化學(xué)與人類文明課件

3.2.1基因（Gene)是什么3.2.2DNA是如何進行復(fù)制的？3.2.3生命的“中心法則”——基因的表達與調(diào)控3.2.4先有雞還是先有蛋?3.2分子遺傳學(xué)的化學(xué)基礎(chǔ)基因(gene)的本質(zhì)——DNA（RNA）

1090年丹麥遺傳學(xué)家W.Johansen將孟德爾的遺傳因子更名為基因。

基因就是有遺傳效應(yīng)的DNA片段。一個基因通常有1000-5000個堿基對.一個DNA分子可以含有多達上萬個基因。3.2.1基因（Gene)是什么基因的數(shù)量

人類基因32億個堿基對大約3萬到4萬個基因人有46條染色體1)重組DNA即cDNA芯片：用人工重組方法合成具有500-5000個堿基大小的片斷固定在載體上而制成的DNA矩陣排列。2)DNA芯片：將化學(xué)合成的有20-80個堿基的DNA片斷或者寡核苷酸片斷固定到載體上而制成的基因芯片。什么是基因芯片？基因芯片：固定在載體上的基因矩陣排列。它們具有類似計算機芯片上電子元件的排列，而不是由于它們具有計算機芯片的功能。用于在全基因組范圍內(nèi)大規(guī)模分析RNA轉(zhuǎn)錄的研究。缺點：重復(fù)性差、工作量大、價格昂貴。

由于堿基的嚴格互補原則，這種DNA半保留復(fù)制過程極為可靠，發(fā)生錯誤的可能性僅為一萬億分之一，這就保證了生物物種的穩(wěn)定性和延續(xù)性。

基因結(jié)構(gòu)改變會引起生物體性狀的巨大變化，這樣的突變是由基因結(jié)構(gòu)的改變引起的，所以叫“基因突變”.基因突變“可見突變”-----紅花變白花“致死突變”-----有些突變對機體生命活動影響很大，往往造成機體死亡“條件致死突變”-----一些突變能夠使生物生存的條件發(fā)生變化，例如T4噬菌體的溫度敏感型突變，在42OC時致死，在25OC卻能存活.蛋白質(zhì)中的一個谷氨酸被纈氨酸代替，從而引起脫氧血紅蛋白溶解度下降，在細胞內(nèi)成膠或聚合，使紅細胞變成鐮刀狀，并且喪失結(jié)合氧分子的能力。鐮刀狀紅細胞T突變?yōu)锳CTT變?yōu)镃ATSicklecellanemiaOrphanEuropeCo.SodiumphenylbutyrateAmmonapsDNA的半保留復(fù)制過程發(fā)生錯誤3.2.3基因表達與調(diào)控---------從DNA到蛋白質(zhì)的過程。將DNA的遺傳信息轉(zhuǎn)錄生成信使RNA，進而翻譯成蛋白質(zhì)。由此可以看出，DNA控制著蛋白質(zhì)的合成。生命的“中心法則”遺傳密碼的破譯1960年前后，M.W.Nirenberg等首次用實驗確定了苯丙氨酸遺傳密碼為UUU。是20世紀(jì)生物學(xué)中的一個重要發(fā)現(xiàn)。

三聯(lián)體密碼或密碼子（Codon)——三個核苷酸組合在一起的編碼方式。核苷酸組合決定氨基酸1個4種（41）2個16種（42）3個64種（43）

UAA、UAG和UGA——終止密碼AUG——起始密碼信使RNA上每3個核苷酸翻譯成蛋白質(zhì)鏈上的一個氨基酸，把這3個核苷酸稱為遺傳密碼，也稱三聯(lián)體密碼或密碼子。一共有64種遺傳密碼。苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸酪氨酸酪氨酸終止信號終止信號半胱氨酸半胱氨酸終止信號色氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸組氨酸組氨酸谷酰胺谷酰胺精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸異亮氨酸異亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸和甲酰甲硫氨酸蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸天冬酰胺天冬酰胺賴氨酸賴氨酸絲氨酸絲氨酸精氨酸精氨酸瀕氨酸紙氨酸級氨酸繚氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸UCAG中間的堿基5’磷酸末端的堿基3’-0H基末端的堿基UCAGUCAGUCAGUCAGUCAG基因表達從生理過程來看，基因向細胞發(fā)出指令，制造蛋白質(zhì)；蛋白質(zhì)再執(zhí)行維持人的生命活動的功能，如產(chǎn)生熱量、分解廢物、對抗感染等。待解決的問題

人體基因組中有數(shù)以億計的DNA核苷酸單元，其中真正用于規(guī)定蛋白質(zhì)中氨基酸序列的密碼約占10%左右，那么其余90%左右的DNA核苷酸單元起什么作用？與DNA有關(guān)的空間立體構(gòu)象的變化雖是由于圍繞著單鍵的相對自由旋轉(zhuǎn)運動引起的，但空間立體構(gòu)象的不同，有其微小的能量差別?；蛟S不同的DNA有不同的空間立體構(gòu)象的選擇性，這是否與手性識別有關(guān)？手性分子的起源為什么手性生物分子的某種對映體能夠在生物體中占有絕對優(yōu)勢？

在自然界中發(fā)現(xiàn)的絕大多數(shù)氨基酸是L-構(gòu)型絕大多數(shù)單糖是D-構(gòu)型。在蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)中，一般都形成向右旋轉(zhuǎn)的-螺旋。DNA雙螺旋也是右手螺旋。

3.2.4先有雞還是先有蛋?蛋白質(zhì)起源說核酸起源說強調(diào)核酸在編碼蛋白質(zhì)序列中的重要作用，提出原始的生命可能發(fā)生于核酸工程的首先啟動。

原始的生命物質(zhì)起源學(xué)說80年代，美國生物化學(xué)家T.Cech和S.Altman在研究原生動物四膜蟲的rRNA*（核糖體ＲＮＡ）加工過程中發(fā)現(xiàn)rRNA可以自身剪接加工，并分離到一段具有催化活性的內(nèi)含子，這個小分子RNA被稱為核糖核酸酶.核糖核酸酶（核酶Ribozyme）它能夠使單體核苷酸聚合成多聚核苷酸，又能將多聚核苷酸加工成不同長度的片段，而它本身卻保持不變。核酶發(fā)現(xiàn)的意義

這一重大發(fā)現(xiàn)打破了“酶是蛋白質(zhì)”的經(jīng)典概念生命核酸起源的又一支持——設(shè)想RNA