第三章环境污染治理基因工程技术.

1、细胞学说的建立与发展1858年1839年1665年1665年，英国科学家胡克用自己设计与制造的的简易显微镜观察标树软木塞切片时，发现其中有许多小室， 他把这些小室称为细胞，实际上胡克当时看到的是细胞壁。这是人类发现 细胞的第一步。1674年荷兰学者用设计较好的显微镜观察了许多动植物的活细胞和原生动物，在观察鱼的红细胞时描述了细 胞核的结构。1838年，德国植物学家施莱登使用分辨率达lpm的显微镜，观察了大量的植物组织后提出：“植物，不论发 展到多么高级，都是由充分个体化的、各自独立的、分离的物体组成的聚合 物，这些物体就是细胞。"1839年，德国动物学家施旺通过对 鱼.蛙、猪、等多种

2、多细胞的系统观察 后提出："细血是有机体，整个动物和植物都是细胞的集合体,它们依照一定的规律排列在动植物体内。”1858年，德国医生和病理学家魏尔肖扌旨出：细胞只能来自细胞，细胞是 一个相对独立的生命活动的基本单位。 这被认为是对细胞学说的重要补充。1861年，舒尔茨提出了原生质理论，认一为有机体的组织单位是一小团原生质，这种物质在一般有机体中是相似的。1883年，Ven Beneden发现动物细胞的 减数分裂。随着显微镜原理和装置的重大发 展，各种细胞器被相继发现。此后，实验细胞学和细胞学的分支等得 到了快速发展。显微镜的发明列文虎克自制的显微镜(300X)发现的各种细胞雨水中的微

3、生物普通光学显微镜的构造xx聚光器反光镜镜座粗准焦螺旋镜筒细准焦螺旋转换器物镜电子显微镜的发明高电压下电子流波长很短(10 0000 X)卢新卡 (Ernst Ruska)量早的电子显微镜x电子显微镜下的蚊子x常用的电子显微镜透射电子显微镜常用的电子显微镜常用的电子显微镜常用的电子显微镜常用的电子显微镜常用的电子显微镜扫描电子显微镜常用的电子显微镜常用的电子显微镜大肠杆菌其他显微镜其他显微镜3）相差显微镜草履虫相差显微图肉毒梭苗相差显微图其他显微镜4）暗野显微镜bgHDarfc-feU stop梅毒螺旋体昭视野显微图原理图团藻和水绵暗视野显微图原理可观察到的范围生物体的曰官组织结构 或生物细胞

4、的内部构造透射电子显澈镇电子孑透薄切片.然后经电磁 镜”放大细胞内部的超微结构扫描电子显做偵电子射到样品衰面发射出更多的二 次电子.放大样品的表茴老态荧先见微镜落射式光瀕通过愉镜投射于样品上. 经萦外钱照射发出荧光細胞中的集整物质 （叶绿素、敬等）裁光共聚焦扫描捱橄 镜用2ft光作扫描光源.逐点、超行、 逐面快速扫描成像,扫描的激光与荧光牧 集共用一个物镇.物钱的殊点即扫描激光的 点观察纳胞形态2.细胞内生化成分的定分 析.光密度统计以及细购形态的 测相差显微镜把透过标*的可见光的光程菱变成 娠幅差，从而各种结构问的对比度， 使各种结构变得満晰可见未经集色的标本和话细胞暗视野显滋镜小至4辽OO

5、nM微粒子第四章环境污染治理基因工程技术4.1细胞学说与分子生物学4.2细胞融合技术与环境污染治理4.3基因工程与环境污染治理4.4基因工程技术的安全性问题4.1细胞学说与分子生物学 4.1.2遗传的分子基础wswnncc.2噬茵体侵染细茵的实验（噬筋体的DNA在遣传中起遗传 物质作用D、A是遗传物质）4.1细胞学说与分子生物学 4.1.2遗传的分子基础1.遗传学说的3大理论发现（2） 2（唯纪50年代证明了 DNA的双螺旋结构A=T G = C由一条链的顺序可决定另一条链的顺序4.1细胞学说与分子生物学 4.1.2遗传的分子基础1.遗传学说的3大理论发现(3) 20*纪6()年代确定了遗传信

6、息的传递方式乳衲按纵了楔塑翻译一" O RNA聚合朋无法结合门动子DNA转$ I阻遏物活化胡遏物调节BY乳糖普运转§ I U转乙. 启动子撮纵七.結汕因RNA聚含阳厶RNA聚仑曲酬结合川逊，解別物译紺沟基阿遗传信息以密 码方式传递， 毎3个核昔酸 组成1个密码 子，代表1个 氨基酸。4.1细胞学说与分子生物学J 4.1.2遗传的分子基础1.遗传学说的3大理论发现(3) 20*纪60年代确定了遗传信息的传递方式NA（基白质(性状)是：转录是：翻译是：DNA复制是：逆转录 4.1.2遗传的分子基础转录(transcription)是以DNA中的_条单链为模板， 游离城基为原料，

