《化學(xué)與生命》課件.ppt

1、21世紀(jì)將是生命科學(xué)的世紀(jì),在我們居住的地球上，幾乎到處都有生命的蹤跡。生命和化學(xué)是緊密相連的，生命過程中充滿著各種生物化學(xué)反應(yīng)。人體可以說是一個化學(xué)反應(yīng)的綜合體。若沒有化學(xué)變化，地球上就不會有生命，更不會有人類本身。 20世紀(jì)初，堅(jiān)韌不拔的科學(xué)家們在謎一樣的人體中發(fā)現(xiàn)了能解開生命奧秘的基本因子基因。伴隨而來的，必將是生命科學(xué)和技術(shù)在21世紀(jì)的飛速發(fā)展。,生命是如何起源的？,第一節(jié) 生命的化學(xué)基礎(chǔ),什么是生命？,16個星期之后 受精卵發(fā)育成 初具雛形的胎兒,對生命起源的思考,就象對宇宙起源的思考一樣, 構(gòu)成人類理性思維中最富有挑戰(zhàn)性,亦最有吸引力的問題之一。 自古以來, 杰出的思想家、哲學(xué)家和

2、科學(xué)家，都試著 提出 / 回答這些問題。,什么是生命？ 什么時候開始形成生命？ 生命是如何形成的？ 生命世界又何以如此千姿百態(tài)？ 這些問題都尚未解決，就如同生命科學(xué)還沒有走到終極。,三、尋求生物進(jìn)化的軌跡,一、什么是生命,二、有關(guān)生命起源的種種假說,一、什么是生命,生命的特征 什么是生命？初看起來, 這是一個常識問題。仔細(xì)推敲，卻很難用一、二句話說清楚。,特征 是生物, 可能不 不是生物,可能 表現(xiàn)此特征 表現(xiàn)此特征運(yùn)動 植物 河流生長 成年動物 山脈新陳代謝 古蓮子 云朵繁殖 休眠孢子 火焰應(yīng)答 植物人 機(jī)械,特征 是生物, 可能不 不是生物,可能 表現(xiàn)此特征 表現(xiàn)此特征 細(xì)胞 遺傳 死亡

3、演化 上述被列入生命特征的每一條，都可能在哲學(xué)詭辯中受到詰難。,1.從生物學(xué)角度的定義 生命是由核酸和蛋白質(zhì)等物質(zhì)組成的多分子體系，它具有不斷自我更新、繁殖后代以及對外界產(chǎn)生反應(yīng)的能力。,2.從物理學(xué)角度的定義 “負(fù)熵” 根據(jù)熱力學(xué)第二定律：任何自發(fā)過程總是朝著使體系越來越混亂，越來越無序的方向，即朝著熵增加的方向變化。生命的演化過程總是朝著熵減少的方向進(jìn)行，一旦負(fù)熵的增加趨近于零，生命將趨向終結(jié)，走向死亡。,3.其它幾種生命的“定義” (1)生命的物質(zhì)基礎(chǔ)是蛋白質(zhì)和核酸。 (2)生命運(yùn)動的本質(zhì)特征是不斷自我更新，是一個不斷與外界進(jìn)行物質(zhì)和能量交換的開放系統(tǒng)。 (3)生命是物質(zhì)的運(yùn)動，是物質(zhì)運(yùn)

4、動的一種高級的特殊的實(shí)在形式。,生命的元素組成：,(一)C、H、O、N是組成生物體的基本化學(xué) 元素,(二)種類：,主要有20多種,(三)分類：,1.大量元素 2.微量元素,水分子的生物功能,生命離不開水，水是生命活動的基礎(chǔ)。人體組織中，水的含量最高，骨組織中為20%，腦細(xì)胞中為85%。通常占細(xì)胞總量70%80%。細(xì)胞中的所有反應(yīng)都是在水中進(jìn)行的，所以水是細(xì)胞生命活動的介質(zhì)。,細(xì)胞中各主要成分的含量,生命的化學(xué)組成生物大分子,氨基酸 蛋白質(zhì) 結(jié)構(gòu)、酶、調(diào)節(jié)物核苷酸 核酸 遺傳信息 單糖 多糖 結(jié)構(gòu)、能源、信息脂類 結(jié)構(gòu)、能源、信息,DNA 雙螺旋圖,一級結(jié)構(gòu),二級結(jié)構(gòu),四級結(jié)構(gòu),三級結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)

