【正文】 程中，1944年,，第一次把基因與DNA聯(lián)系在一起?！　NA的一級(jí)結(jié)構(gòu)也是很長的多核苷酸鏈，與DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)不同的是，其基本組成單位是4種核糖核苷酸?！　。?、直徑2納米，每個(gè)旋距內(nèi)有10個(gè)堿基對。　　雙螺旋結(jié)構(gòu)有以下主要特點(diǎn)：　?。?、雙螺旋由兩條多核苷酸鏈組成，兩條鏈以右旋方式圍繞同一中心軸盤旋，兩條鏈的走向相反。一類是脫氧核糖核酸，簡稱DNA，是染色體的主要成分，主要存在于細(xì)胞核中；另一類是核糖核酸，簡稱RNA，主要存在于細(xì)胞質(zhì)中。核酸是如何組成的？　　核酸是生物的遺傳物質(zhì)，它和蛋白質(zhì)一樣，是巨大而復(fù)雜的生物大分子。此后，分子生物學(xué)取得了舉世矚目的成就，解決了生物學(xué)中許多重大問題，如核酸復(fù)制、遺傳密碼、遺傳的中心法則等，病毒逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)，更加速了基因工程技術(shù)的現(xiàn)實(shí)可行性。他認(rèn)為，生物學(xué)的真正問題是信息傳遞問題：信息如何被編碼？在從一代細(xì)胞到另一代細(xì)胞的大量傳遞中它如何保持穩(wěn)定？這些思想啟發(fā)了人們用物理學(xué)的思想和方法去探討生命物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，因而這本書被譽(yù)為“從思想上喚起生物學(xué)革命的小冊子”。三四十年代生物化學(xué)的成就及其與遺傳學(xué)相結(jié)合的研究，對分子生物學(xué)從遺傳學(xué)打開突破口產(chǎn)生了重要的作用。1900年，孟德爾遺傳定律的再發(fā)現(xiàn)，標(biāo)志著遺傳學(xué)的誕生，同時(shí)也開辟了現(xiàn)代生物學(xué)的新紀(jì)元?！　?．分子生物學(xué)誕生的標(biāo)志性事件是什么？　　分子生物學(xué)這一名詞的出現(xiàn)，可以追溯到1938年?！　〉概c一般化學(xué)催化劑相比，還具有另外一些特性，即高度專一性、高效性和高度敏感性。4年后，另一位美國生物化學(xué)家又得到胃蛋白酶和胰蛋白酶的結(jié)晶，并證明它們也是蛋白質(zhì)。　　人類對酶的科學(xué)認(rèn)識(shí)首先是從19世紀(jì)研究酒精發(fā)酵開始的。酶催化的化學(xué)反應(yīng)叫酶促反應(yīng)?！　∥覈茖W(xué)工作者在蛋白質(zhì)研究中作出了重要貢獻(xiàn)?！　“被岚匆欢樞蛞噪逆I形式首尾縮合，形成多肽鏈。蛋白質(zhì)約占生物體干物質(zhì)重量的50%，它們的種類很多，功能多樣，在生命活動(dòng)中起著極其重要的作用。　　新技術(shù)的誕生使蛋白質(zhì)的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)的研究在20世紀(jì)有了突破性的進(jìn)展。這個(gè)結(jié)果證明：動(dòng)物體中執(zhí)行特殊功能、具有特定形態(tài)的所謂高度分化的細(xì)胞與受精卵一樣具有發(fā)育成完整個(gè)體的潛在能力。維爾穆特研究小組成功地利用細(xì)胞核移植的方法培養(yǎng)出一只克隆羊。1958年，有科學(xué)家成功地將一個(gè)胡蘿卜細(xì)胞試管培養(yǎng)，長成了一株具有根、莖、葉等器官的完整植株。　　?例如，人有46條（23對）染色體，牛有38條（19對）染色體，水稻有24條（12對）染色體。核小體靠DNA互相連接形成串珠結(jié)構(gòu)。核仁是合成核糖體RNA和裝配核糖體亞基的場所。此外，細(xì)胞核內(nèi)外的物質(zhì)，也能直接通過核膜進(jìn)出核內(nèi)外，實(shí)現(xiàn)核內(nèi)外物質(zhì)的交換?，F(xiàn)在，我們知道，除哺乳類動(dòng)物的紅細(xì)胞和高等植物的成熟篩管外，所有真核細(xì)胞都有細(xì)胞核，細(xì)胞核貯存了該種生物的絕大部分遺傳信息，在一定程度上控制著細(xì)胞的代謝、分化和繁殖。核糖體是細(xì)胞中合成蛋白質(zhì)的唯一場所。