生物第七章 生命科學與人生

1. 生物第七章生命科學與人生 • 遺傳物質—去氧核糖核酸(DNA) • 染色體：細胞核上(細胞未分裂前稱為染色質) • 原核生物：DNA • 真核生物：DNA＋蛋白質 • 基因：染色體上,控制某一性狀的一段DNA • 各性狀可由一個或多個基因決定.一個基因也可能影響多種性狀位置 第七章第1節 基因的表現 • DNA的化學組成 • DNA的構造

2. 去氧核糖核苷酸(DNA)及核糖核苷酸(RNA)的基本組成與構造去氧核糖核苷酸(DNA)及核糖核苷酸(RNA)的基本組成與構造

3. 構成DNA的四種核苷酸

8. 含氮鹼基：A(腺嘌呤).G(鳥糞嘌呤).C(胞嘧啶).T(胸腺嘧啶).U(月尿嘧啶)含氮鹼基：A(腺嘌呤).G(鳥糞嘌呤).C(胞嘧啶).T(胸腺嘧啶).U(月尿嘧啶) • 粒線體DNA：第25號染色體(22對體染色體加上X及Y共24種)母系遺傳(血緣鑑定.鑑定母系遺傳疾病)

9. DNA的分子構造： • 美國華特生和克立克於1952年根據富蘭克林DNA X光晶體繞射圖,提出DNA分子的雙螺旋模型(1962年獲諾貝爾獎) • 雙螺旋：兩股多核苷酸鏈(兩股寬2nm,旋轉一圈3.4nm,含10個含氮鹼基對-b.P)互相平行且方向相反 1.骨架：以一核苷酸C5(五碳糖的5號碳)上之磷酸與其相鄰核苷酸的C3連成核苷酸長鏈(5’→3’) 2.互補性鹼基配對：兩股核苷酸鏈間由含氮鹼基的氫鍵相接A＝T、C≡G(≡表三個氫鍵) 察加夫法則(Chargaff’s Rule)：鹼基比例A和T、C和G相等 • 含氮鹼基序列：決定生物的不同。已知DNA一股含氮鹼基序列可推知另一股的序列 • 相鄰鹼基對(b.p)的間格為0.34nm (1A0＝10-10m；1nm＝10-9m)

11. DNA與蛋白質的關係 • 鹼基序列：每條多核苷酸鏈(骨架：5號碳上磷酸與另一核苷酸3號碳上OH相連)上鹼基的排列有特定的順序(構成DNA的特異性) • 蛋白質：分為構造蛋白或功能蛋白 轉錄 tRNA(補密碼) 基因DNA (遺傳密碼) mRNA (密碼子) 蛋白質 細胞核 轉譯(細胞質)

12. 數種蛋白質基因的鹼基對數目 生物體鹼基對數目與基因數目

13. DNA 遺傳密碼 C G T T A G A C G mRNA 密碼子 G C A A U C U G C tRNA 補密碼 C G U U A G A C G DNA與蛋白質的關係

14. 三種RNA的比較：

15. DNA〝複製〞：遺傳密碼(DNA上三個一組鹼基序列有64種)DNA〝複製〞：遺傳密碼(DNA上三個一組鹼基序列有64種) • 功能：產生DNA • 過程：半保留方式(一股原有.一股新合成) • 1.兩股鬆開 • 2.兩股為鑄模,鹼基互補配對 • 3.接合：DNA聚合酶催化,鑄模上的核苷酸接成核苷酸鏈 • 證明：N15培養基培養細菌第一子代(全部為N15–N14)第二子代(N15–N14：N14-N14=2:2)

16. DNA 的複製︵半保留性︶

17. 第0代 第1代 第2代 第3代

18. 例1.若將大腸桿菌先培養在14N的培養液中,繁殖很多代 以後,再將這些細菌培養在15N的培養液中,培養二代(第二子代；第三代)以後再純化DNA,則DNA形式及比例如何？14N和15N的比例如何？ 例2.承上題,若培養五代以後再純化DNA,則DNA形式及比例如何？14N和15N的比例如何？ 14N-15N：15N-15N＝2：22－2＝2：2＝1：1 14N：15N＝2：(22×2－2)＝2：6＝1：3 14N-15N：15N-15N＝2：25－2＝2：30＝1：15 14N：15N＝2：(25×2－2)＝2：62＝1：31

19. 轉錄作用： DNA遺傳訊息抄錄在mRNA • 功能：形成RNA • 過程： • 1.DNA兩股解開.一股為鑄模 • 2.以三磷酸核苷與DNA含氮鹼基配對經RNA聚合酶催化 • 3.經處理.形成mRNA.tRNA.rRNA • 轉譯作用：mRNA轉錄訊息翻譯成蛋白質胺基酸的順序 • 功能：合成蛋白質 • 過程： • 1.mRNA附於核糖體(rRNA+蛋白質)表面 • 2.tRNA將蛋白質中胺基酸順序翻譯出來 • 3.各胺基酸連成多胜肽鏈形成蛋白質) • 證明： • 1.胺基酸有20多種 • 2.因種類.序列.數目而有不同的蛋白質