5、的結(jié)構(gòu),淀粉、糖原和纖維素,二、有關(guān)生命起源的種種假說,1、自古以來，有關(guān)生命起源出現(xiàn)過多種假說。,神造論上帝創(chuàng)造萬物，最后造人。 (見圣經(jīng)故事),自然發(fā)生論生物是從非生物環(huán)境中自然發(fā)生出來的,宇生論地球上生命來自宇宙空間別的星球。仍留下問題：“別的星球上生命如何起源”。,17 世紀(jì)意大利醫(yī)生F. Redi 用實(shí)驗(yàn)證明腐肉不能生出蒼蠅,1860年巴斯德用實(shí)驗(yàn)證明肉湯不能生出微生物,廣為接受的生命起源學(xué)說： 1924 年蘇聯(lián)生物學(xué)家奧巴林發(fā)表生命起源。 1929 年英國遺傳學(xué)家霍爾丹也提出類似觀點(diǎn)。 1936 奧巴林專著再版，他提出的生命起源學(xué)說引起世界重視。,2、生命起源發(fā)生在什么時候？ 天文

6、學(xué)家估計(jì)地球形成于約 45億年前。 迄今找到的最早的化石記錄了35 億年前的原核生物。 所以，生命起源大約發(fā)生在距今 4535 億年 間。,澳州西海岸的墊藻巖,35億年前的蘭細(xì)菌化石,最早動物出現(xiàn),最早真核細(xì)胞出現(xiàn),蘭細(xì)菌光合作用，大氣中 O2 積累,最早原核生物出現(xiàn),地球形成,3、生命起源時的地球環(huán)境 200億年前沒有物質(zhì)和能量，沒有時間, 沒有空間。 150億年前大爆炸，產(chǎn)生能量、質(zhì)量，開始時間、空間。,45億年前 太陽系形成 地球形成 地球和其他幾個行星一樣，是從太陽旋轉(zhuǎn)甩出的的一團(tuán)物質(zhì)組成。,原 初 地 表 圖 景,4、化學(xué)進(jìn)化由簡單小分子到復(fù)合大分子（化學(xué)進(jìn)化假說）,隨著地表的冷卻，

7、水的積累，在原始海洋中和大氣中，出現(xiàn)一批簡單的小分子。,太陽輻射 火山爆發(fā) 雷鳴電閃 提供能量，使簡單小 分子合成復(fù)雜的稍大分子。有機(jī)酸、氨基酸、單糖、脂類、嘌呤、嘧啶、核苷酸等等,雷電可能為化學(xué)進(jìn)化提供能量,地表的能量能源 J/cm2太陽輻射 1.09x106紫外線 400nm300nm 1.42x104 300nm250nm 2.3x103 250nm200nm 17.51 200nm150nm 7.11閃電 14.74放射性(地下 1 Km 內(nèi)) 3.35火山爆發(fā) 0.54宇宙射線 6.28x103,支持“化學(xué)進(jìn)化”假說的證據(jù) 1953 年芝加哥大學(xué)研究生米勒的模擬實(shí)驗(yàn)。 1969 年澳

8、州 Muchison 地方落下一塊隕石，從碎片成份分析中找到 氨基酸、嘧啶、脂酸。,Stanley Miller,用電擊提供能量，從簡單小分子可得到復(fù)雜的稍大分子。,米勒的實(shí)驗(yàn)裝置,米勒模擬實(shí)驗(yàn)得到的有機(jī)物 （共計(jì)20多種） 有機(jī)物 產(chǎn)量 mol 甲醛 2330 脲（尿素） 20 乳酸 310 琥珀酸 40 甘氨酸 6 谷氨酸,后來別人的實(shí)驗(yàn)，使用其他能源，紫外線、高溫、 射線等，還得到： 嘌呤、嘧啶、核苷酸、脂肪酸、單糖等。,從有機(jī)小分子到大分子聚合物 在原始海洋的岸邊, 巖石, 沙土的表層, 有機(jī)小分子沉積, 吸收能量, 聚集成大分子聚合物。,?？怂箤?shí)驗(yàn)證實(shí) （1）把氨基酸混合物傾倒在16

