【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 是生物大分子分解的場(chǎng)所。 線粒體 由雙層生物膜圍成，是生物氧化、產(chǎn)生能量的場(chǎng)所。 細(xì)胞質(zhì) 有多種蛋白質(zhì)和酶，是糖酶解和糖元合成等反應(yīng)的場(chǎng)所。 細(xì)胞骨架 由蛋白質(zhì)亞基組裝成，和細(xì)胞形狀、遷移、信息傳導(dǎo)等有關(guān)。 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。 植物細(xì)胞的典型結(jié)構(gòu) 與動(dòng)物細(xì)胞相比 ， 有幾點(diǎn)不同 ： 植物細(xì)胞 動(dòng)物細(xì)胞 有細(xì)胞壁 沒(méi)有細(xì)胞壁 有葉綠體 沒(méi)有葉綠體 有中央液泡 沒(méi)有中央液泡 真核細(xì)胞和原核細(xì)胞 細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)與動(dòng)、植物細(xì)胞不同，要簡(jiǎn) 單的多。最主要的差別是細(xì)菌沒(méi)有細(xì)胞核結(jié)構(gòu)，核物質(zhì)－ DNA 還是有的，形成核區(qū) (又稱擬核 )。并且細(xì)菌細(xì)胞也沒(méi)有其他各種細(xì)胞器。 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： 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 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。 活細(xì)胞不斷進(jìn)行新陳代謝，細(xì)胞表面擔(dān)負(fù)著輸入養(yǎng)分，排出廢物的重任。 表面積 /體積 比值的下降，意味著代謝速率的受限和下降。所以，細(xì)胞分裂是細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程中保持足夠表面積，維持一定的生長(zhǎng)速率的重要措施。 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。 細(xì)胞生長(zhǎng)增大到一定程度， DNA 復(fù)制，形成兩個(gè) DNA 分子，分別移到拉長(zhǎng)了的細(xì)胞兩端，中間形成新的細(xì)胞間隔，進(jìn)而形成細(xì)胞壁，成為兩個(gè)細(xì)胞。這個(gè)過(guò)程稱為 二分分裂 。 真核細(xì)胞的有絲分裂 大多數(shù)真核生物是多細(xì)胞生物。體細(xì)胞的分裂稱為有絲分裂；生殖細(xì)胞形成過(guò)程中，則有與之不同的減數(shù)分裂。 （ 1） 細(xì)胞分裂周期 細(xì)胞從前一次分裂開(kāi)始到后一次分裂開(kāi)始，這段時(shí)間稱為一個(gè) ： 細(xì)胞周期。 通常 ， 細(xì)胞周期可以區(qū)分為四個(gè)階段： M 期 ——分裂期，在這個(gè)階段可以在顯微鏡下看到細(xì)胞分裂過(guò)程。 G1 期 —— S 期 —— DNA 合成期 G2 期 —— G1 期， S 期和 G2 期又總稱為 ： 分裂間期。 （ 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。 中期 ： 核膜消失，染色體排列在赤道板上。 后期 ： 姐妹染色單體分開(kāi)，被分別拉向細(xì)胞兩側(cè)。 末期 ： 重新形成核膜，染色體消失。 （ 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，有一定程度的盤繞，形 成核小體。多個(gè)核小體串在一起形成染色質(zhì)。所以，染色質(zhì)是在細(xì)胞分裂間期遺傳物質(zhì)存在的形式。 核小體直徑 10nm，光鏡下看不到。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。 應(yīng)記住，在染色體出現(xiàn)時(shí)，細(xì)胞已經(jīng)過(guò) S 期完成 DNA 復(fù)制，已由原來(lái)的每個(gè) DNA 分子復(fù)制出兩個(gè) DNA 分子。所以，每條染色體由兩條姐妹染色單體組成。 通常把體細(xì)胞稱為雙倍體細(xì)胞，體細(xì)胞的遺傳物質(zhì)的總含量為 2n。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。細(xì)胞分裂完成時(shí)，出現(xiàn)的兩個(gè)子細(xì)胞又都回復(fù)為 2n。 不同物種的細(xì)胞，染色體數(shù)目不同。所以，染色體數(shù)目也是不同物種細(xì)胞的特征。因?yàn)椋瑢?