第四章生物的遗传生物分类(08年秋季普生第7次课).pdf
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第四五章生物的遗传II与生物分类思考题1、常见基因突变的类型和原因?
2、什么叫遗传工程?
用遗传工程改造一个生物性状的主要步骤和三个不可缺少的基因材料?
遗传工程与人类的关系表现在哪些方面?
3、何谓双名法?
创建人是谁?
4、魏泰克提出的生物五界分类系统指哪五界?
5、生物分类的等级包括哪七级?
1、常见基因突变的类型和原因?
2、什么叫遗传工程?
用遗传工程改造一个生物性状的主要步骤和三个不可缺少的基因材料?
遗传工程与人类的关系表现在哪些方面?
3、何谓双名法?
创建人是谁?
4、魏泰克提出的生物五界分类系统指哪五界?
5、生物分类的等级包括哪七级?
第四章生物的遗传第四章生物的遗传三、基因与遗传三、基因与遗传(遗传的分子基础;复制方式;转录和表达;基因突变类型,原因和修复)(遗传的分子基础;复制方式;转录和表达;基因突变类型,原因和修复)四、遗传工程四、遗传工程(定义,主要步骤,应用和发展)(定义,主要步骤,应用和发展)第五章生物分类概述第五章生物分类概述一、分类学的发展二、分类等级一、分类学的发展二、分类等级三、基因与遗传三、基因与遗传1、遗传的分子基础、遗传的分子基础:
(:
(DNA分子分子400040亿个碱基对)亿个碱基对)1)细菌转化试验细菌转化试验:
1928,Griffith&1944,Avery发现发现肺炎双球菌无荚膜,肺炎双球菌无荚膜,R型无毒性有荚膜,型无毒性有荚膜,S型毒性型毒性加热有荚膜加热有荚膜无荚膜无荚膜加热有荚膜加热有荚膜无荚膜无荚膜Griffith,(1928)的肺炎双球菌转化实验Avery,1944证实转化物质是DNA?
美国学者美国学者Avery等实验(等实验(1944年)年)(S)加热杀死多糖脂类)加热杀死多糖脂类RNA蛋白质蛋白质DNAR型细菌型细菌RRRRRSRS分别用放射性同位素标记噬菌体3535S标记蛋白质S标记蛋白质3232P标记DNAP标记DNA2)噬菌体繁殖与感染试验噬菌体繁殖与感染试验:
(:
(Hershey&Chase,1952)T2(分别用(分别用32P和和35S标记标记)感染)感染E.coliT2在在E.coli繁殖子代繁殖子代T2子代子代DNA中含中含32P;说明说明:
T2从亲代子代所含从亲代子代所含P的的DNA能遗传能遗传!
35S标记外壳蛋白质,感染后放射标记不进入大肠杆菌细胞32P标记DNA,感染后放射标记进入大肠杆菌细胞RNARNA病毒病毒3)两个实验结论两个实验结论:
DNA是遗传物质是遗传物质,基因是基因是DNA分子的片段分子的片段HRV外壳蛋白RNA杂合病毒杂合病毒能感染出现能感染出现HRV病灶病灶病毒失活不能感染病毒失活不能感染HRV抗体抗体TMV分离出病毒分离出病毒子代病毒能被子代病毒能被HRV抗体失活说明子代病毒不但具有抗体失活说明子代病毒不但具有HRV的的RNA,而且具有,而且具有HRV的蛋白!
的蛋白!