9、0 oC200 oC 熱沙土上，水分蒸發(fā)，氨基酸濃集并化合生成蛋白質(zhì)樣大分子。,（2）這樣得到的蛋白質(zhì)分子具有 肽鏈結(jié)構(gòu)； 蛋白質(zhì)特有的顯色反應(yīng)； 可被蛋白酶水解， 產(chǎn)生氨基酸； 微弱的酶活性。,5、從多分子體系到原始生命細(xì)胞 奧巴林用蛋白質(zhì)（白明膠）和多糖（阿拉伯膠）混合得到團(tuán)聚體小滴。 福克斯用類蛋白質(zhì)加熱濃縮得到微球體。,團(tuán)聚體小滴性質(zhì) 直徑 1 m 500 m； 穩(wěn)定存在幾小時至幾周； 外周增厚呈膜狀結(jié)構(gòu)，與周圍水 液有明顯界限； 具原始代謝特征； 可以增長和繁殖。,微球體,微球體(?？怂箤?shí)驗(yàn)),微球體性質(zhì) 1 m2 m（相當(dāng)于細(xì)菌大?。?可吸納周圍環(huán)境的脂類，并形成 膜狀結(jié)構(gòu)； 膜表

10、現(xiàn)選擇透性，反映滲透壓變 化； 吸納周圍環(huán)境中蛋白質(zhì)分子，微 球體可“增長”和“繁殖”。,可以設(shè)想，若是團(tuán)聚體/微球體具備以下特征的綜合： 脂雙層膜圍成的與周圍環(huán)境隔開 的含水囊泡。 囊泡內(nèi)有多種核酸、蛋白質(zhì)、糖 類大分子。 選擇性的從環(huán)境吸納“食物”, 利用“食物”的分解, 復(fù)制自身一部 分起核心作用的大分子。 囊泡因大分子增多而“生長”和繁殖。 那么，原初生命細(xì)胞的雛形就誕生。,三、尋求生物進(jìn)化的軌跡,自養(yǎng)型細(xì)胞的出現(xiàn)改變了地球的面目。 最早地球環(huán)境的特點(diǎn)還原性的。 最早生物細(xì)胞的特點(diǎn)異養(yǎng)。 直到有光合作用能力的細(xì)胞出現(xiàn)。,自養(yǎng)生物的出現(xiàn)， 不但 , 使異養(yǎng)生物得以繼續(xù)發(fā)展， 而且，改變了

11、地球面目：（1）大氣中有氧，不再是還原性 環(huán)境。（2）大氣上層有臭氧層。 臭氧層擋住短波紫外線的殺傷破壞力， 使生物得以繁衍發(fā)展。,最初, 對于習(xí)慣于還原環(huán)境的所有厭氧生物來說, 氧是有毒氣體，氧的出現(xiàn)是“災(zāi)難性的大氣污染”。 結(jié)果，原初的厭氧生物被“驅(qū)趕”到極端環(huán)境中去。,在渡過漫長的近 30 億年之后，氧在大氣中的積累，有氧呼吸生物的出現(xiàn)，給生命世界帶來第一次大繁榮，這時距今大約 5 億 年以前。 出現(xiàn)了多細(xì)胞生物 出現(xiàn)了動物 出現(xiàn)了植物,研究物種進(jìn)化的兩大工具 化石除琥珀和深凍猛犸外， 化石是研究古代生物的 主要依據(jù)。 根據(jù)同位素衰變計(jì)算地層年齡。,2.5 億年前的蕨類葉化石,同位素衰變

12、 半衰期 適用范圍87銣87鍶 490 億年 1 億年232釷208鉛 140 億年 2 億年238鈉206鉛 45 億年 1 億年40鉀40氬 13 億年 1 億年235鈾207鉛 7億 年 10 萬年14碳14氮 5730 年 6 萬年,生物如何進(jìn)化？,物競天擇？,達(dá)爾文,22歲的達(dá)爾文開始貝格爾艦航行,當(dāng)時報紙上刊登的 諷刺達(dá)爾文的漫畫,達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說,主要內(nèi)容 過度繁殖,生存斗爭,遺傳變異,適者生存,第二節(jié) 生命的基本單位：細(xì)胞,1665年英國科學(xué)家胡克用自制設(shè)計(jì)與制造的顯微鏡觀察了軟木(櫟樹皮)的薄片，第一次描述了植物細(xì)胞的構(gòu)造，并首次借用拉丁文cellar(小室)來稱呼看到的

