【正文】 軟骨發(fā)育不全 亨廷頓氏病 是一種神經(jīng)癥狀疾病，患者出現(xiàn)不由自主動(dòng)作，漸漸記憶喪失，行為失常，直至行動(dòng)失控、致死。 問(wèn)題在于血紅蛋白 ?鏈一個(gè)谷氨酸殘基變成了纈氨酸殘基。因?yàn)槟X發(fā)育受阻，嚴(yán)重腦力呆滯，智商 0－ 50。 征 才可能表現(xiàn)病 癥。 ?可以遺傳給下一代子女。 第六講 遺傳病和人類(lèi)基因組計(jì)劃 一、 遺 傳病的特征與分類(lèi) 第一例遺傳病的發(fā)現(xiàn) 1902 年英國(guó)醫(yī)生加洛特（ ）從家族病史，發(fā)現(xiàn)并研究了第一例遺傳病――尿黑酸癥，并發(fā)現(xiàn)該病在家族中的遺傳遵循孟德?tīng)栆?guī)律，由單個(gè)隱性基因控制。 （ 3）轉(zhuǎn)基因動(dòng)物和植物 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物首先在小鼠獲得成功?；蚬こ痰淖詈笠徊?，是把所獲得的蛋白質(zhì)分離純化，得到蛋白質(zhì)產(chǎn)品。若受體細(xì)胞是細(xì)菌，通常稱(chēng)轉(zhuǎn)化；若受體細(xì)胞是動(dòng) /植物細(xì)胞，通常稱(chēng)轉(zhuǎn)染。 其次 ， 要把目的基因 ―裝 ‖到載體中去。經(jīng)過(guò) 20 次循環(huán)，即可擴(kuò)增 106倍，總共只需幾個(gè)小時(shí)。 第二步 —— 50 ℃ 溫度下，引物 DNA 結(jié)合在適于配對(duì)的 DNA 片斷上。 克隆 ——生物分子，細(xì)胞，生物個(gè)體的無(wú)性增殖過(guò)程都稱(chēng)為克隆。 印跡法的關(guān)鍵是 “ 分子雜交 ” ：利用堿基配對(duì)的原則，用一段小的已知的 DNA 片斷去尋找（ “ 釣 ” ）大的未知的基因 片斷。 （ 2） DNA 片斷混合物通過(guò)電泳分離。文 庫(kù)中基因總數(shù)就人來(lái)說(shuō)約有 3 萬(wàn)個(gè)基因。 三、基因工程技術(shù)和應(yīng)用 基因工程技術(shù) 基因工程是生物技術(shù)的核心部分。例如膚色的控制至少有三個(gè)基因參與。 DNA DNA RNA 蛋白質(zhì) 中心法則 中心法則：遺傳信息儲(chǔ)存在 DNA 中， DNA 通過(guò)轉(zhuǎn)錄生成 mRNA， mRNA 再通過(guò)翻譯生成蛋白質(zhì)，從而完成遺傳信息的表達(dá)過(guò)程。 按照雙螺旋模型，在細(xì)胞分裂時(shí)， DNA 的合成應(yīng)是 ―半保留復(fù)制 ‖的模式。格里菲斯的實(shí)驗(yàn)（ 1928）證明遺傳物質(zhì)可以轉(zhuǎn)化進(jìn)入細(xì)菌，改變細(xì)菌特性。 二、基因是一段 DNA 序列 ―遺傳因子 /基因 ‖的設(shè)想一經(jīng)提出，便推動(dòng)人們?nèi)ふ?，去探? 基因在哪里？ 基因是什么？ 基因在染色體上 顯微鏡技術(shù)與染色技術(shù)的發(fā)展，使人們注意到，細(xì)胞分裂時(shí)，尤其是減數(shù)分裂中，染色體的行為和孟德?tīng)柼岢龅牡任换虻姆蛛x規(guī)律相當(dāng)一致，所以，確定基因在細(xì)胞核中，在染色體上。 遺傳因子可以區(qū)分為顯性和隱性。這一點(diǎn)在分離律實(shí)驗(yàn)中看的很清楚。其內(nèi)容可概括兩個(gè)定律。 一、 孟德?tīng)枌W(xué)說(shuō)奠定了遺傳學(xué)基礎(chǔ) 在孟德?tīng)栆郧?，人們看到遺傳現(xiàn)象，猜想遺傳是有規(guī)律的，甚至在農(nóng)牧業(yè)育種中實(shí)際運(yùn)用了遺傳規(guī)律，但是，一直找不到研究遺傳規(guī)律的恰當(dāng)方法。 每條線(xiàn)蟲(chóng)具有 1090 個(gè)細(xì)胞，其中 131 個(gè)細(xì)胞在發(fā)育過(guò)程中凋亡。 有兩種細(xì)胞死亡： ? 因環(huán)境因素突變或病原物入侵而死亡，稱(chēng)為病理死亡，或細(xì)胞壞死。