分子生物學(xué)論文

1、 貴州大學(xué)課程論文學(xué)院：貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院班級:植物生產(chǎn)類 113姓名：蒲云海學(xué)號：1109010171課程名稱:分子生物學(xué)課程論文題目:基因工程評閱成績：評閱意見：成績評定教師簽名： 日期： 年 月基因工程學(xué) 生：蒲云海（ 貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院植物生產(chǎn)類 113 班，學(xué)號蒲云海摘 要：基因作為機體內(nèi)的遺傳單位，不僅可以決定我們的相貌、高矮，而且它的異常會 不可避免地導(dǎo)致各種疾病的出現(xiàn)。 某些缺陷基因可能會遺傳給后代， 有些則不能。 基因治療 的提出最初是針對單基因缺陷的遺傳疾病， 目的在于有一個正常的基因來代替缺陷基因或者 來補救缺陷基因的致病因素。生物工程主要有基因工程、細胞工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程

2、和微生物工程等 5個部分。其中基因工程就是人們對生物基因進行改造，利用生物生產(chǎn)人們想要 的特殊產(chǎn)品。隨著DNA勺內(nèi)部結(jié)構(gòu)和遺傳機制的秘密一點一點呈現(xiàn)在人們眼前， 生物學(xué)家不再僅僅滿足于探索、 提示生物遺傳的秘密， 而是開始躍躍欲試， 設(shè)想 在分子的水平上去干預(yù)生物的遺傳特性。一. 分子生物學(xué)技術(shù)概述分子生物學(xué)是一門在分子水平上研究生命現(xiàn)象的科學(xué)。 通過研究生物大分子 （ 核酸、蛋白質(zhì) ）的結(jié)構(gòu)、功能和生物合成等方面來闡明各種生命現(xiàn)象的本質(zhì)。 研 究內(nèi)容包括各種生命過程。比如光合作用、發(fā)育的分子機制、神經(jīng)活動的機理、 癌的發(fā)生等。分子生物學(xué)從分子水平研究生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能從而闡明生命現(xiàn)象本

3、質(zhì)的科學(xué)。 自20世紀(jì) 50年代以來， 分子生物學(xué)是生物學(xué)的前沿與生長點， 其主 要研究領(lǐng)域包括蛋白質(zhì)體系、蛋白質(zhì) -核酸體系 （ 中心是分子遺傳學(xué) ）和蛋白質(zhì) - 脂質(zhì)體系（即生物膜）。生物大分子，特別是蛋白質(zhì)和核酸結(jié)構(gòu)功能的研究，是分子生物學(xué)的基礎(chǔ)。 現(xiàn)代化學(xué)和物理學(xué)理論、技術(shù)和方法的應(yīng)用推動了生物大分子結(jié)構(gòu)功能的研究， 從而出現(xiàn)了近 30 年來分子生物學(xué)的蓬勃發(fā)展。二基因工程基礎(chǔ)基因工程（genetic engineering ）又稱基因拼接技術(shù)和 DNA重組技術(shù)，是以 分子遺傳學(xué)為理論基礎(chǔ)， 以分子生物學(xué)和微生物學(xué)的現(xiàn)代方法為手段， 將不同來 源的基因按預(yù)先設(shè)計的藍圖，在體外構(gòu)建雜種D

4、NA分子，然后導(dǎo)入活細胞，以改 變生物原有的遺傳特性、 獲得新品種、生產(chǎn)新產(chǎn)品。 基因工程技術(shù)為基因的結(jié)構(gòu) 和功能的研究提供了有力的手段?；蚬こ淌巧锕こ痰囊粋€重要分支，它和細胞工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程 和微生物工程共同組成了生物工程。 所謂基因工程( genetic engineering) 是 在分子水平上對基因進行操作的復(fù)雜技術(shù)， 是將外源基因通過體外重組后導(dǎo)入受 體細胞內(nèi)，使這個基因能在受體細胞內(nèi)復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯表達的操作。它是用人 為的方法將所需要的某一供體生物的遺傳物質(zhì)一一DNA大分子提取出來，在離體 條件下用適當(dāng)?shù)墓ぞ呙高M行切割后， 把它與作為載體的DNA分子連接起來，然后 與

