生化专题生物的调控1.ppt
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1、生物的调控 张方东,生物调控的重要性:,例子 细胞全能性 植物细胞的全能性(totipotancy)指植物的每一个细胞具有该植物的全部遗传信息和离体细胞在一定培养条件下具有发育成完整植株的潜在能力。,1.动物细胞克隆羊“多莉”,1997年2月23日,英国苏格兰罗斯林研究所的科学家宣布,他们的研究小组利用山羊的体细胞成功地“克隆”出一只基因结构与供体完全相同的小羊“多莉”(Dolly),世界舆论为之哗然。“多莉”的特别之处在于它的生命的诞生没有精子的参与。研究人员先将一个绵羊卵细胞中的遗传物质吸出去,使其变成空壳,然后从一只6岁的母羊身上取出一个乳腺细胞,将其中的遗传物质注入卵细胞空壳中。这样就
2、得到了一个含有新的遗传物质但却没有受过精的卵细胞。这一经过改造的卵细胞分裂、增殖形成胚胎,再被植入另一只母羊子宫内,随着母羊的成功分娩,“多莉”来到了世界。,克隆羊“多莉”,这是维尔穆特用他喜爱的乡村歌手多莉帕顿的名字命名的。,克隆羊“多莉”的研究者伊斯维姆.穆特,年月日,英国一个名叫多莉的克隆羊,因患严重肺病而接受“安乐死”。 宣布这一消息的正是成功克隆多莉而名震世界的英国爱丁堡罗斯林研究所,该研究所负责人哈里格里芬当天在其总部所在地苏格兰首府爱丁堡对媒体说,兽医证实多莉的确病魔缠身且无法治愈,研究人员才最终决定给这个“动物明星”实施“安乐死”。,典型的“高龄病症”对当时还年轻的多莉而言,意
3、味着目前的克隆技术尚不完善.,http:/ 中国新闻周刊:多莉早夭,http:/ 克隆羊多莉前世今生,绵羊寿命一般为或岁,所以科学家现在面临的问题是:为什么多莉岁就患老年疾病。,曾经在我国率先克隆出第一头克隆牛的中国农业大学教授陈永福说,“生命的长短取决于染色体分裂次数,多莉羊之所以岁多就出现早衰症状,那是因为它的遗传物质取自一头六七岁的绵羊。按普通绵羊十一二岁的寿命,这头绵羊体细胞中的染色体已经分裂了六七年,因此,它们在多莉羊体内当然也只能再持续分裂六七年,这说明克隆技术无法让细胞返老还童”。,美国广播公司28日报道,美国华盛顿州达令顿地区男孩塞斯库克尽管只有12岁,但他的模样看上去却像一名
4、头发掉光、满脸皱纹的八十老翁。据悉,库克患有一种罕见的儿童早衰症,尽管他的心仍是一颗孩子的心,但他的血管却都已硬化,并饱受关节炎的折磨。由于没有完整发育,他只有1米高,25磅重。12岁的库克目前最大的梦想,就是能活到“青少年时代”。全世界的早衰症患者目前约有42人,但科学家至今没找到治愈早衰症的方法。,12岁的早衰人塞斯库克,2.肿瘤的分子生物学研究,Brain Tumor Cells,细胞周期的不同阶段。在第一个阶段(G1)细胞生长。一旦细胞长大到一定程度细胞就进入DNA合成阶段(S) ,此时染色体复制。在下阶段(G2)细胞准备分裂。在有丝分裂(M)中染色体分隔到两个子细胞,子细胞从而 得到
5、完全相同的一副染色体。于是细胞返回G1阶段,细胞周期结束。,细胞周期蛋白依赖激酶 cdk分子的数量在细胞周期中是恒定的,但是它们的活性 由于细胞周期蛋白cyclin的调节功能而发生变化。细胞周期蛋白依赖激酶和细胞周期蛋白一起驱动细胞从细胞周期的一个阶 段到下一个阶段。cdk分子可以比作引擎,cyclin而可以比作齿轮箱以控制引擎处于空转状态或者驱动细胞 继续细胞周期。,肿瘤细胞之所以成为恶性细胞,其关键的生物学特征就是增殖与分化调控的失常,它们能持续地生长和分裂。 在高等生物体内,体细胞的生长分化是有限度的,它们受到了严密的控制,主要通过增殖因子(Proliferafive factor RF
6、)、抑制因子( Inhibiting factor IF)和分化因子(Differentiating factor, DF)的相互作用,彼此制约而维持一定的平衡,协调着细胞的分裂与成熟,使细胞生长分化处在一个网络系统的整体调控之下。,癌基因(Oncogenes)最早发现于逆转录病毒,在动物的正常细胞中也存在与病毒癌基因相似的DNA序列称为原癌基因(Proto-oncogenes),它们具有正常功能,但又易受各种因素的影响,通过不同的途径被激活,导致细胞癌变。 在正常情况下,原癌基因是一大类与细胞分裂调控有关的基因群,涉及细胞信号传递系统的各个层次,其产物包括生长因子、生长因子受体、信号传递物、