激素系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)的衰老對(duì)全身的影響最大。 人體衰老時(shí)，身體各部分功能都發(fā)生衰老。 細(xì)胞分化不但發(fā)生在胚胎階段和發(fā)育過(guò)程中，亦發(fā)生在成人階段。 四、細(xì)胞的分化、衰老與死亡 細(xì)胞的分化 成年人全身細(xì)胞總數(shù)約 1012 個(gè)。 其次，在第一次減數(shù)分裂中，還發(fā)生同源染色體配對(duì)，配對(duì)后還發(fā)生同源染色體之間的染色體交叉和基因重組。人的細(xì)胞有 46 條染色體，實(shí)際上可以看作 22 對(duì)同源染色體加上兩條性染色體。 總之，減數(shù)分 裂就是 DNA 復(fù)制一次，細(xì)胞連續(xù)分裂兩次，結(jié)果由一個(gè) 2n 細(xì)胞分出 4 個(gè) n細(xì)胞。 由 2n 的體細(xì)胞產(chǎn)生 n 的生殖細(xì)胞，需要經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂。因?yàn)?，?duì)大多數(shù)物種來(lái)說(shuō)，體細(xì)胞是 2n 的，所以染色體數(shù)目通常為偶數(shù)。在細(xì)胞分裂中，在光鏡下可以看到染色體時(shí)，已經(jīng)過(guò) DNA 復(fù)制，這時(shí)遺傳物質(zhì)的 總量已經(jīng)是 4n 了。當(dāng)細(xì)胞進(jìn)入 M 期時(shí)，染色質(zhì)折疊包裝，大約壓縮 8400倍，形成光鏡下可以看到的染色體。 （ 3）染色質(zhì)和染色體 處于分裂間期的細(xì)胞，細(xì)胞核內(nèi)的 DNA 分子，在一些蛋白質(zhì)的幫助下，有一定程度的盤(pán)繞，形 成核小體。 （ 2）有絲分裂過(guò)程 前期 ： 染色質(zhì)濃縮，折疊，包裝，形成光鏡下可見(jiàn)的染色體，每條染色體含兩條染色單體。體細(xì)胞的分裂稱(chēng)為有絲分裂；生殖細(xì)胞形成過(guò)程中，則有與之不同的減數(shù)分裂。 原核生物的細(xì)胞分裂 原核生物以細(xì)菌為例，細(xì) 胞分裂比較簡(jiǎn)單。 依據(jù)有無(wú)細(xì)胞核，整個(gè)生命世界可以區(qū)分為兩大類(lèi)： 原核生物 真核生物 細(xì) 菌 植 物 古生菌 動(dòng) 物 等 等 真菌（霉菌、酵母 ) 原生動(dòng)物 藻 類(lèi) 三、細(xì)胞分裂和細(xì)胞周期 為什么會(huì)有細(xì)胞分裂？ 隨著細(xì)胞生長(zhǎng)，細(xì)胞體積增大，而細(xì)胞表面積和體積之比 (表面積 /體積 )卻在變小。 核糖體 由 RNA 和蛋白質(zhì)形成的大顆粒，是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所。 溶酶體 由單層生物膜圍成，是生物大分子分解的場(chǎng)所。 ?古生菌除脂雙層結(jié)構(gòu)外，也有脂單層結(jié)構(gòu)，脂單層結(jié)構(gòu)難被剝離，所以廣泛存在于嗜熱古生菌中 細(xì)胞核由兩層生物膜圍成，遺傳信息貯藏在核內(nèi)，是 DNA 復(fù)制和 RNA 合成場(chǎng)所。在水環(huán)境中，這類(lèi)分子會(huì)自發(fā)形成脂雙層微囊。 1930s－ 1940s 期間弄清病毒的化學(xué)本質(zhì)和電鏡結(jié)構(gòu)： 病毒是一類(lèi)不具細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生命形態(tài)。 值得注意的是，從兩篇經(jīng)典的論文看來(lái)，細(xì)胞學(xué)說(shuō)不但關(guān)系到生物體的構(gòu)造，也關(guān)系到生物體的生長(zhǎng)與發(fā)育。 （ 3）新細(xì)胞由老細(xì)胞繁殖產(chǎn)生。逐漸形成一個(gè)觀念：各種生物都是由細(xì)胞組成的。核糖體與 mRNA 脫開(kāi)。 第一個(gè)氨基酸以羧基聯(lián)到第二個(gè)氨基酸上，形成肽鍵。 