13、類似蜂巢的極小的封閉狀小室(實(shí)際上只是觀察到纖維質(zhì)的細(xì)胞壁)。 1838年德國植物學(xué)家施萊登和動物學(xué)家施旺創(chuàng)立了細(xì)胞學(xué)說(一切植物、動物都是由細(xì)胞組成的，細(xì)胞是一切動植物的基本單位)；1855年德國醫(yī)生和病理學(xué)家魏爾肖又補(bǔ)充了第三條原理：所有的細(xì)胞都是來自于已有細(xì)胞的分裂，即細(xì)胞來自細(xì)胞。這三條原理就是著名的細(xì)胞學(xué)說。 細(xì)胞學(xué)說的創(chuàng)立解決了生命科學(xué)的一個根本問題，即生命的共同起源問題，也就是生命的同一性問題。,胡克使用的光學(xué)顯微鏡,電子顯微鏡,電子顯微鏡,透射電子顯微鏡下正在分裂的大腸桿菌,掃描電子顯微鏡下的桿菌,微分干涉相顯微鏡下的細(xì)菌,原子力顯微鏡下的細(xì)菌,激光共聚焦掃描顯微鏡下的藻類,一

14、、細(xì)胞的形態(tài)與大小,細(xì)胞一般很小，用顯微鏡才能觀察到。但不同種類的細(xì)胞間大小差距懸殊 。,細(xì)胞的形態(tài)與大小(引自Solomon et al.2002年),細(xì)胞的形態(tài)多種多樣，細(xì)胞有球形、桿狀、星形、多角形、梭形、圓柱形等。不同的形態(tài)，主要是為了適應(yīng)不同的功能。例如，植物的纖維細(xì)胞起支持作用，呈長梭形，動物的神經(jīng)細(xì)胞細(xì)長且有很多是分支或突起便于接受和傳導(dǎo)刺激等。,淋病球菌圖片,大腸桿菌圖片,弧形霍亂菌圖片,二、細(xì)胞的分類,生命的起源大致經(jīng)歷了由元素形成到分子單體的形成，最后到單細(xì)胞和多細(xì)胞生物體的形成這樣幾個階段。同樣，在細(xì)胞的進(jìn)化中，也經(jīng)歷了原核細(xì)胞和真核細(xì)胞兩個不同的階段，我們將今天所見到的

15、細(xì)胞分為兩大類：原核細(xì)胞和真核細(xì)胞。這一概念最早是20世紀(jì)60年代由著名細(xì)胞生物學(xué)家里瑟提出的。,1.原核細(xì)胞,對于原核細(xì)胞來說，我們一般認(rèn)為它不具備核膜的基本結(jié)構(gòu)，遺傳物質(zhì)集中在低電子密度區(qū)。DNA為裸露的環(huán)狀分子，通常沒有結(jié)合蛋白，環(huán)的直徑約為2.5nm，周長約幾十納米。沒有恒定的內(nèi)膜系統(tǒng)，核糖體為70S型，原核細(xì)胞構(gòu)成的生物稱為原核生物，原核生物的特征是體積較小，均為單細(xì)胞生物，直徑為0.210m，進(jìn)化地位較原始，在3035億年前就出現(xiàn)，在地球上的分布廣度與適應(yīng)性比真核生物大得多。,原核生物的種類：,細(xì)菌、放線菌、藍(lán)藻、支原體、立克次氏體、衣原體。,原核細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu),細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)圖,典

16、型的細(xì)菌細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)(引自Raven & Johnson,1992年),原核細(xì)胞的細(xì)胞壁、莢膜和鞭毛,細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu),一種細(xì)菌的負(fù)染照片,顯示莢膜,大腸桿菌的菌毛,細(xì)菌的鞭毛,2.真核細(xì)胞,真核細(xì)胞是構(gòu)成真核生物的細(xì)胞，具有典型的細(xì)胞結(jié)構(gòu)， 有明顯的細(xì)胞核、核膜、核仁和核基質(zhì)。真核細(xì)胞的種類繁多，既包括大量的單細(xì)胞生物和原生生物細(xì)胞(如原生動物和一些藻類細(xì)胞)，又包括全部的多細(xì)胞生物(一切動植物)的細(xì)胞。,植物細(xì)胞模式圖,動物細(xì)胞模式圖,真核生物的細(xì)胞膜與細(xì)胞核結(jié)構(gòu),由流體鑲嵌模型發(fā)展而來的生物膜結(jié)構(gòu)模型(引自Solomon et al.2002),細(xì)胞核的形態(tài)結(jié)構(gòu)(引自Cooper,2000年