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)。 物種 染色體數(shù)目 物種 染色體數(shù)目 人 46 豌豆 14 小鼠 40 玉米 20 爪蟾 36 小麥 42 果蠅 8 酵母 32 真核細(xì)胞的減數(shù)分裂 （ 1）減數(shù)分裂發(fā)生在產(chǎn)生生殖細(xì)胞的過(guò)程中。生殖細(xì)胞包括卵細(xì)胞和精子細(xì)胞。它們的遺傳物質(zhì)總量?jī)H為體細(xì)胞的一半，稱為 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。 （ 2）減數(shù)分裂后，細(xì)胞中染色體數(shù)目減少一半。 減數(shù)分裂可以分為兩個(gè)階段： 第一次減數(shù)分裂： DNA 復(fù)制一次，細(xì)胞分裂一次。 結(jié)果，子細(xì)胞染色體數(shù)目減半，遺傳物質(zhì)總量由 2n 變?yōu)?n。 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。 （ 3）減數(shù)分裂豐富基因組合 減數(shù)分裂的特點(diǎn) ： 一是子細(xì)胞染色體數(shù)減半 ； 二是子細(xì)胞基因組合大為豐富。 基因組合的豐富由兩個(gè)原因造成。 首先，體細(xì)胞的染色體實(shí)際上是由兩套同源染色體組成。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。 在減數(shù)分裂的第一次分裂時(shí)，每對(duì)同源染色體分別分配至兩個(gè)子細(xì)胞。于是父源的同源染色體和母源的同源染色體以不同組合，分配到兩個(gè)子細(xì)胞中去。這樣，產(chǎn)生不 同染色體組合的配子種型大增。 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。這使基因組合狀況更為復(fù)雜化。 所以，經(jīng)由減數(shù)分裂產(chǎn)生的生殖細(xì)胞，其基因組合表現(xiàn)極大的豐富和多樣化。結(jié)果是 , 有性生殖的后代具有更豐富的基因組合，具有更強(qiáng)的適應(yīng)性和進(jìn)化潛能。 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)。 細(xì)胞種類有 200 多種。 這么多種類細(xì)胞均來(lái)自一個(gè)受精卵細(xì)胞。 細(xì)胞分化的定義：發(fā)育過(guò)程中細(xì)胞后代在形態(tài)、 結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生差異的過(guò)程稱為細(xì)胞分化。 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。如：人體血細(xì)胞的產(chǎn)生。 分化以后不同種類的細(xì)胞， 形態(tài)不同， 功能不同， 基因表達(dá)不同， 代謝活動(dòng)也不同。 細(xì)胞的衰老 衰老是人們永恒的議題，至今仍是一個(gè)迷。 人體衰老時(shí)，身體各部分功能都發(fā)生衰老。 身體的衰老是以細(xì)胞衰老為基礎(chǔ)的。實(shí)驗(yàn)證明，細(xì)胞有著明顯的衰老過(guò)程。 亦有人認(rèn)為，人體衰老 時(shí)，并非全身細(xì)胞均衡衰老，而是部分細(xì)胞衰老，導(dǎo)致整體機(jī)能失調(diào)。激素系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)的衰老對(duì)全身的影響最大。 衰老的機(jī)理，尚不清楚，有各種學(xué)說(shuō)。自由基假說(shuō)是其中廣為人們接受的一種假說(shuō)。 細(xì)胞凋亡 多細(xì)胞生物個(gè)體的一生中，不斷發(fā)生構(gòu)成身體的細(xì)胞的死亡。 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，稱為病理死亡，或細(xì)胞壞死。 ? 因個(gè)體正常生命活動(dòng)的需要，一部分細(xì)胞必定在一定階段死去，稱細(xì)胞凋亡。 細(xì)胞凋亡是普遍存在的 細(xì)胞凋亡和細(xì)胞壞死有明顯區(qū)別 ： 細(xì)胞變圓 ,與周圍細(xì)胞脫開(kāi) 細(xì)胞外形不規(guī)則變化 核染色質(zhì)凝聚 溶酶體破壞 細(xì)胞膜內(nèi)陷 細(xì)胞膜破裂 細(xì)胞分為一個(gè)個(gè)小體 胞漿外溢 被周圍細(xì)胞吞噬 引起周圍炎癥反應(yīng) 細(xì)胞凋亡受基因控制。線蟲(chóng)是研究細(xì)胞凋亡的理想材料。 每條線蟲(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。