7、蛋白激酶及转录激活因子等。他们的正常生理功能是调节细胞增殖活动,与细胞的生长分化密切相关,因而在细胞的发育中具有不可替代的重要作用。,抑癌基因(Tumer-suppressor gene, Antioncogenes)则是一类可阻止细胞分裂,抑制细胞生长并能潜在抑制癌变作用的基因,包括编码抑制细胞生长物质的结构基因、调控基因表达的调控序列及某些与基因组稳定性有关的基因等。抑癌基因的主要生理功能就是参与组织细胞的分化过程。,原癌基因与抑癌基因都是控制细胞生长分化的基因,是细胞生长分化一般调控途径的组成成分。它们通过所编码蛋白的相互作用而构成了细胞生长正负调节的两个方面,如果所原癌基因是正常细胞增
8、殖调控的正信号,促进细胞进入增殖周期,阻止其发生分化,那么抑癌基因就是细胞增殖调控的负信号,促进其发生分化成熟。,细胞癌变就是体细胞中本已关闭的与细胞增殖活动相关的基因群中某些基因又被重新打开,或是功能分化基因群中某些基因被不适当地关闭所造成的后果。,3“人类基因组计划”的困惑,20 世纪生物学最宏伟的计划是人类基因组的作图与测序(Mapping and Sequencing the Human genome), 该计划总的目标是以美国为主,通过国际合作,在15年内完成人基因组23条染色体上基因的作图和DNA全长(3109 bases)的测序。,在完成人类基因组DNA测序以后,更艰巨的任务是蛋
9、白质基因组及其基因的功能,人和生物是由细胞组成的多层次的复杂系统,其生长、发育和各种功能活动都是系统的行为,只能通过对系统的分析研究才能了解,因此,除需要进一步寻找在生物学上重要的个别基因并研究其结构和功能外,更重要地应了解整个基因组及其产物,如何协同调节细胞和生物体的功能活动。,仅了解基因并不能完全了解生物,如镰刀形贫血症: 珠蛋白基因。,艾滋病作为“超级癌症”,已有传染全球之势。它的病因明确、发病过程基本清楚、病原体的基因细维结构都已探明,但是找不到有效的治疗和预防办法。,冠状病毒科:SRAS,人类与黑猩猩差别仅有1%吗?,基因的3个层次 中国科学院北京基因研究所副所长于军研究员,定义基因
10、的第一个层次是界定其结构单元。基因的结构单元由3个基本部分组成:DNA部分,也就是基因在染色体上由碱基对组成的序列,物种间在DNA序列上 的差异,是基因在结构单元上差异的基础;RNA部分,通常被DNA部分所涵盖,不仅编码蛋白质,也编码行使功能的RNA;蛋白质部分,由信使RNA编码, 可以直接行使功能。,基因的第二个层次是它的功能单元,是由结构单元的后两个部分RNA和蛋白质组成。因为不是所有单个基因都有可定义的功能,所以基因的功能单元可以不是一个基因。比如核糖体是由若干RNA和蛋白质组成,构成一个功能单元,任何一个部分都是没有功能的 。,基因的第3个层次是基因的表型或表观单元,即基因表现出来的表
11、征,如肤色、骨骼结构和行为等。尽管它们是由基因所决定的,但大多不是由单个基因结构单元所 决定,有的是由若干个功能单元组成。如果从上述3个不同层次来描述物种的差异,我们可以看到,作为结构单元,DNA水平的差异不能完全体现在RNA和蛋白 质上,而RNA上的差异也不会完全体现在蛋白质上。三者并不等同,也就是说DNA、RNA和蛋白质都不同程度地代表着基因的结构单元。RNA和蛋白质有时可独立构成基因的功能单元,有时仅是功能单元的一部分。,调控的意义,人类的疾病 统计资料:第一位的是? 农业生产中的重要问题 杂种优势、抗逆性、产量等。,神经水平 激素水平 动物 细胞水平 植物 单细胞生物 酶水平,生物的调
12、控层次,细胞水平:,DNA 转录前调节 转录调节 转录初产物RNA 转录后加工的调节 转运调节 成熟RNA 降解调节 翻译调节 蛋白质前体 加工调节 定向运输调节 降解调节 成熟蛋白质(酶) 活性调节,第一节 基因表达的调控,一、转录前水平的调控 (一)染色体的丢失 某些低等真核生物,如原生动物、线虫、昆虫和甲壳类如剑水虱(Cyclops)在个体发育过程中,许多体细胞常常丢失掉整条或部分染色体,从而使染色质减少约一半,只有将来产生生殖细胞的那些细胞一直保留整套染色体。,线 虫,剑水虱Cyclops,(二)异染色体质化,凝缩状态的染色质称为异染色质,为非活跃转录区。真核生物可以通过异染色质化而关
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- 生化 专题 生物 调控
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