实验实验用用烟草花叶病毒(烟草花叶病毒(TMV)和赫氏车前病毒()和赫氏车前病毒(HRV)构建成)构建成杂合病毒杂合病毒,做病毒感染。
,做病毒感染。
结论结论:
复制和繁殖新的病毒颗粒所需的:
复制和繁殖新的病毒颗粒所需的遗传物质是遗传物质是RNA而不是蛋白质。
而不是蛋白质。
此实验此实验进一步说明,进一步说明,DNA是遗传物质,在只有是遗传物质,在只有RNA的生物中,的生物中,RNA是遗传物质。
是遗传物质。
4)病毒重建实验病毒重建实验1956年年FraenkelConrat和和Singer,证明证明RNA病毒病毒中的中的遗传物质是遗传物质是RNA也不是蛋白质也不是蛋白质2、DNA的复制方式的复制方式:
半保留复制半保留复制DNA复制复制是遗传的基础是遗传的基础,由,由DNA双螺旋的结构决定;双螺旋的结构决定;DNA双螺旋双螺旋解螺旋解螺旋多核苷酸链间的氢键打开两条单链;多核苷酸链间的氢键打开两条单链;碱基互补碱基互补形式形式(AT,GC),分别复制分别复制成两条成两条DNA双链分子;复制新链中双链分子;复制新链中各保持一条各保持一条原来的多核苷酸链,称为半保留复制。
原来的多核苷酸链,称为半保留复制。
半保留复制半保留复制DNA双螺旋模型DNA双螺旋模型1958年年Meselson&Staahl用用同位素示踪同位素示踪进行该项实验进行该项实验证明证明DNA半保留式复制的同位素示踪实验半保留式复制的同位素示踪实验(1958)遗传信息的表达遗传信息的表达3、遗传信息的转录与翻译、遗传信息的转录与翻译(遗传信息的表达)(遗传信息的表达)DNA决定蛋白质(决定蛋白质(DNAmRNAProtein)1)转录转录:
将遗传信息从:
将遗传信息从DNA上转录到上转录到mRNA上的过程;上的过程;2)翻译翻译:
按照:
按照mRNA上碱基顺序决定组成氨基酸的顺序。
上碱基顺序决定组成氨基酸的顺序。
*转录与翻译的时空上差别原核细胞同时进行真核细胞转录核中,翻译质中转录与翻译的时空上差别原核细胞同时进行真核细胞转录核中,翻译质中3)遗传密码遗传密码:
mRNA中中3个相邻碱基个相邻碱基决定一个氨基酸,并以决定一个氨基酸,并以碱基字母碱基字母表示,每表示,每3个字母表示一个密码子,即遗传密码或三联密码。
个字母表示一个密码子,即遗传密码或三联密码。
遗传密码表遗传密码表遗传信息流遗传信息流DNADNARNA蛋白质蛋白质4)中心法则遗传信息储存在核酸中遗传信息由核酸流向蛋白质反转录反转录5)反转录及反转录酶反转录及反转录酶:
反转录反转录:
遗传信息由:
遗传信息由RNADNA的传递,称为反转录;如,的传递,称为反转录;如,RNA病毒或胚胎早期(细胞速增过程中)以病毒或胚胎早期(细胞速增过程中)以RNA为模板合成为模板合成DNA,再,再mRNAProtein;反转录酶反转录酶:
在反转录过程中,能使:
在反转录过程中,能使RNADNA的酶;反转录酶的发现,可用人工合成的酶;反转录酶的发现,可用人工合成mRNA的方法所需的方法所需DNA;尤其在分子生物学的研究中;尤其在分子生物学的研究中重要的工具酶重要的工具酶(意义!
)。
(意义!
)。
4、基因突变的类型及引起的原因和修复、基因突变的类型及引起的原因和修复:
1)突变类型突变类型(指单点或多点碱基突变):
(指单点或多点碱基突变):
取代、插入、丢失取代、插入、丢失生殖生殖细胞和细胞和体体细胞都可发生(细胞都可发生(生殖细胞生殖细胞中可遗传);基因突变多为中可遗传);基因突变多为有害有害或或致死致死后果,如镰刀型贫血症的红细胞中后果,如镰刀型贫血症的红细胞中Hb链上链上第第6位的位的谷谷氨酸氨酸缬缬氨酸而失去正常的功能。
氨酸而失去正常的功能。
2)基因突变引起的原因基因突变引起的原因辐射辐射化学化学诱变剂:
亚硝酸盐,抗癌药诱变剂:
亚硝酸盐,抗癌药温度温度:
过高或过低:
过高或过低病毒病毒突变基因突变基因机体有一定的修复能力?
机体有一定的修复能力?
DNA稳定性稳定性的物质基础,是其结构特殊和复制方式精密;的物质基础,是其结构特殊和复制方式精密;DNA双股螺旋和半保留复制,双股螺旋和半保留复制,互补链互补链(两个复本)是稳定性的保证;一条链有错,可以另一条链进行修正。
(两个复本)是稳定性的保证;一条链有错,可以另一条链进行修正。
DNA修复系统中的修复系统中的4种酶种酶,包括:
,包括:
A)内切酶内切酶:
切除突变引起的相邻碱基形成的二聚体;:
切除突变引起的相邻碱基形成的二聚体;B)外切酶外切酶:
扩大切口;:
扩大切口;C)DNA聚合酶聚合酶:
按互补原则,重新装上碱基;:
按互补原则,重新装上碱基;D)DNA连接酶连接酶:
封闭重新组成的新链切口,复原:
封闭重新组成的新链切口,复原DNA双链。
双链。
*上述上述四种酶四种酶亦是亦是体外体外DNA重组重组不可缺少的不可缺少的“工具工具”!
遗传工程遗传工程3)DNA修复及修复系统中的四种酶修复及修复系统中的四种酶(DNA修复)修复)生物技术的重要内容:
微生物、细胞、生化或酶和蛋白质工程及生物技术的重要内容:
微生物、细胞、生化或酶和蛋白质工程及基因工程基因工程(核心,核心,最时髦的生物技术最时髦的生物技术)1、什么叫遗传工程、什么叫遗传工程?