5、載體一起導(dǎo)入某一更易生長、 繁殖的受體細胞中， 以讓外源物質(zhì)在其中 “安家 落戶”，進行正常的復(fù)制和表達，從而獲得新物種的一種嶄新技術(shù)?；蚬こ淌窃诜肿由飳W(xué)和分子遺傳學(xué)綜合發(fā)展基礎(chǔ)上于本世紀(jì) 70 年代誕 生的一門嶄新的生物技術(shù)科學(xué)。 一般來說， 基因工程是指在基因水平上的遺傳工 程，它是用人為方法將所需要的某一供體生物的遺傳物質(zhì)-DNA 大分子提取出來，在離體條件下用適當(dāng)?shù)墓ぞ呙高M行切割后， 把它與作為載體的DNA分子連接 起來，然后與載體一起導(dǎo)入某一更易生長、 繁殖的受體細胞中， 以讓外源遺傳物 質(zhì)在其中 安家落戶 ，進行正常復(fù)制和表達， 從而獲得新物種的一種嶄新的育種 技術(shù)。 這個定義

6、表明，基因工程具有以下幾個重要特征：首先，外源核酸分子 在不同的寄主生物中進行繁殖， 能夠跨越天然物種屏障， 把來自任何一種生物的 基因放置到新的生物中， 而這種生物可以與原來生物毫無親緣關(guān)系， 這種能力是 基因工程的第一個重要特征。第二個特征是，一種確定的DNA小片段在新的寄主 細胞中進行擴增，這樣實現(xiàn)很少量 DNA羊品拷貝出大量的DNA而且是大量沒 有污染任何其它DNA序列的、絕對純凈的DNA分子群體。科學(xué)家將改變?nèi)祟惿?細胞DNA的技術(shù)稱為“基因系治療” (germlinetherapy )，通常所說的“基 因工程” 則是針對改變動植物生殖細胞的。 無論稱謂如何， 改變個體生殖細胞的

7、DNA都將可能使其后代發(fā)生同樣的改變。迄今為止，基因工程還沒有用于人體， 但已在從細菌到家畜的幾乎所有非人 生命物體上做了實驗， 并取得了成功。 事實上， 所有用于治療糖尿病的胰島素都 來自一種細菌，其DNA中被插入人類可產(chǎn)生胰島素的基因， 細菌便可自行復(fù)制 胰島素。基因工程技術(shù)使得許多植物具有了抗病蟲害和抗除草劑的能力； 在美國， 大約有一半的大豆和四分之一的玉米都是轉(zhuǎn)基因的。 目前，是否該在農(nóng)業(yè)中采用 轉(zhuǎn)基因動植物已成為人們爭論的焦點： 支持者認(rèn)為，轉(zhuǎn)基因的農(nóng)產(chǎn)品更容易生長， 也含有更多的營養(yǎng)(甚至藥物)，有助于減緩世界范圍內(nèi)的饑荒和疾?。欢磳?者則認(rèn)為，在農(nóng)產(chǎn)品中引入新的基因會產(chǎn)生副作

8、用，尤其是會破壞環(huán)境。誠然，仍有許多基因的功能及其協(xié)同工作的方式不為人類所知， 但想到利用 基因工程可使番茄具有抗癌作用、 使鮭魚長得比自然界中的大幾倍、 使寵物不再 會引起過敏， 許多人便希望也可以對人類基因做類似的修改。 畢竟， 胚胎遺傳病 篩查、基因修復(fù)和基因工程等技術(shù)不僅可用于治療疾病， 也為改變諸如眼睛的顏 色、智力等其他人類特性提供了可能。目前我們還遠不能設(shè)計定做我們的后代， 但已有借助胚胎遺傳病篩查技術(shù)培育人們需求的身體特性的例子。 比如，運用此 技術(shù)，可使患兒的父母生一個和患兒骨髓匹配的孩子， 然后再通過骨髓移植來治 愈患兒。隨著DNA勺內(nèi)部結(jié)構(gòu)和遺傳機制的秘密一點一點呈現(xiàn)在人