從 線蟲(chóng)中找到若干控制細(xì)胞凋亡的基因。 第五講 從基因到基因工程 生命最重要的本質(zhì)之一是性狀特征自上代傳至下代 ——遺傳。 今天，從遺傳學(xué)研究衍生出來(lái)的基因工程技術(shù)，已構(gòu)成生物技術(shù)的核心，在實(shí)際應(yīng)用中顯示出極大的潛力。 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。 孟德?tīng)枺?1822－ 1884）從 1856 年起開(kāi)始豌豆試驗(yàn)。 孟德?tīng)柕幕痉椒ㄊ请s交。 經(jīng)過(guò)近 10 年的潛心研究，孟德?tīng)柊l(fā)表了他的研究報(bào)告。其內(nèi)容可概括兩個(gè)定律。 孟德?tīng)柕谝欢桑蛛x律 他用一對(duì)性狀雜交，子一代全為顯性性狀，子一代之間自交，子二代為： 顯性性狀：隱性性狀＝ 3： 1 孟德?tīng)柕诙桑杂山M合律 他用兩對(duì)性狀雜交，子一代全為顯性性狀，子一代之間雜交，子二代出現(xiàn)四種性狀，其數(shù)量比例為 9： 3： 3： 1 孟德?tīng)枌W(xué)說(shuō)的要點(diǎn) 依據(jù)上面的試驗(yàn)結(jié)果，孟德?tīng)栒J(rèn)為，每株豌豆植株中的每一對(duì)性狀，都是由一對(duì)遺傳因子所 控制的，遺傳因子有顯性因子和隱性因子之分。 當(dāng)一株植株中控制某一對(duì)性狀的一對(duì)遺傳因子均為隱性因子時(shí)，該植株才表現(xiàn)出隱性性狀（如白花或綠色豆粒）。其他情況下，均表現(xiàn)出顯性性狀。這一點(diǎn)在分離律實(shí)驗(yàn)中看的很清楚。 當(dāng)兩對(duì)性狀一起加以研究時(shí) ， 顯性和隱性的基本規(guī)律仍與上面相同 ， 但要加上一條 ， 控制不同性狀的遺傳因子 ， 在傳代中各自獨(dú)立 ， 互不干擾 ,出現(xiàn)自由組合現(xiàn)象。 孟德?tīng)査枷胫瑁盒阅苡梢粚?duì)因子控制（如硬幣的兩面），一對(duì)性能（如兩個(gè)硬幣）是隨機(jī)組合的 孟德?tīng)枌W(xué)說(shuō)的重要意義 （ 1）孟德?tīng)柕谝淮蚊鞔_提出遺傳 因子的概念 , 并且提出了遺傳因子控制遺傳性狀的若干規(guī)律： 大多數(shù)生物體通常由 一對(duì)遺傳因子（后來(lái)稱為兩個(gè)等位基因）控制同一性狀。這樣的生物體稱為 2n 個(gè)體。 遺傳因子可以區(qū)分為顯性和隱性。 控制不同性狀的遺傳因子是各自獨(dú)立的。 （ 2）孟德?tīng)柼岢隽穗s交、自交、回交等一套科學(xué)有效的遺傳研究方法，來(lái)研究遺傳因子的規(guī)律。孟德?tīng)杽?chuàng)立的這套方法一直沿用到 1950s，才被分子遺傳學(xué)方法取代。 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。 摩根實(shí)驗(yàn)室用果蠅為材料的工作，確定了基因在染色體上的分布規(guī)律（基因的連鎖與互換定律）。 基因重組服從這樣的規(guī)則： 兩個(gè)基因在染色體上離得越遠(yuǎn)，重組頻率越高； 兩個(gè)基因在染色體上離得越近，重組頻率越低。 遺傳物質(zhì)是 DNA 各方面的實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，基 因的化學(xué)本質(zhì)不是蛋白質(zhì)，而是 DNA。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。后來(lái)愛(ài)弗萊的實(shí)驗(yàn)（ 1944）證實(shí)，進(jìn)入細(xì)菌改變特性的遺傳物質(zhì)是 DNA，而不是蛋白質(zhì)。 華生和克里克提出 DNA 雙螺旋模型。 DNA 雙螺旋模型說(shuō)明 DNA 分子能夠充當(dāng)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。 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。 DNA 的半保留復(fù)制 DNA 在自我復(fù)制的過(guò)程中，兩條雙鏈打開(kāi)，以形成的兩條單鏈為模板，各自合成一條與之互補(bǔ)的新鏈。新形成的兩條 雙鏈 DNA 中各含有一條舊鏈和一條新鏈，所以稱為半保留復(fù)制。 DNA 作為遺傳物質(zhì)的功能 （ 1）貯藏遺傳信息的功能 （ 2）傳遞遺傳信息的功能 （ 3）表達(dá)遺傳信息的功能 由此，克里克提出中心法則 , 確定遺傳信息由 DNA 通過(guò) RNA 流向蛋白質(zhì)的普遍規(guī)律。 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。 基因理論中的許多復(fù)雜