17、),原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的比較,三、細(xì)胞的化學(xué)成分,1水和無機(jī)鹽 2、有機(jī)分子 （1）蛋白質(zhì) （2）核酸 （3）糖類 （4）脂類 3、酶和生物催化劑 （1）酶 （2）RNA催化劑,基本元素：O、C、H、N、Si、K、Ca、P、Mg。 化學(xué)物質(zhì)：無機(jī)物和有機(jī)物,四、細(xì)胞衰老與死亡,衰老的定義：P17 人體組織細(xì)胞壽命差異顯著，組織細(xì)胞分4類： 更新組織 三類：干細(xì)胞、過渡細(xì)胞、成熟細(xì)胞 穩(wěn)定組織細(xì)胞 恒久組織細(xì)胞 可耗盡組織細(xì)胞 1.細(xì)胞衰老的特征 （1）形態(tài)變化 （2）分子水平的變化,2.細(xì)胞衰老的機(jī)理 關(guān)于細(xì)胞衰老的機(jī)理具有許多不同的學(xué)說，概括起來主要有差錯學(xué)派和遺傳學(xué)派兩大類，前者強(qiáng)調(diào)衰老是

18、由于細(xì)胞中的各種錯誤積累引起的，是各種細(xì)胞成分在受到內(nèi)外環(huán)境的損傷作用后，因缺乏完善的修復(fù)，使“差錯”積累，導(dǎo)致細(xì)胞衰老。后者強(qiáng)調(diào)衰老是遺傳決定的自然演進(jìn)過程，認(rèn)為衰老是遺傳決定的自然演進(jìn)過程，一切細(xì)胞均有內(nèi)在的預(yù)定程序決定其壽命，而細(xì)胞壽命又決定種屬壽命的差異，外部因素只能使細(xì)胞壽命在限定范圍內(nèi)變動。其實(shí)，現(xiàn)在看來兩者是相互統(tǒng)一的。,3細(xì)胞死亡,三種方式： 細(xì)胞壞死 壞死細(xì)胞形態(tài)變化由酶性消化和蛋白變性引起 細(xì)胞凋亡 細(xì)胞的程序性死亡,細(xì)胞凋亡是由基因決定的細(xì)胞自動結(jié)束生命的過程，是一種自然的生理過程。,細(xì)胞壞死是指在種種不利因素影響下，因細(xì)胞的正常代謝活動受損或中斷引起細(xì)胞的損傷和死亡，它

19、是細(xì)胞的一種病理性死亡。,基因,不可逆轉(zhuǎn),可逆轉(zhuǎn),外界因素,生理性,病理性,細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死的區(qū)別,五、腫瘤細(xì)胞與癌癥,腫瘤是機(jī)體在各種致瘤因素作用下，局部組織的細(xì)胞異常增生而形成的新生物，常表現(xiàn)為局部腫塊。腫瘤細(xì)胞具有異常的形態(tài)、代謝和功能。它生長旺盛，常呈持續(xù)性生長。腫瘤是一種基因病，但并非是遺傳的。腫瘤可分為良性和惡性腫瘤兩大類。,惡性腫瘤從組織學(xué)上又可以分為兩類：一類由上皮細(xì)胞發(fā)生惡變的稱為癌，如肺上皮細(xì)胞發(fā)生惡變就形成肺癌，胃上皮細(xì)胞發(fā)生惡變就形成胃癌等等；另一類由間葉組織發(fā)生惡變的稱為肉瘤，如平滑肌肉瘤，纖維肉瘤等。 據(jù)我國2000年衛(wèi)生事業(yè)發(fā)展情況統(tǒng)計(jì)公報，城市地區(qū)居民死因第一

20、位為惡性腫瘤，其次為腦血管病、心臟病。我國最為常見和危害性嚴(yán)重的腫瘤為肺癌、鼻咽癌、食管癌、胃癌、大腸癌、肝癌、乳腺癌、宮頸癌、白血病及淋巴瘤等。,1.癌細(xì)胞的主要特征 不死性、遷移性、失去接觸抑制 （1）形態(tài)特征 （2）生理特性 細(xì)胞周期失控 接觸抑制喪失 定向依賴性喪失 去分化現(xiàn)象 對生長因子需要量降低 代謝旺盛 蛋白質(zhì)合成及分解代謝增強(qiáng) 線粒體功能障礙 可移植性,2.腫瘤的形成 始發(fā)突變、潛伏、促癌、演進(jìn) （1）腫瘤形成的內(nèi)因 和原癌基因、抑癌基因突變的逐漸積累有關(guān) （2）腫瘤形成的外因 和致癌物質(zhì)（理、化、生）接觸有關(guān) 致癌物質(zhì)根據(jù)致癌作用不同分啟動劑、促進(jìn)劑和完全致癌劑 3.腫瘤的治