9、們眼前，特別 是當(dāng)人們了解到遺傳密碼是由 RNA轉(zhuǎn)錄表達的以后，生物學(xué)家不再僅僅滿足于 探索、提示生物遺傳的秘密， 而是開始躍躍欲試， 設(shè)想在分子的水平上去干預(yù)生 物的遺傳特性。如果將一種生物的DNA中的某個遺傳密碼片斷連接到另外一種 生物的DNA鏈上去，將DNAt新組織一下，就可以按照人類的愿望，設(shè)計出新的 遺傳物質(zhì)并創(chuàng)造出新的生物類型， 這與過去培育生物繁殖后代的傳統(tǒng)做法完全不 同。 這種做法就像技術(shù)科學(xué)的工程設(shè)計， 按照人類的需要把這種生物的這個 “基 因”與那種生物的那個“基因”重新“施工”，“組裝”成新的基因組合，創(chuàng)造 出新的生物。 這種完全按照人的意愿， 由重新組裝基因到新生物產(chǎn)生

10、的生物科學(xué) 技術(shù)，就稱為“基因工程”，或者說是“遺傳工程”?；静僮鞑襟E 這個過程 即為體外重組DNA的過程。首先選擇目的基因所適合的運載工具， 如質(zhì)粒、病毒 等，然后用同一種限制酶分別切割運載體和目的基因， 使其產(chǎn)生相同的黏性末端， 再加入適量的DNA連接酶，在生物體外將目的基因的DNA與運載體的DNA結(jié)合起 來，形成重組DNA（或重組質(zhì)粒）將重組的DNA雜合分子，借鑒細菌或病毒侵染細菌的途徑，轉(zhuǎn)移到選定的生物體細胞中，使重組的 DNA在受體細胞中復(fù)制、 轉(zhuǎn)錄、翻譯得以表達。 把目的基因裝在運載體上并通過運載體將目的基因運到受 體細胞的這一過程， 在一般情況下， 轉(zhuǎn)化成功率僅為百分之一。 為

11、此遺傳工程師 們創(chuàng)造了低溫條件下用氯化鈣處理受體細胞和增加重組 DNAt度的辦法來提高 轉(zhuǎn)化率。采用氯化鈣化處理后，能增大受體細胞的細胞壁透性，從而使雜種 DNA 分子更容易進入。 另外也可用基因槍法、 激光微束穿孔法、 顯微注射法等方法直 接將目的基因轉(zhuǎn)入受體細胞（如受精卵細胞）。用基因治病是把功能基因?qū)氩∪梭w內(nèi)使之表達， 并因表達產(chǎn)物蛋 白質(zhì)發(fā)揮了功能使疾病得以治療。 基因治療的結(jié)果就像給基因做了一次手術(shù)， 治 病治根，所以有人又把它形容為“分子外科”。我們可以將基因治療分為性細胞基因和體細胞基因治療兩種類型。 性細胞基 因治療是在患者的性細胞中進行操作， 使其后代從此再不會得這種遺傳疾

12、病。 體 細胞基因治療是當(dāng)前基因治療研究的主流。 但其不足之處也很明顯， 它并沒前改 變病人已有單個或多個基因缺陷的遺傳背景， 以致在其后代的子孫中必然還會有 人要患這一疾病。無論哪一種基因治療， 目前都處于初期的臨床試驗階段， 均沒有穩(wěn)定的療效 和完全的安全性，這是當(dāng)前基因治療的研究現(xiàn)狀。可以說，在沒有完全解釋人類基因組的運轉(zhuǎn)機制、充分了解基因調(diào)控機 制和疾病的分子機理之前進行基因治療是相當(dāng)危險的。增強基因治療的安全性， 提高臨床試驗的嚴(yán)密性及合理性尤為重要。盡管基因治療仍有許多障礙有待克 服，但總的趨勢是令人鼓舞的。據(jù)統(tǒng)計，截止 1998年底，世界范圍內(nèi)已有 373 個臨床法案被實施，累計

13、 3134人接受了基因轉(zhuǎn)移試驗，充分顯示了其巨大的開 發(fā)潛力及應(yīng)用前景。 正如基因治療的奠基者們當(dāng)初所預(yù)言的那樣， 基因治療的出 現(xiàn)將推動新世紀(jì)醫(yī)學(xué)的革命性變化。三基因控制性狀(一)基因控制性狀的過程 從基因到性狀的表現(xiàn)有著許多生物合成和代謝過程，它們往往是有步驟按順 序地進行。 在生物的個體發(fā)育過程中， 基因一旦處于活化狀態(tài)， 就將它攜帶的遺 傳密碼，通過mRNA勺轉(zhuǎn)錄和翻譯，形成特異的蛋白質(zhì)，通過蛋白質(zhì)控制細胞直 到個體?；蚩刂菩誀畹倪^程DNA專錄mRN翻譯 肽鏈加工 蛋白質(zhì)一細胞結(jié)構(gòu)、 調(diào)控:(1)(2)(3) +環(huán)境功能 組織器官的生理、病理狀態(tài) 性狀的 正常、異常 正常、疾病。(二