大量研究工作表明，把細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開來的細(xì)胞膜的功能十分復(fù)雜，具有物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞、細(xì)胞和分子識(shí)別等多項(xiàng)重要功能。1959年，多位科學(xué)家各自用電子顯微鏡作的研究指出，多數(shù)細(xì)胞膜是由暗明暗，即蛋白磷脂蛋白三層組成的“三合板”式結(jié)構(gòu)。在宏觀方面，生態(tài)學(xué)的發(fā)展已經(jīng)成為綜合探討全球問題的環(huán)境科學(xué)的主要組成部分。進(jìn)入20世紀(jì)特別是50年代以后，生物學(xué)同化學(xué)、物理學(xué)和數(shù)學(xué)相互交叉滲透，借鑒了物理等精確學(xué)科的研究思想，引入了新的研究方法和技術(shù)裝備，取得了一系列劃時(shí)代的科學(xué)成就。前者是后者的理論基礎(chǔ)，應(yīng)該有意識(shí)地將前后的相關(guān)內(nèi)容聯(lián)系起來學(xué)習(xí)。第四節(jié)的內(nèi)容與社會(huì)結(jié)合緊密，學(xué)習(xí)時(shí)可將視野打開，注意從社會(huì)中觀察和搜集相關(guān)資料，加深理解?，F(xiàn)在的生物學(xué)常被稱為“生命科學(xué)”，不僅因?yàn)樗钊氲缴举|(zhì)問題，還因?yàn)樗嵌鄬W(xué)科的共同產(chǎn)物。下面我們將本章內(nèi)容分解為12個(gè)問題進(jìn)行學(xué)習(xí)。這種膜的模型有相當(dāng)普遍性，故稱單位膜?！　∮捎诤颂求w與蛋白質(zhì)合成的密切關(guān)系，在細(xì)胞器的研究工作中，對核糖體的研究比較多。附著核糖體，主要合成外輸性蛋白質(zhì)；游離核糖體，合成細(xì)胞本身生長所需的蛋白質(zhì)。　　細(xì)胞核的大小和形態(tài)在不同細(xì)胞里，或在同一細(xì)胞的不同時(shí)期會(huì)有所變化，但其基本結(jié)構(gòu)包括核膜、核仁、染色質(zhì)和核液四個(gè)組成部分。　　核仁是細(xì)胞核內(nèi)周期性出現(xiàn)的致密區(qū)，一般呈球形或卵圓形?！　∪旧|(zhì)是細(xì)胞核里易被堿性染料染色的部分，呈細(xì)絲狀并具有一定的結(jié)構(gòu)，主要由DNA和蛋白質(zhì)組成。DNA是遺傳物質(zhì)，有遺傳效應(yīng)的DNA片段就是基因。同一物種染色體恒定的特性，目前已作為分類學(xué)上區(qū)別物種的重要依據(jù)之一。何謂細(xì)胞的全能性？　　細(xì)胞的全能性指已經(jīng)分化的細(xì)胞，仍然具有發(fā)育的潛能。這樣，植物細(xì)胞全能性獲得了充分的論證。他們把芬蘭多塞特母綿羊乳腺細(xì)胞的細(xì)胞核移植進(jìn)蘇格蘭黑面母綿羊的去核卵細(xì)胞中，形成融合細(xì)胞，融合細(xì)胞也能象受精卵一樣進(jìn)行細(xì)胞分裂、分化，從而形成胚胎細(xì)胞；將胚胎細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一只蘇格蘭黑面母綿羊的子宮內(nèi)，胚胎細(xì)胞進(jìn)一步分化和發(fā)育，最后形成一只小綿羊。動(dòng)物體細(xì)胞中的細(xì)胞核，只要有合適的條件，原來只執(zhí)行某一種功能的細(xì)胞核照樣也能控制發(fā)育長成一個(gè)完整的個(gè)體，也就是說，動(dòng)物細(xì)胞（準(zhǔn)確的說是細(xì)胞核）與植物細(xì)胞一樣，也具有全能性。1955年，英國生物化學(xué)家桑格等測定了第一個(gè)蛋白質(zhì)——牛胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)，為此桑格于1958年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；1960年英國生物化學(xué)家肯德魯?shù)仁状螠y定了肌紅蛋白的晶體結(jié)構(gòu)，揭示了蛋白質(zhì)的三維空間結(jié)構(gòu),為此肯德魯于1962年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?！　〉鞍踪|(zhì)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的生物大分子。