21、療 兩種觀點(diǎn)：清除腫瘤細(xì)胞和改變癌細(xì)胞的特性 常規(guī)方法：手術(shù)、放療和化療,第三節(jié) 遺傳與基因,遺傳學(xué)(Genetics)是研究生物遺傳和變異的科學(xué) 遺傳與變異是生物界最普通、最基本的兩個特征遺傳(heredity)：指生物親代與子代相似的現(xiàn)象，即生物在世代傳遞過程中可以保持物種和生物個體各種特性不變；變異(variation)：指生物在親代與子代之間，以及在子代與子代之間表現(xiàn)出一定差異的現(xiàn)象。 遺傳與變異是一對矛盾對立統(tǒng)一的兩個方面遺傳是相對的、保守的，而變異是絕對的、發(fā)展的；沒有遺傳就沒有物種的相對穩(wěn)定，也就不存在變異的問題沒有變異特征物種將是一成不變的，也不存在遺傳的問題,一、遺傳的基本定

22、律,自從人們意識到親代之間有著遺傳信息的傳遞這個事實(shí)以來，許多人一直力圖闡明親代和子代的性狀之間的遺傳規(guī)律，但都未獲得成功，直到1866年奧地利學(xué)者孟德爾根據(jù)他的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)表了植物雜交試驗(yàn)的論文，揭示了現(xiàn)在稱為孟德爾定律的遺傳規(guī)律，才奠定了遺傳學(xué)的基礎(chǔ)。,1.孟德爾及其孟德爾定律,1865年, 孟德爾根據(jù)他8年的植物雜交試驗(yàn)結(jié)果，2月8日在當(dāng)?shù)氐目茖W(xué)協(xié)會上宣讀了一篇題為“植物雜交實(shí)驗(yàn)”的論文。但這一偉大的發(fā)現(xiàn)埋沒35年后才重見天日。 1900年遺傳學(xué)誕生。,Gregor Johann Mendel (1822-1884),孟德爾：遺傳因子假說,遺傳因子假說認(rèn)為： 生物性狀受細(xì)胞內(nèi)遺傳因

23、子(hereditary factor)控制 遺傳因子在生物世代間傳遞遵循分離和獨(dú)立分配（自由組合）兩個基本規(guī)律 這兩個遺傳基本規(guī)律是近現(xiàn)代遺傳學(xué)最主要的、不可動搖的基礎(chǔ)，因此，孟德爾被公認(rèn)為遺傳學(xué)的創(chuàng)始人。,2.連鎖與交換定律的發(fā)展,1910年摩爾根創(chuàng)立了連鎖定律并證實(shí)了基因在染色體上以直線方式排列。提出了遺傳的染色體理論(chromosome theory of inheritance)。 獲1933年度諾貝爾獎,Thomas Hunt Morgan (1866-1945),3.經(jīng)典遺傳病實(shí)例,遺傳病的概念：,由于遺傳物質(zhì)改變而引起的人類疾病,遺傳病的類型：,白化病,常染色體上的隱性遺傳病

24、,缺少酪氨酸酶，不能將酪氨酸轉(zhuǎn)化為黑色素，表現(xiàn)出毛發(fā)白色、皮膚呈淡紅色、畏光等癥狀。,多指,常染色體上的顯性遺傳病,進(jìn)行性肌營養(yǎng)不良,X染色體上的隱性遺傳病,肌肉萎縮無力，行走困難?；颊吆笃陔p側(cè)腓腸肌呈假性肥大。一般于4-5歲發(fā)病，20歲前死亡。,唇裂,多基因遺傳病,苯丙酮尿癥,常染色體上的隱性遺傳病,缺少正常基因P，體細(xì)胞缺少一種酶。智力低下，60%患兒有腦電圖異常。頭發(fā)細(xì)黃，皮膚色淺和虹膜淡黃色，驚厥，尿有“發(fā)霉”臭味或鼠尿味。,二、基因組與基因工程,基因概念的發(fā)展 （一）遺傳“因子”：孟德爾認(rèn)為，生物性狀的遺傳由遺傳因子所控制，性狀本身不遺傳。 （二）染色體是基因的載體：摩爾根實(shí)驗(yàn)證明基