7、在DNA依赖的RNA聚合酶催化下 合成RNA链的过程.mRNA, (RNA,RNAmRNA:携带遗传信息，在銀白质合成时充当模板的RNAtRNA:是具有携带并转运氨基駿功能的一类小分子核糖核酸。一种IRNA只能携带一种氨基酸.但一种2酸可枝不止一种tRA4g帯rRNA:与蛊白质结合而形成核糖体，是mRNA的支架，使mRNA 分子在其上展开，实现蛋白质的合成4.1细胞学说与分子生物学 4.1.2遗传的分子基础翻译：以m RNA为模板以tRNA为运载氨基酸工具，合成 有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程逆转录:以RNA为模板合成DNA的过程，是R7A病毒 的复制形式，需逆转录酶的催化.其过程先以RNA为

8、 模板，合成RNVDNA杂化双链'然后水解RNA链，再 以剩下的DNA单链为模板合成DN A双链4.1细胞学说与分子生物学2. DNA的分子结构 4.1.2遗传的分子基础富兰克林192U年生于伦敦，15岁就 立志要当科学家，但父亲并不支持她 这样做.她早年毕业于剑桥大学，专 业是物理化学.1945年，当获得博士 学位之后，她前往法国学习X射线衍 射技术.她深受法国同审的喜爱，有 人评价她“从来没有见到法语讲的 这么好的外国人”1951年，她回到 英国，在伦敦大学国王学院取得了一 个职位.在那时候，人们已经知道了脱氧核糖核酸（DNA）可 能是遗传物质，但是对于DNA的结构，以及它如何在

9、生命活动中发挥作用的机制还不甚了解.就在这时，富兰克林加入了研究DNA结构的行列 在相当不友善的环境下.她负责起实验室的DNA项目 时，有好几个月没有人千活.同事威尔金斯不喜欢她 进入自己的研究领城，但他在研究上却又离不开她. 他把她看作搞技术的副手，她却认为自己与他地位同 等，两人的私交恶劣到几乎不讲话.在那时的科学界, 对女科学家的歧视处处存在，女性甚至不被准许在大 学的高级休息室里用午餐.她们无形中被排除在科学 家间的联系网络之外，而这种联系对了解新的研究动 态、交换新理念、触发灵感极为重要.富兰克林在法国学习的X射线衍射技术在研究中 派上了用场。X射线是波长非常短的电磁波.医生通 常用

10、它来透视，而物理学家用它来分析晶体的结构. 当X射线穿过晶体之后，会形成衍射图 一种特 定的明暗交替的图形.不同的晶体产生不同的衍射图富兰克林拍摄的DNA晶体的 X射线衍射照片，这张照片 正是发现DNA结构的关键样，仔细分析这种图形人们就 能知道组成晶体的原子是如何 排列的.富兰克林精于此道， 她成功的拍摄了 DNA晶体的X 射线衍射照片.此时，沃森和克里克也在剑桥大学进行DNA结构的研 究，成尔金斷在富兰克林不知情的愴况下给他们看了那张 照片.根据照片，他们很快就领悟到了DNA的结构 现在已经成为了一个众所周知的事实两条以磷酸为骨 架的链相互缠绕形成了双螺旋结构，氢険把它们连结在一 起.当沃

11、森等人的论文发表的时候，富兰克林已经离开了 国王学院，威尔金斯似乎很庆幸这个不讨他喜欢的伙伴的 离去.然而富兰克林的贡献是毋腐置疑的：她分辨出了 DNA的两种构型，并成功的拍摄了它的X射线衍射照片。 沃森和克里克未经她的许可使用了这张照片，但她不以为 忤，反而为他们的发现感到高兴，还在自然杂志上发 表了一篇证实DNA双舞旋结构的文章.这个故事的结局有些伤感.当1962年沃森、克里克 和威尔金斯获得诺贝尔生理学或医学奖的时候，富兰克 林已经在4年前因为卵巢癌而去世。按照惯例，诺贝尔奖 不授予已经去世的人.此外，同一奖项至多只能由3个人 分享，假如富兰克林活着，她会得奖吗？性别差异是否 会成为公平

12、竞争的障碍？后人为了这个永远不能有答案 的问题进行过许多猜测与争论.今天，科技界对當兰克 林的工作给予很高评价，对威尔金斯是否有资格分享发 现DNA双螺旋结构的殊荣存在很大争论.与没有茯得诺贝尔奖相比，富兰克林的 早逝更加令人惋惜。她是一位才华横溢 的女科学家，然而知道她和她的贡扶的 人寥寥无几.沃森在双螺旋一书中 甚至公开诋毁富兰克林的形象与功绩， 歪曲她与威尔金斯之间的恩怨。许多关 于双螺旋的书籍和文章根本不提及富兰 克林，尽管克里克在很多年后承认“她 离真相已经只有两步”她是这倾斜的 世界中女科学家命运的代表.声誉逐渐得到公认去年2月，英国为了纪念她对发现DNA结构的贡扶而设立- 了一个