多肽鏈中氨基酸的排列順序稱作蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。1965年，我國在世界上首先成功地人工合成了有生物活性的牛胰島素。酶催化的反應(yīng)物質(zhì)叫底物。1897年，一位德國生化學(xué)家證明酵母無細(xì)胞提取液能使糖發(fā)酵產(chǎn)生酒精，第一次提出酶（enzyme）的名稱，并確定酶是生物催化劑。從此，酶是蛋白質(zhì)的概念才被肯定?！　?．何謂分子生物學(xué)？　　分子生物學(xué)是從分子水平研究生命現(xiàn)象、本質(zhì)和發(fā)展的一門新興生物學(xué)科。這一年美國洛克菲勒基金會(huì)的韋弗，在他的一份“自然科學(xué)”的報(bào)告中說：“基金會(huì)支持了一系列相當(dāng)新的，可以被稱為分子生物學(xué)的領(lǐng)域。與此同時(shí)，細(xì)胞中有什么結(jié)構(gòu)能夠和孟德爾的遺傳因子相對應(yīng)這一問題隨即被提到議事日程上來?！　?0世紀(jì)40年代至50年代初被認(rèn)為是分子生物學(xué)的孕育時(shí)期。1948年至1952年，一些科學(xué)家進(jìn)行了核酸中四種堿基含量的重新測定，并研究了核酸是如何連接成一條長鏈。20世紀(jì)50年代以來，幾乎每年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)以及若干諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)都頒給了從事生物化學(xué)與分子生物學(xué)的科學(xué)家。早在1869年，核酸已被發(fā)現(xiàn)。　　核苷酸是組成核酸的基本單位，把DNA和RNA放在酸或堿的環(huán)境中，或在酶的作用下水解，都各可以得到4種核苷酸?！　。?、兩條多核苷酸鏈中所含的堿基，在雙螺旋的內(nèi)側(cè)，通過氫鍵配對?！　∧壳?，從一些病毒、線粒體、葉綠體分離出的DNA，發(fā)現(xiàn)它們的雙螺旋二級(jí)結(jié)構(gòu)還可以進(jìn)一步緊縮或纏繞形成超螺旋，這就是DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)。　　絕大多數(shù)RNA是以單鏈的多核苷酸存在，但在一些RNA中，多核苷酸鏈的某些部位能進(jìn)行折疊，形成二級(jí)結(jié)構(gòu)。研究表明，基因是含特定遺傳信息的核苷酸序列，是遺傳物質(zhì)的最小功能單位。DNA和RNA分子中核苷酸的排列組合變化幾乎是無窮的?！　NA分子在細(xì)胞有絲分裂的間期進(jìn)行復(fù)制。DNA分子通過半保留復(fù)制的方式把遺傳信息一代一代地傳下去。轉(zhuǎn)錄是遺傳信息從DNA到RNA的轉(zhuǎn)移?！　?3．什么是生物技術(shù)？　　生物技術(shù)是應(yīng)用自然科學(xué)及工程學(xué)的原理，依靠微生物、動(dòng)物、植物細(xì)胞及其產(chǎn)生的活性物質(zhì)，作為某種化學(xué)反應(yīng)的執(zhí)行者，將原料進(jìn)行加工成某種產(chǎn)品來為社會(huì)服務(wù)的技術(shù)?！　‖F(xiàn)代生物技術(shù)是以生物化學(xué)或分子生物學(xué)方法改變細(xì)胞或分子的性質(zhì)而獲得需要的產(chǎn)品?！　?4．什么是基因工程？　　基因工程是指在基因水平上，采用與工程設(shè)計(jì)十分類似的方法，按照人類的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后按設(shè)計(jì)方案創(chuàng)建出具有某種新的性狀的生物新品系，并能使之穩(wěn)定地遺傳給后代。當(dāng)這種雜合質(zhì)粒進(jìn)入大腸桿菌體后，這些大腸桿菌就能抵抗兩種藥物，而且這種大腸桿菌的后代都具備雙重抗菌性。重組，顧名思義，就是重新組合，即利用供體生物的遺傳物質(zhì)，或人工合成的基因，經(jīng)過體外切割后與適當(dāng)?shù)妮d體連接起來形成重組DNA分子，然后將重組DNA分子導(dǎo)入到受體細(xì)胞或受體生物構(gòu)建轉(zhuǎn)基因生物，該種生物就可以按人類事先設(shè)計(jì)好的藍(lán)圖表現(xiàn)出另外一種生物的某種性狀。目前常用的載體有質(zhì)粒、噬菌體和病毒。　　?