亦称?
亦称基因工程基因工程,DNA重组重组;指;指将将特定的基因,特定的基因,通过通过遗传载体(遗传载体(DNA)或其他手段)或其他手段送入送入受体细胞,受体细胞,使使其在受体细胞中增殖并表达的其在受体细胞中增殖并表达的一种遗传学操作一种遗传学操作。
四、遗传工程四、遗传工程如:
苍蝇中的抗菌肽基因如:
苍蝇中的抗菌肽基因转基因植物获得新的性状1)基因获得基因获得:
天然提取或人工合成:
天然提取或人工合成目的基因目的基因(外源基因);(外源基因);2)载体选择载体选择:
细菌质粒、温和型病毒、噬菌体、:
细菌质粒、温和型病毒、噬菌体、mRNA反转录;反转录;3)外源基因与载体的外源基因与载体的体外连接体外连接形成形成重组重组DNA分子分子;4)重组重组DNA分子分子导入基因受体导入基因受体(寄主细胞);(寄主细胞);5)目的基因表达目的基因表达获得新性状生物体获得新性状生物体(动植物等),如:
产抗体的奶牛,含胰岛素的细菌(动植物等),如:
产抗体的奶牛,含胰岛素的细菌-。
2、遗传工程的主要步骤、遗传工程的主要步骤:
五步:
五步用质粒构建重组DNA分子(环状DNA,适于小片断)用噬菌体DNA构建重组DNA分子(线状DNA,适于大片段)基因工程的基因工程的“杰作杰作”大鼠生长因子转入小鼠,得到巨大型转基因小鼠。
喷洒工程菌清除石油污染无冰晶细菌帮助草莓抗霜冻16SrRNA基因分析基因分析NK13菌株菌株提取总提取总DNASau3A部分酶切部分酶切回收回收24kb片段片段pUC18DNAE.ColiDH5提取提取pUC18BamH酶切酶切,去磷酸化去磷酸化E.coliDH5连接,电转化连接,电转化基因组文库基因组文库酯酶基因筛酯酶基因筛选技术路线选技术路线菌种鉴定结果菌种鉴定结果筛选含目的基因的转化子、测序筛选含目的基因的转化子、测序菌种鉴定基因克隆菌种鉴定基因克隆菌体形态观察菌体形态观察Biolog鉴定鉴定生理生化反应鉴定氯化钙转化生理生化反应鉴定氯化钙转化NK13菌株基因组DNA提取提取得到的NK13菌株基因组DNA比较完整,而且纯度较高可以用于下一步的酶切。
经Sau3AI部分酶切的基因组DNA用琼脂糖凝胶电泳,切下含24Kb大小的DNA片段的胶块,再用凝胶DNA片段纯化试剂盒回收,作为与载体连接的外源DNA。
Sau3AI部分酶切基因组DNA24Kb转化子质粒提取酶切检测电转化后得到约3万个转化子,随机挑取转化子提质粒酶切检测连接和转化效率。
112号转化子经Hind酶切后经琼脂糖电泳检测显示,分别有24Kb不等的外源基因转入。
说明转化效率较高,得到的转化子基本都有外源基因插入。
1.-Hindmarker;2.去磷酸化的BamHI酶切后pUC18质粒;3.未酶切的pUC18质粒去磷酸化后的pUC18载体经电泳检测后带形清晰,大小约2700bp,可以做为载体用于与基因组片段的连接反应。
BamHI酶切的pUC18载体电泳结果NK13转化子转化子筛选到的转化子筛选到的转化子E.coliDH5(pUC18)从得到的约从得到的约3万个转化子3万个转化子中筛选得到一个具有水解三丁酸甘油酯能力的转化子。
转化子和NK13菌株均能水解三丁酸甘油酯在平板上产生水解圈,而只有pUC18质粒的中筛选得到一个具有水解三丁酸甘油酯能力的转化子。
转化子和NK13菌株均能水解三丁酸甘油酯在平板上产生水解圈,而只有pUC18质粒的E.coliE.coliDH5并不产生水解圈,表明转化子中插入了外源的酯酶/脂肪酶基因。
DH5并不产生水解圈,表明转化子中插入了外源的酯酶/脂肪酶基因。
有有水解能力水解能力转化子质粒再次电转化结果转化子质粒再次电转化结果转化子手性拆分酮基布洛芬氯乙酯转化子手性拆分酮基布洛芬氯乙酯酮基布洛芬氯乙酯酮基布洛芬RS说明由于NK13菌体中可能含有多种不同拆分光学活性的酯酶/
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