25、因位于染色體上，并呈直線排列，提出了遺傳學(xué)是連鎖交換規(guī)律，建立了遺傳的染色體學(xué)說，為細(xì)胞遺傳學(xué)奠定了重要基礎(chǔ)。并由此提出基因既是一個功能單位，是一個突變單位，也是一個交換單位的“三位一體”概念。 所以經(jīng)典遺傳學(xué)認(rèn)為：基因是一個最小的單位，不能分割；既是結(jié)構(gòu)單位，又是功能單位。,肺炎鏈球菌實(shí)驗(yàn),1944年，美國科學(xué)家Avery和Griffith的研究證實(shí)DNA是遺傳物質(zhì),肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)(引自吳慶余，2002),1952年，Hershey和Chase以同位素標(biāo)記法證明了噬菌體的遺傳物質(zhì)是DNA，從而進(jìn)一步證實(shí)了DNA是具有連續(xù)性的遺傳物質(zhì),噬菌體感染實(shí)驗(yàn)證明DNA是遺傳物質(zhì)(引自吳慶余，20

26、02),基因與DNA,一個基因大約有500-6000個核苷酸對，但并非DNA分子上任一含有幾千個核苷酸對的區(qū)段都是一個基因，基因是一個含有特定遺傳信息的DNA分子區(qū)段。 如何判斷一段核苷酸序列是否是某個基因？ 要看這個特定的核苷酸序列是否與其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA核苷酸序列或翻譯產(chǎn)物多肽鏈的氨基酸序列相對應(yīng)，這樣就必須同時測定某一段DNA的核苷酸序列和相應(yīng)產(chǎn)物的序列。,基因工程（Gene Engineering）,在各種酶的作用下，將目的基因的DNA分子與載體DNA分子相連接，形成重組的DNA分子，以一定的方式導(dǎo)入原無該類分子的宿主細(xì)胞，并使宿主生物變?yōu)樽匀唤缭瓉頉]有并能連續(xù)傳代的新生物。 要點(diǎn)： 供

27、體、載體、受體 基因工程分狹義（上游）：重組、克隆、表達(dá)的設(shè)計(jì)和構(gòu)建。 廣義（下游）：表達(dá)工程菌的發(fā)酵培養(yǎng)和產(chǎn)物的純化。 目的：DNA擴(kuò)增，外源基因表達(dá)產(chǎn)物，表達(dá)調(diào)控，改造生物遺傳特性等。,克隆的含義,名詞(pl. clones)：克隆、無性(繁殖)系。 生物個體、細(xì)胞的無性繁殖系； 同一基因或DNA片段的多份拷貝。 動詞(cloning)：克隆。 細(xì)胞克隆：從單個細(xì)胞產(chǎn)生一組具有同樣遺傳組成的細(xì)胞； 分子克?。韩@得單個基因/DNA片段多份拷貝。常用的方法有將帶有目的片段的重組DNA分子導(dǎo)入到特定宿主細(xì)胞中，利用宿主細(xì)胞DNA復(fù)制系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)制；利用DNA聚合酶在無細(xì)胞系統(tǒng)中復(fù)制(PCR, 聚合

28、酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng))。,1997年2月23日，蘇格蘭Roslin研究所的Wilmut和Campbell等人在Nature雜志宣布：世界上首例來源于哺乳動物體細(xì)胞的克隆羊“多莉”問世。經(jīng)過將近一個世紀(jì)的努力哺乳動物體細(xì)胞的克隆終于獲得成功 。,第四節(jié) 生命科學(xué)的倫理道德問題,生命科學(xué)進(jìn)入21世紀(jì)，人類在認(rèn)識自我，了解生命的本原方面大大地前進(jìn)了一步。生命科學(xué)特別是生殖技術(shù)、基因技術(shù)、克隆技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在不斷沖擊著人們的倫理觀念。如：不同物種的基因可以相互轉(zhuǎn)移，對于它們的安全性引起了廣泛的關(guān)注；克隆羊“多莉”的問世；人類基因組研究計(jì)劃完成，人類是否也能克隆自身？輔助生殖，其中的非婚配關(guān)系，代孕母親；器