限制性內(nèi)切酶最大的特點(diǎn)是專一性強(qiáng)，能夠在DNA上識(shí)別特定的核苷酸序列，并在特定切點(diǎn)上切割DNA分子，人們把這種限制性內(nèi)切酶稱為“分子剪刀”。從此，DNA連接酶就成了“粘合”基因的“分子粘合劑”。我們熟知的一些目的基因，例如乙型肝炎病毒抗原基因、生長激素基因和干擾素基因等等，都是僅有幾千個(gè)、幾百個(gè)甚至更少堿基對的DNA片段，人生長激素釋放抑制素基因只有42個(gè)堿基對?！　?〕DNA分子的體外重組　　體外重組是把載體與目的基因進(jìn)行連接。這樣低的成功率實(shí)在難以滿足要求。導(dǎo)入過程是我們?nèi)庋劭床坏降模虼?，要知道?dǎo)入是否成功，事先應(yīng)找到特定的標(biāo)志。例如，目的基因是利用受體細(xì)胞的核糖體來合成蛋白質(zhì)，因此目的基因上必須含有能啟動(dòng)受體細(xì)胞核糖體工作的功能片段。　　14．細(xì)胞工程包括哪幾種技術(shù)？　　對細(xì)胞的遺傳操作可以在細(xì)胞結(jié)構(gòu)的不同層次上進(jìn)行，將體外重組的基因?qū)爰?xì)胞，實(shí)際上是和基因工程交叉的領(lǐng)域，除此以外，按遺傳操作對象的結(jié)構(gòu)層次，細(xì)胞工程大體可分染色體工程、細(xì)胞質(zhì)工程和細(xì)胞融合工程。分散成單個(gè)游離的細(xì)胞，并放置在人工配制的培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)，使之生長、分裂的技術(shù)?！　?996年，英國愛丁堡羅斯林研究所伊恩細(xì)胞融合技術(shù)是一種新的獲得雜交細(xì)胞以改變細(xì)胞性能的技術(shù)，它是指在離體條件下，利用融合誘導(dǎo)劑，把同種或不同物種的體細(xì)胞人為地融合，形成雜合細(xì)胞的過程。一般來說，用細(xì)胞工程的技術(shù)來改造和創(chuàng)造新生物，比起用基因工程技術(shù)來稍為容易些，它畢竟是細(xì)胞水平的技術(shù)（基因工程是分子水平的技術(shù)）。發(fā)酵工程又叫微生物工程，是大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)工藝的總稱，指采用現(xiàn)代生物工程技術(shù)手段，利用微生物的某些特定的功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程。蛋白質(zhì)工程是指在深入了解蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，并在掌握基因操作技術(shù)的基礎(chǔ)上，用人工合成生產(chǎn)自然界原來沒有的、具有新的結(jié)構(gòu)與功能的、對人類生活有用的蛋白質(zhì)分子?！　∈紫?，生物技術(shù)被用來提高生產(chǎn)效率，從而提高食品產(chǎn)量。他們的做法是將一種耐乳酸細(xì)菌和一種酵母菌一起固定在海藻酸鈣凝膠上，再裝入制造醬油的發(fā)酵罐。目前世界上每年淀粉糖的用量與日俱增，其中70％是高果糖漿，而砂糖用量逐年下降。然而，蛋白質(zhì)是地球上最為缺乏的食品，按全世界人口的實(shí)際需要計(jì)算，每年缺少蛋白質(zhì)的數(shù)量達(dá)3000～4000萬噸。以發(fā)酵工程來生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白是不太復(fù)雜的事，關(guān)鍵是選育出性能優(yōu)良的酵母菌或細(xì)菌。20世紀(jì)60年代，英國率先實(shí)現(xiàn)了單細(xì)胞蛋白的工業(yè)化生產(chǎn)?！　∈紫?，生物技術(shù)使一些廢棄的生物材料變廢為寶?！　∑浯危锛夹g(shù)為大規(guī)模生產(chǎn)一些稀缺生物材料提供了可能。因此，用這種“活體生物反應(yīng)器”同樣有可能大量生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的“蛛絲蛋白”。一些微生物卻能生產(chǎn)出可降解塑料，如生產(chǎn)聚羥基丁酸酯（PHB）塑料物質(zhì)的微生物有產(chǎn)堿桿菌、固氮菌、根瘤菌、假單胞菌、球衣菌等。