tRNA 的二級(jí)結(jié)構(gòu)呈三葉草形，它的任務(wù)是搬運(yùn)氨基酸。 蛋白質(zhì)合成的第一步是 mRNA 的合成 mRNA 合成需要： ? 以四種三磷酸核苷為原料 ATP、 GTP、 UTP、 CTP； ? 以 DNA（大分子中的一段）為模板 ； ? 由 RNA 聚合酶催化。 蛋白質(zhì)合成的第一步，由 DNA 指導(dǎo) mRNA（信使 RNA）的合成。 四、生物體內(nèi)存在著復(fù)雜的代謝網(wǎng)絡(luò) 已介紹三條代謝途徑 ： 糖酵解途徑、三羧酸循環(huán)和呼吸鏈， 都與分解代謝，產(chǎn)生能量有關(guān)。 C、 呼吸鏈 脫下的氫可以看作是電子加上質(zhì)子 2H＝ 2e＋ 2H＋ 在呼吸鏈起端，電子處在高能水平，傳遞到 O2 時(shí)，處于低能水平。 生物體內(nèi)氧化分步驟進(jìn)行 與葡萄糖氧化分解產(chǎn)生能量有關(guān)的三條代謝途徑 A、 糖酵解途徑 六個(gè)碳的葡萄糖分解為兩個(gè)三碳的丙酮酸，凈得兩個(gè) ATP，同時(shí)還產(chǎn)生 NADH。 有哪些不 同？ A、生物體內(nèi)氧化比燃燒過(guò)程緩慢的多，不是猛然地發(fā)出光和熱。 暗反應(yīng)：把 ATP 和 NADPH 中的能量，用于固定 CO2，生成糖類(lèi)化合物。 生物體把能量用在生命活動(dòng)的各個(gè)方面 太陽(yáng)能是整個(gè)生命世界的能量源泉 綠色植物和光合細(xì)菌把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，利用太陽(yáng)能合成有機(jī)物；除了維持自身的生存還為其他生物提供食物。 每一個(gè)反應(yīng)都有兩個(gè)側(cè)面： 物質(zhì)代謝――由底物分子變成產(chǎn)物分子 能量代謝――消耗能量或釋放能量 n 氨基酸 + 能量 蛋白質(zhì) 2 丙酮酸 + 能量 葡萄糖 從小分子合成大分子需要消耗能量。 例如，酶與磷酸根的結(jié)合。這種情況稱(chēng)為 “ 反饋抑制 ” 。 酶與底物的專(zhuān)一結(jié)合，又是酶促反應(yīng)專(zhuān)一性的體現(xiàn)。 ? 即使對(duì)可以進(jìn)行的反應(yīng)來(lái)說(shuō)，反應(yīng)物分子應(yīng)越過(guò)一個(gè)活化能才能發(fā)生反應(yīng)。 一、酶是生物催化劑 酶的催化特點(diǎn) 催化劑可以加快化學(xué)反應(yīng)的速度，酶是生物催化劑，它的突出優(yōu)點(diǎn)是： 催化效率高 專(zhuān)一性質(zhì) 可以調(diào)節(jié) 用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)證明酶的催化效率： 酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì) ， 有的酶僅僅由蛋白質(zhì)組成，如：核糖核酸酶。通過(guò)新陳代謝不斷把太陽(yáng)能或食物中貯存的能量， 轉(zhuǎn)化為可供生命活動(dòng)利用的能量，不斷制造出各種大、小分子以供生命活動(dòng)所需要。 維持生物大分子高級(jí)結(jié)構(gòu)的重要因素－－非共價(jià)鍵 C＝ O H－ O C－ N H C－ O H3 N－ 非共價(jià)鍵的鍵強(qiáng)度很小，所以 注意：雙硫鍵也在維持蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)中起重要作用。 核苷酸通過(guò)磷酸二酯鍵聯(lián)成核酸 四、生物大分子的高級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu) 由生物小分子到生物大分子，分子增大，出現(xiàn)新的性質(zhì)。 ?神經(jīng)節(jié)苷脂 GM2的功能是覆蓋于神經(jīng)細(xì)胞，使神經(jīng)細(xì)胞與相鄰的細(xì)胞分隔開(kāi)，從而加速神經(jīng)沖動(dòng)的傳遞。 