20. 轉錄作用

21. 轉譯作用的模式圖

22. 密碼子

23. 真核生物基因表現的調節

24. DNA分子發生變異,可能會改變蛋白質的結構 例如：鐮刀型貧血症(DNA上CTT-Glu麩胺酸變成CAT-Val纈胺酸)

25. 功能蛋白變異：細胞缺少促進黑色素合成的酵素功能蛋白變異：細胞缺少促進黑色素合成的酵素

26. 第七章第2節生物技術及其應用 • 〝遺傳工程(基因工程)〞簡介：藉人工操作改變遺傳基因的技術 • 現代〝生物技學(生物技術科學)〞的發展

27. 重組DNA：將外源基因併入DNA中,改變基因組成

28. 限制酵素切割 DNA

29. 重組DNA的操作過程

30. PCR(聚合酶連鎖反應) 1983~1985年間由 莫利斯所發展出來

31. 植物遺傳工程：例菸草幼苗發螢光.向日葵幼苗長腫瘤植物遺傳工程：例菸草幼苗發螢光.向日葵幼苗長腫瘤 • 1.動植物細胞DNA送入農桿菌質體形成重組DNA • 2.重組DNA送回農桿菌,感染植物細胞進入細胞核中 • 3.植物細胞增殖時,每個細胞中外源基因亦複製 • 動物遺傳工程：例羊乳中含血纖維蛋白酶的山羊(治療心臟病和動脈阻塞) • 1.外源基因用顯微注射法(因動物細胞無細胞壁)注入動物受精卵或早期胚胎細胞 • 2.受精卵或胚胎細胞殖入子宮中,後裔造成基因轉殖動物 • 離體培養：生物體細胞.組織和器官在人工控制環境下體外培養

32. 農桿菌媒介的基因轉殖植物

34. 試管嬰兒:體外受精.子宮發育(1978年後解決不能生育問題)試管嬰兒:體外受精.子宮發育(1978年後解決不能生育問題)

35. 離體培養：植物組織培養

37. 離體培養：動物器官培養 培養液中含小牛血清.葡萄糖及多種胺基酸.無機鹽類和維生素

39. 第七章第3節生物科技的衝擊

40. 生物技學的衝擊：生物技學應用性廣.污染性低生物技學的衝擊：生物技學應用性廣.污染性低 • 生物技學在農業上的應用—植物疾病的預防 • 抗蟲植物：農藥也殺害益蟲環境中堆積.危害生態 • 實例：1.土壤桿菌屬毒蛋白(與消化細胞結合)2.甘藷塊跟胰蛋白酶抑制劑基因 • 抗殺草劑植物：殺草劑也殺害農作物(抑制作物代謝酵素) • 實例：抗殺草劑棉花 • 提高農作物營養價值：穀(離胺酸.酥胺酸).大豆(硫胺酸.半胱胺酸).稻米(蛋白質量偏低) • 實例： 1.提高胺基酸.蛋白質量2.增加豌豆甜度.馬鈴薯澱粉量.棉花韌度(脂量)3.飼料蛋白質量 • 培育高經濟價值作物：短時間.狹小空間培育高經濟價值作物 • 實例：植物組織培養技術(奎寧-治瘧疾.芳香劑.除蟲菊.名貴花卉.無病毒馬鈴薯)

42. 生物技學在畜牧業上的應用：藉遺傳工程.動物選殖及胚胎移轉等技術生物技學在畜牧業上的應用：藉遺傳工程.動物選殖及胚胎移轉等技術 • 提高牲畜的經濟價值：基因轉殖(屬於遺傳工程) • 1.基因轉殖豬：長快.吃少.肉多 • 2.基因轉殖綿羊：胰蛋白酶抑制劑(治療肺氣腫) • 增加牲畜產量：胚胎移植(體外受精) • 母牛可產孿生小牛(母牛每次胎只產一胎) • 動物選殖(複製)：電擊法使細胞融合 1997蘇格蘭-桃麗白面羊白面母羊乳腺細胞核和黑面母羊的無核卵融合(打破已分化動物細胞無法培育成個體的觀念)

43. 基因轉殖山羊

44. 動物選殖法用於複製動物桃麗羊

45. 生物技學在醫學上的應用

47. 基因治療法用於醫治白血病

48. 商業化的基因晶片。在一平方公分面積的玻璃片上點有一千種以上的基因,作為較分析用。商業化的基因晶片。在一平方公分面積的玻璃片上點有一千種以上的基因,作為較分析用。

49. 生物技學在工業上的應用 • 工業酵素： • 1.清潔劑：洗衣粉.洗碗精等(蛋白酶.澱粉酶.脂肪酶..) • 2.食品：乳酪(凝乳酶)… • 3.皮革加工：毛髮(蛋白酶).油脂(脂肪酶) • 4.廢棄物處理：纖維素酶… • 化學原料：胺基酸.乙醇.丙酮…等 • 食品原料：甜味劑.酸味劑.維生素.香料.色素.防腐劑 • 酒精性飲料： • 1.蒸餾：威士忌… • 2.非蒸餾：啤酒…

50. 第七章第4節 討論 • 主題1：討論基因改造食品的相關議題 • 基因改造食品GMF(基因轉殖食品):源自基因改造生物而來的食品(凡以基因重組技術衍生的食品,都屬於基因改造食品) • 效益: 1.提高食品營養成分:如五穀類.蔬菜.牛或羊乳汁 2.保健食品:如藥用物質.食品疫苗.低熱量甜味食品 3.增加食品的多樣性:增加品質.口味.色澤.香氣等 • 議題: • 1.引起食物過敏的可能性 • 2.倫理問題:如回教徒吃到含豬基因的牛或羊.素食者吃到含動物基因的植物 • 3.安全問題:含毒性物質的動植物基因轉殖到食品生物,是否也會使食品含有毒素,影響人體健康