14、)基因控制性狀的機理基因內(nèi)含有的控制生物性狀的遺傳信息，存在于染色體的 DNA分子上。基因 控制生物性狀的過程稱為基因表達。 在基因表達中，生物遺傳信息的傳遞途徑是： DNA RNA蛋白質(zhì)(表現(xiàn)性狀).轉(zhuǎn)錄：從 DNARNA遺傳信息從DNA專遞給RNA的過程稱為轉(zhuǎn)錄(transcription )。轉(zhuǎn)錄時， 在RNA聚合酶作用下，以DNA為模板，按堿基配對原則，合成 RNA分子。轉(zhuǎn)錄形 成的RNA其類型有：tRNA rRNA mRNAtRNA即轉(zhuǎn)運RNA作用是在蛋白質(zhì)合 成中運送氨基酸；rRNA即核糖體RNA參與組裝核糖體；而mRNA卩信使RNA它 攜帶有編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的遺傳信息。.翻譯

15、：從RNA蛋白質(zhì)將mRN分子上的遺傳信息翻譯成由特定氨基酸排列順序的多肽鏈，這一過 程稱為翻譯(translation )。將mRN上的堿基排列順序(其中每三個堿基為一 個遺傳密碼，決定一種氨基酸)依次轉(zhuǎn)換為氨基酸的排列順序。已知所有生物都 使用相同的遺傳密碼，這也表明了生物界的統(tǒng)一性。肽鏈的氨基酸序列，由mRN鏈上的U、C、A、G四種堿基順序，按三聯(lián)體密 碼確定。如： AUG UUC AGC CCU UGACAA UGU GCA,UGA mRNA起始 MetpheSerproCysLysCysAla, 終止多肽鏈翻譯過程在細胞質(zhì)內(nèi)進行。 合成的多肽鏈形成蛋白質(zhì)亞基， 最后形成蛋白質(zhì)。遺傳的中

16、心法則1958年克里克提出了中心法則，他認(rèn)為遺傳信息的自我復(fù)制是從 DNA到DNA 遺傳信息的傳遞是DNA到RNA最終決定蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)和功能。后來人們發(fā) 現(xiàn)，有些病毒的RNA能自我復(fù)制。另外還發(fā)現(xiàn)，有些 RNA病毒侵染細胞后能產(chǎn)生 逆轉(zhuǎn)錄酶，逆轉(zhuǎn)錄酶以RNA為模板合成雙鏈DNA分子。這個雙鏈DNA分子能整合 到寄主細胞的DNA中，可隨寄主細胞的DNA復(fù)制而復(fù)制，同時也可以轉(zhuǎn)錄出更多 的病毒 RNA。四基因突變基因突變的類型及原因基因突變的原因很復(fù)雜， 根據(jù)現(xiàn)代遺傳學(xué)的研究， 基因突變的產(chǎn)生， 是在 一定的外界環(huán)境條件或生物內(nèi)部因素作用下，DNA在復(fù)制過程中發(fā)生偶然差錯，使個別堿基發(fā)生缺失、

17、增添、代換，因而改變遺傳信息，形成基因突變。 生物個體發(fā)育的任何時期，不論體細胞或性細胞都可能發(fā)生基因突變?；?突變發(fā)生在體細胞部分的如家蠶曾發(fā)生有半邊透明、半邊不透明皮膚的嵌合 體，這是早期卵裂時產(chǎn)生的體細胞突變。 人的癌腫瘤也是致癌物質(zhì)、 紫外線、 電離輻射、病毒等影響下所發(fā)生的體細胞突變。體細胞的突變不能直接傳給 后代，并且突變后的體細胞在生長上往往競爭不過周圍正常的體細胞，因而 受到抑制、排斥。但對于能進行營養(yǎng)繁殖的植物，只要把突變的芽或枝條采 取營養(yǎng)繁殖的方法，便可保留下來。由這種芽或枝條產(chǎn)生的植株，還可以把 突變遺傳給有性后代。許多果樹和花卉植物的著名品種，就是通過“芽變” 傳流

