神奇的生物调控机制

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

２００３年２月１４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，意味着目前的克隆技术尚不完善.

/w/2003-02-24/1444920919.shtml

中国新闻周刊：多莉早夭

/kxbl/smqy/k30423-01.htm克隆羊多莉前世今生

绵羊寿命一般为１１或１２岁，所以科学家现在面临的问题是：为什么多莉６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６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BrainTumorCells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(ProliferafivefactorRF)、抑制因子(InhibitingfactorIF)和分化因子(Differentiatingfactor,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、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-suppressorgene,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》(MappingandSequencingtheHumangenome),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(3×109bases)的测序。

在完成人类基因组DNA测序以后，更艰巨的任务是蛋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：β－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闭某些基因的表达。例如：雌性哺乳动物细胞有两个X染色体，其中一个高度异染色质化而永久性地失去活性。dsDNA1／7核小体

1／6螺线管

1／40超螺线管

1／5染色单体

人细胞含有5.74×109bp，总长约2米，压缩在46个配对的染色体中，总长只有200微米，压缩比达104。

基因的转录活性与基因组DNA和染色质的空间结构状态有关。DNA与染色质蛋白质和少量RNA结合，产生超螺旋化和折叠，并被高度凝缩。在比较疏松的区域即所谓常染色质上，能活跃地进行转录，而在高度凝缩的异染色质上则很少出现RNA的合成。因此真核生物基因的活化可分为两个步骤：首先由某些调节分子结合在基因的特异部位并改变染色质结构，此时其疏松化，然后才能由激活蛋白和阻遏蛋白或其他调节物进一步影响基因活性。（三）基因扩增

基因扩增指细胞内某些特定基因的拷贝数大量增加的现象，它是细胞在短期内为满足某种需要而产生足够的基因产物的一种调控手段。（四）染色体DNA序列的重排

1.啤酒酵母结合型互变

(mating-typeinterconversion)

单倍体酵母有a和α两种结合型，分别由MATa

和MATα控制。这两个位点互为等位。一个特定的单倍体细胞或是a结合型或是α结合型。两个不同结合型的细胞可以结合，而相同的结合型不能结合。对不同结合型的识别是由于分泌激素的不同，MATα细胞产生α因子，MATa细胞产生a因子。

α型可以转变为a型，a型也可以转变为α型。解释结合型互变的模型叫做匣子模型(cassettemodel)。2．高等动物和人体淋巴细胞抗体基因的重排

抗体(免疫球蛋白)包括两条轻链(L链)和两条重链(H链)所组成，它们分别由三个独立的基因族(genefamily)所编码，其中两个编码轻链(K和λ)，一个编码重链。小鼠的K、λ和重链分别位于第6，16和12号染色体上。决定轻链的基因族上分别有L、V、J、C四类基因片段。L代表前导片段(leadersegment),V代表可变片段(variablesegment),J代表连接片段(joining),决定重链的基因族上共有L、V、D