關(guān)于此病的唯一好消息就是它在大多數(shù)人群中就十分罕見(jiàn)的；然而在中歐地區(qū)的德裔猶太人及其后裔中，此病的發(fā)病率達(dá)到了兒童的 1/3600，并且大約 1/30 的成人帶缺陷基因。這些早期癥狀往往被父母和醫(yī)生所忽略。 （ 2）天然單糖在 C5 位上羥基有固定結(jié)構(gòu)方向，天然單糖大多數(shù)是 D型糖。所以，一些微量元素在 1950s 或 1970s 以后才確證為人體必需微量元素。 進(jìn)一步闡明該種元素在身體中起作用的代謝機(jī)理。 這里先介紹生命的元素組成，主要為后面第二講（ 構(gòu)造生物的基本元件）和第三講（ 生物體的新陳代謝）做準(zhǔn)備。 從傳統(tǒng)生物學(xué)到現(xiàn)代生命科學(xué) ——生命科學(xué)能夠迎接 21 世紀(jì)的挑戰(zhàn) 生物學(xué)經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段： ? 描述生物學(xué)階段 （ 19 世紀(jì)中葉以前） （ 1） 描述生物學(xué)階段（ 19 世紀(jì)中葉以前） 主要從外部形態(tài)特征觀察、描述、記載各種類(lèi)型生物，尋找 他們之間的異同和進(jìn)化脈絡(luò) 達(dá)爾文 《物種起源》（ 1859） （ 2）實(shí)驗(yàn)生物學(xué)階段（ 19 世紀(jì)中到 20 世紀(jì)中） 利用各種儀器工具，通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，探索生命活動(dòng)的內(nèi)在規(guī)律 （ 3）創(chuàng)造生物學(xué)階段（ 20 世紀(jì)中葉以后） 生命科學(xué)如何發(fā)揮它的重要作用？ ?生命科學(xué)必須和物理科學(xué)、工程科學(xué)等其他學(xué)科相結(jié)合 （ 1）從我國(guó)科學(xué)發(fā)展規(guī)劃看生命科學(xué)的重要性 （ 2）生命科學(xué)必須和物理科學(xué)、工程科學(xué)等其他學(xué)科相結(jié)合 21 世紀(jì)是生物的世紀(jì)，但生物學(xué)要有大突破必須尋求物理學(xué)科等其他學(xué)科的支持。 二、 21 世紀(jì)將是生命科學(xué)的世紀(jì) 1． 帶頭學(xué)科 近 300 年來(lái)（ 1720 世紀(jì)）：物理學(xué)一直作為帶頭學(xué)科 17 世紀(jì)中葉 牛頓經(jīng)典力學(xué) 18 世紀(jì)中葉 （蒸汽機(jī)）工業(yè)革命 19 世紀(jì)中后 電氣革命 20 世紀(jì)初 量子論、相對(duì)論和核物理標(biāo)志著物理學(xué)革命性飛躍。第一講 序論 一、為什么要上《生命科學(xué)導(dǎo)論》課 二、 21 世紀(jì)將是生命科學(xué)的世紀(jì) 三、生命科學(xué)向我們每個(gè)人走來(lái) 四、生命的元素組成 吳慶余主編 .《基礎(chǔ)生命科學(xué)》，高等教育出版社， 2022 張惟杰主編 .《生命科學(xué)導(dǎo)論》 , 高等教育出版社， 1999 一 為什么要開(kāi)設(shè)《現(xiàn)代生物學(xué)導(dǎo)論 》 課？ 1．高等教育的目標(biāo) 哈佛大學(xué)教學(xué)計(jì)劃說(shuō)明 ―every Harvard graduate should be broadly educated as well as trained in a particular academic specialty or concentration.‖ 每一個(gè)哈佛畢業(yè)生應(yīng)該受到 廣博教育 并且還應(yīng)在專(zhuān)門(mén)的學(xué)科方面得到一定的 培訓(xùn) 哈佛大學(xué)核心課程主要包括六大門(mén)類(lèi) 1. 各國(guó)文化 2. 歷史研究 3. 文學(xué)美術(shù) 4. 道德倫理 5. 科學(xué) :數(shù)學(xué) ， 生命科學(xué) 6. 社會(huì)分析 人格的養(yǎng)成 — 從歷史