13、奖章.据报道，英国贸易与工业大臣帕特里厦休伊特 在一次关于女性与科研工作的讲话中说，她将通过英国皇家 学会设立“富兰克林奖章”，奖励像罗莎琳德富兰克林那样 在科研领域做出重大创新的科学家.这一奖项每年评选一次， 获奖者可以得到3万英镑的奖金.休伊特说，男性和女性科学 家都可以角逐富兰克林奖章，但她希望该奖项能够重点起到 提升女性在科研领域的形象的作用.历史上对于女科学家的歧视并不仅有这一个例子.1967 年，苏珊贝尔和她在剑桥大学的导师休伊什共同发现了脉冲 星，但是1974年的诺贝尔物理学奖只发给了休伊什.迄今只 有10位女性获得了科学方面的诺贝尔奖，科学界对女科学家 的歧视依然存在，种种社会

14、原因使许多有科学才能的女性缺 少发挥其专长的机会.4.1细胞学说与分子生物学 4.1.2遗传的分子基础2. DNA的分子结构DNA的结构层次(1 )组成元素：C. H、O. N. P(2)基本单位：脱氧核昔酸磷酸含疑碱基脱氧核糖腺嗓吟鸟嚓吟胞I®呢(A)(G)(C)I胸腺喀陀(T) 4.1.2遗传的分子基础2. DNA的分子结构入A、G C、一14.1细胞学说与分子生物学 4.1.2遗传的分子基础2. DNA的分子结构问题：DNA分子的空间结构有 哪些特点呢？沃森和克里克认为：DNA分子 的空间结构是规則的双螺旋结 构.DNA分子的结构模式图 4A.2遗传的分子基础2. DNA的分子

15、结构A4.1细胞学说与分子生物学 4.1.2遗传的分子基础2. DNA的分子结构DNA分子双螺旋结构的主要特点：(1 ) DNA分子是由两条链组成的，这两条链按反向平行方式 盘旋成双螺旋结构.(2 ) DNA分子中的脱氧核糖和确酸交替连接，排列在外侧， 构成基本骨架；碱基排列在内侧.(3)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对有一定的规律：A定与T配对，G定与C配对.减基之间的这种对应的关系，叫做碱基互补配对原则.DNA今&辖枸的麦要特止:年DNA分子是有2条链组成,反向平行盘旋成双螺旋结构。* 脱氧核烧和确酸交替连接,排列在外侧，构成基本骨 架；碱基对排列在内侧。摘碱基通过

16、氢键 磁基互补配对连接成碱基对，并遵循则。你注意到了吗？两条长链上的脱 I氧核糖与磷酸交 /替排列的顺序是 稳定不变的。、长链中的碱基对 )的排列顺序是千 变万化的。3 基因的表达与调控基因gene具有一定遗传效应的UNA分子中的特定核昔酸序列称为基因gene),是 遗传物质的最小功能单位。”基因是遗传信息的功能单位.j基因表达就是将基因所携带的遗传传息释放出来指导生物体性J 状表达的过程.！I； 基因表达过程是十分复杂的，具有不同的形式和赭确的调控。；4.1细胞学说与分子生物学3 基因的表达与调控基因 表达(gene expression )基因通过转录和翻译等过程形成具有特定功能的蛋白质的

17、过程。在生物体内，大部分遗传性状都是直接或间接通过蛋白质表现出来的.DNA RNA - protein4.1细胞学说与分子生物学 4.1.2遗传的分子基础3 基因的表达与调控-原核生物主要是在转录水平上调控基因的表达关便是控制启动子与基因之间的操纵位点单细胞的原核生物对环境条件具有高度的适应性，可以迅速 调节各种基因的表达水平，以适应不断变化的环境条件4.1细胞学说与分子生物学4.1.2遗传的分子基础基因的表达与调控ill J lifeMI754karting mraidr * | K»»t r.厂真核生物有复杂的染色体结构，基因组分散在多个染色体上 真核生物基因调控水平多

18、，层次多DNA水平上的调控，转录水平的调控，转录后调控，翻译水平上的调轨, 初译后调控激素与基因调控基因调控易存在变异失灵现象，产生胚胎发育变异、癌变等4.1细胞学说与分子生物学 4.1.2遗传的分子基础4 基因突变是产生遗传变异的主矣原因之一.DNA序列的改变称为突瓷.突变序列产生 后，可通过正常的1TNA复制和细胞分裂传给子细胞.点突变：在个别心对上发生突变，通常只彭响个别基因.大突变：可能涉及扭个基因以致多个雇因的一长段DNA序列的改变引起基因突变的物质：物理诱变剂（各种射线）化学诱变剂（碱基类似物，嵌入剂，化学修饰剂）<>4.1细胞学说与分子生物学 4.1.3 DNA重组技术按照人的意愿，在体外对DNA分子进行重组，再将重组分子导 入受体细胞，使其在细胞中扩增和繁殖，以获得itDNA分子的 大量拷贝，表达相关基因的产物，是进行基因功能研究的基本 方法.1.自然界生物的基因重组基因重组转珠位点重组同源重组:两个DNA分子之间交换同汲序列的重组方式. 非同源晝组：非同源DNA片段的交换或拼接. 4.1.3 DNA重组技术1.自然界生物的基因重组同源重组:两个DNA分子之间交换同源序列的重组方式.同源重组过程包括两个同源 DNA双螺旋分子的联会、交 又、