29、官克隆和器官移植；安樂死，臨終關(guān)懷等有關(guān)倫理道德問題，都是人們關(guān)注的熱點(diǎn)問題，制定盡可能完善的符合全人類的倫理道德規(guī)范，并成為相關(guān)法律的基礎(chǔ)，是擺在我們面前的緊迫問題。如今，生命科學(xué)家比以往都更加需要與社會各界，特別是與社會學(xué)家、倫理學(xué)家、法學(xué)家、決策者一起，通過共同的努力，回答并解決由此而產(chǎn)生的一系列社會、法律和倫理問題。,一、生命倫理道德的基本原則,行善 自主 不傷害 公正,二、人類干細(xì)胞研究中的倫理問題,1998年10月，美國科學(xué)雜志發(fā)表兩項(xiàng)胚胎干細(xì)胞研究的突破性成果，其中一項(xiàng)是威斯康辛大學(xué)湯姆森（Thomson）教授建立的人胚胎干細(xì)胞系，該成果被評為1999年十大科技進(jìn)展之首，并迅速興

30、起了胚胎干細(xì)胞研究的熱潮。,人類干細(xì)胞主要來自于三個方面，一是來自人工授精中捐獻(xiàn)的多余胚胎，獲得胚胎干細(xì)胞；二是從死亡胎兒尸體的原始生殖組織分離得到胚胎生殖細(xì)胞；三是類似于克隆羊“多莉”經(jīng)由體細(xì)胞核轉(zhuǎn)移技術(shù)建立的胚胎中分離出來的多能干細(xì)胞。在胚胎干細(xì)胞研究的熱潮中，也發(fā)生了激烈的倫理之爭。主要的分歧在于：其一，治療性克隆是否必然滑向生殖性克隆？其二，研究胚胎干細(xì)胞是否謀害生命？即胚胎干細(xì)胞的來源問題。,目前對于干細(xì)胞研究的行為規(guī)范如下： （1）只允許對發(fā)育到14天內(nèi)的囊胚進(jìn)行研究。 （2）不允許將胚胎重新植入子宮。 （3）不能將人類胚胎干細(xì)胞用于非治療途徑的研究。 （4）不能將人類生殖細(xì)胞直接

31、與動物生殖細(xì)胞相結(jié)合。 （5）不能將人類胚胎直接生產(chǎn)人類胚胎干細(xì)胞的產(chǎn)物用于臨床治療，只能分離和培養(yǎng)成胚胎干細(xì)胞系而提供醫(yī)療使用。 （6）人類干細(xì)胞研究人員應(yīng)不斷提高思想素質(zhì)和技術(shù)素質(zhì)。 （7）人類干細(xì)胞研究機(jī)構(gòu)應(yīng)向科研主管部門倫理委員會和機(jī)構(gòu)評審委員會提出工作報告，接受評估和監(jiān)督。,三、人類基因組研究與倫理、法律、和社會影響問題,2000年，當(dāng)人類基因圖譜首次繪制完成時，它被譽(yù)為人類的壯舉。人類基因組計(jì)劃所帶來的巨大利益已經(jīng)顯現(xiàn)在我們眼前，對整個人類社會將帶來深遠(yuǎn)的影響，人類如何應(yīng)對這些變化，以確保我們所獲取的知識是用來為人類造福，而不是給人類帶來痛苦。因此人類基因組計(jì)劃從一開始就執(zhí)行合作與開放兩個最基本的原則，規(guī)定全世界任何國家的科研機(jī)構(gòu)均可參與合作，以及所有人類基因組的數(shù)據(jù)都應(yīng)當(dāng)在24小時內(nèi)毫無保留地加以公布，人類基因組的研究成果不能被篡奪和非法利用。在其成立之初，就專門設(shè)立了人類基因組的倫理、法理和社會影響的子計(jì)劃，研究人類基因組計(jì)劃對個人和社會的含義，考察人類基因組圖譜將帶來的后果，簡言之這些與生命的倫理道德是密切相關(guān)的。,四、克隆倫理問題,聯(lián)合國從2001年開始討論人的克隆問題。各國幾乎一致主張禁止生殖性克隆，但就是達(dá)不成一致協(xié)議。究其原因，緣于治療性克隆和胚胎