能源分為不可再生能源（如石油、天然氣、煤）和可再生能源（如太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等），生物技術(shù)一方面能提高不可再生能源的開采率，另一方面能開發(fā)更多可再生能源，因而生物技術(shù)與能源的研究及開發(fā)備受世界各國的重視。微生物在油層中發(fā)酵產(chǎn)生大量酸性物質(zhì)，降低了原油的粘度，使其容易流動(dòng)，微生物還可產(chǎn)生氣體，增加地層壓力，這兩方面都提高了采油率。完成這一使命的是發(fā)酵工程。酒精是一種新穎的能源，汽油中摻入10％的酒精，在略加改裝的汽車上即可使用?，F(xiàn)代生物技術(shù)越來越多地運(yùn)用于農(nóng)業(yè)中，使農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)達(dá)到高產(chǎn)、高質(zhì)、高效的目的。另外，我國雜交水稻工程技術(shù)研究中心在野生稻中發(fā)現(xiàn)了兩種有增產(chǎn)潛力的基因，分別位于1號(hào)染色體和2號(hào)染色體上，如果將此基因轉(zhuǎn)到雜交水稻中，則雜交水稻的產(chǎn)量有可能在原有的基礎(chǔ)上再提高20%左右，目前科研人員正在袁隆平院士的帶領(lǐng)下開展這方面的研究。利用組織培養(yǎng)技術(shù)，由蘭花的一個(gè)不到1毫米長的莖尖開始，在一年內(nèi)可以產(chǎn)生幾百萬個(gè)植株。二是占用空間少，在20平方米的培養(yǎng)室內(nèi)，最多可容納100萬株試管苗。例如，植物收獲后往往在轉(zhuǎn)運(yùn)和貯藏過程中造成損失，過軟的水果和蔬菜容易破損，并且過熟后失去原味。現(xiàn)在，美國許多超市都可以隨時(shí)看到這種果實(shí)不軟、色澤橙紅的轉(zhuǎn)基因番茄。20世紀(jì)50年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)蘇云金桿菌能產(chǎn)生一種毒蛋白，特異性地殺死鱗翅目昆蟲，這種毒蛋白由Bt基因編碼。我國的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種，1999年已經(jīng)推廣200多萬畝，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。胚胎分割和移植技術(shù)為大量繁殖優(yōu)良牲畜品種提供了有力的技術(shù)手段。1981年，美國科學(xué)家將大鼠生長激素基因引入小鼠受精卵中，獲得了平均生長速度快50%，體重增加2倍的超級(jí)鼠，這一成果啟發(fā)人們通過生長素基因工程培養(yǎng)超級(jí)生物，例如轉(zhuǎn)生長激素的豬不僅飼料轉(zhuǎn)化率、增重率提高，而且脂肪減少。利用轉(zhuǎn)基因的方法，可以培育出抗病動(dòng)物，這就可以大大減少牲畜瘟疫的發(fā)生，保證牲畜健康，也保證人類健康?！　。?、農(nóng)業(yè)新領(lǐng)域　　傳統(tǒng)意義上的農(nóng)業(yè)是向我們提供食物和工業(yè)原料，然而，由于生物技術(shù)的飛速發(fā)展，使農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)領(lǐng)域有了新的拓展。目前已經(jīng)在轉(zhuǎn)基因煙草中表達(dá)出了乙型肝炎疫苗，轉(zhuǎn)基因馬鈴薯、番茄等也都已用來進(jìn)行生產(chǎn)疫苗的研究。目前，國外在乳腺生物反應(yīng)器技術(shù)研究上取得了巨大的進(jìn)展，例如英國愛丁堡制藥公司已培育成功含α1抗胰蛋白酶（AAT）的轉(zhuǎn)基因羊，每升羊奶中會(huì)有此種蛋白30克，ATT用于治療囊性纖維化和肺氣腫。據(jù)美國紅十字會(huì)和美國遺傳學(xué)會(huì)預(yù)測，到2005年僅美國的乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)的藥物年銷售額可達(dá)到350億美元，到2010年，所有基因工程藥物中利用乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)的份額可達(dá)到95%。注射或口服疫苗可以激活體內(nèi)的免疫系統(tǒng)，產(chǎn)生專門針對病原體的特異性抗體，這樣，如果以后再遇到同樣病原體的入侵時(shí)，體內(nèi)已經(jīng)存在的抗體會(huì)保護(hù)人體不再被傳染而生病?；蚬?