18、下來的。 基因突變發(fā)生在生殖細胞時， 就會通過受精而直接遺傳給后代， 導(dǎo)致后代產(chǎn)生突變型。實驗表明，突變發(fā)生的時期一般都在形成生殖細胞的 減數(shù)分裂的末期?；蛲蛔儼ㄗ匀煌蛔兒腿斯ふT變兩大類?；蛲蛔兊囊饬x基因突變的效應(yīng)是多種多樣的。 人們一般容易誤認(rèn)為突變對生命都具有危 害性，其實就其后果而言，突變在生物界存在是有積極意義的。從生物進化 史看，進化過程是突變不斷發(fā)生鎖造成的，突變?yōu)檫M化提供了最根本最原始 的材料，沒有突變就沒有現(xiàn)今五彩繽紛的生物世界。遺傳學(xué)家甚至認(rèn)為沒有 突變就沒有遺傳學(xué)。在進化過程中，DNA序列一定要歷經(jīng)改變，新序列必須 加入到生物的基因組中，才可能使生物進化發(fā)展。綜上所述

19、可知，突變是進 化的分子基礎(chǔ)。另外，突變可產(chǎn)生遺傳多態(tài)性。一些致死突變也可以用于消 滅病原體。突變還可以創(chuàng)造新類型物種，但正如人們懷疑的那樣，突變也不 能盡善盡美，它同時也是一些疾病的發(fā)病愿意。五 . DNA 重組DNAt組是指DNA分子內(nèi)或分子間發(fā)生的遺傳信息的重先共價組合過程，包括同源重組、位點專一性重組、轉(zhuǎn)座重組、異常重組和人工重組等類型。其中異 常重組之所以冠以“異常”，是目前人們小狐貍發(fā)現(xiàn)它是一種非同源 DNA序列之 間的交換外， 對這種重組過程知道極少之故； 人工重組是指在體外人為地將不同 源的DNA組合在一起，是模擬體內(nèi)重組和突變的自然過程， 是人們有目的的改造 生物體的一項技術(shù)

20、和手段。DNAt組為生物的進化和變異提供了最豐富的原材 料。六 . 基因工程的應(yīng)用（一）親子鑒定近幾年來，人類基因組研究的進展日新月異， 而分子生物學(xué)技術(shù)也不斷完善， 隨著基因組研究向各學(xué)科的不斷滲透，這些學(xué)科的進展達到了前所未有的高度。 在法醫(yī)學(xué)上，STR位點和單核苷酸（SNP位點檢測分別是第二代、第三代 DNA 分析技術(shù)的核心，是繼RFLPs（限制性片段長度多態(tài)性）VNTRs（可變數(shù)量串聯(lián) 重復(fù)序列多態(tài)性）研究而發(fā)展起來的檢測技術(shù)。作為最前沿的刑事生物技術(shù)， D NA分析為法醫(yī)物證檢驗提供了科學(xué)、可靠和快捷的手段，使物證鑒定從個體排 除過渡到了可以作同一認(rèn)定的水平，DNA僉驗?zāi)苤苯诱J(rèn)定犯罪

21、、為兇殺案、強奸 殺人案、碎尸案、 強奸致孕案等重大疑難案件的偵破提供準(zhǔn)確可靠的依據(jù)。 隨著 DNA技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，DNA標(biāo)志系統(tǒng)的檢測將成為破案的重要手段和途徑。此 方法作為親子鑒定已經(jīng)是非常成熟的，也是國際上公認(rèn)的最好的一種方法。（ 二）分子生物學(xué)與人類自身發(fā)展息息相關(guān)分子生物學(xué)作為現(xiàn)代科學(xué)的一種綜合科學(xué)， 其意義不止提現(xiàn)在純粹的科學(xué)價 值上；更為重要的是它的發(fā)展關(guān)系到人類自身的方方面面。 分子生物學(xué)有可以細 致的劃分為大分子生物與電子生物學(xué)兩種。 上面提到的關(guān)于在刑偵方面的應(yīng)用以 及包括但不限于親自鑒定、 及嬰兒男女鑒定方面的內(nèi)容， 大體為大分子分子內(nèi)容 的實際用途。而電子生物生物學(xué)則是從比大分子更細致的小分子及原子角度來解 釋生命的基本要素和構(gòu)成， 有著更多未解的謎題