lái)指導(dǎo)生物體性J 狀表達(dá)的過(guò)程.！I； 基因表達(dá)過(guò)程是十分復(fù)雜的，具有不同的形式和赭確的調(diào)控。；4.1細(xì)胞學(xué)說(shuō)與分子生物學(xué)3 基因的表達(dá)與調(diào)控基因 表達(dá)(gene expression )基因通過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯等過(guò)程形成具有特定功能的蛋白質(zhì)的

17、過(guò)程。在生物體內(nèi)，大部分遺傳性狀都是直接或間接通過(guò)蛋白質(zhì)表現(xiàn)出來(lái)的.DNA RNA - protein4.1細(xì)胞學(xué)說(shuō)與分子生物學(xué) 4.1.2遺傳的分子基礎(chǔ)3 基因的表達(dá)與調(diào)控-原核生物主要是在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控基因的表達(dá)關(guān)便是控制啟動(dòng)子與基因之間的操縱位點(diǎn)單細(xì)胞的原核生物對(duì)環(huán)境條件具有高度的適應(yīng)性，可以迅速 調(diào)節(jié)各種基因的表達(dá)水平，以適應(yīng)不斷變化的環(huán)境條件4.1細(xì)胞學(xué)說(shuō)與分子生物學(xué)4.1.2遺傳的分子基礎(chǔ)基因的表達(dá)與調(diào)控ill J lifeMI754karting mraidr * | K»»t r.廠真核生物有復(fù)雜的染色體結(jié)構(gòu)，基因組分散在多個(gè)染色體上 真核生物基因調(diào)控水平多

18、，層次多DNA水平上的調(diào)控，轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控，轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，翻譯水平上的調(diào)軌, 初譯后調(diào)控激素與基因調(diào)控基因調(diào)控易存在變異失靈現(xiàn)象，產(chǎn)生胚胎發(fā)育變異、癌變等4.1細(xì)胞學(xué)說(shuō)與分子生物學(xué) 4.1.2遺傳的分子基礎(chǔ)4 基因突變是產(chǎn)生遺傳變異的主矣原因之一.DNA序列的改變稱為突瓷.突變序列產(chǎn)生 后，可通過(guò)正常的1TNA復(fù)制和細(xì)胞分裂傳給子細(xì)胞.點(diǎn)突變：在個(gè)別心對(duì)上發(fā)生突變，通常只彭響個(gè)別基因.大突變：可能涉及扭個(gè)基因以致多個(gè)雇因的一長(zhǎng)段DNA序列的改變引起基因突變的物質(zhì)：物理誘變劑（各種射線）化學(xué)誘變劑（堿基類似物，嵌入劑，化學(xué)修飾劑）<>4.1細(xì)胞學(xué)說(shuō)與分子生物學(xué) 4.1.3 DNA重組技術(shù)按照人的意愿，在體外對(duì)DNA分子進(jìn)行重組，再將重組分子導(dǎo) 入受體細(xì)胞，使其在細(xì)胞中擴(kuò)增和繁殖，以獲得itDNA分子的 大量拷貝，表達(dá)相關(guān)基因的產(chǎn)物，是進(jìn)行基因功能研究的基本 方法.1.自然界生物的基因重組基因重組轉(zhuǎn)珠位點(diǎn)重組同源重組:兩個(gè)DNA分子之間交換同汲序列的重組方式. 非同源晝組：非同源DNA片段的交換或拼接. 4.1.3 DNA重組技術(shù)1.自然界生物的基因重組同源重組:兩個(gè)DNA分子之間交換同源序列的重組方式.同源重組過(guò)程包括兩個(gè)同源 DNA雙螺旋分子的聯(lián)會(huì)、交 又、