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重组 DNA 技术简介·

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概述·

  • 基因重组的三个水平

    整体水平(有性杂交)、细胞水平(细胞融合)、分子水平(一个生物的基因插入另一生物的 DNA 中,即狭义基因重组)。1972年 Berg 首次构建含 SV40 与 λ噬菌体 DNA 的 重组体(recombinant)

  • 重组 DNA 技术(20世纪70年代诞生)

    将目的基因在体外与载体 DNA 连成重组体 → 转化宿主细胞 → 筛选能表达的活性宿主 → 繁殖扩增 → 表达目的基因产物。因过程类似连续复杂的工程,又称 遗传(基因)工程、基因克隆、分子克隆

  • 克隆(clone):无性繁殖系。基因工程中指含单一 DNA 重组体的无性系或建立该无性系的过程。
  • 两大重要步骤:① 构建 DNA 重组体;② 重组体的扩增和表达。
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基因表达调控·

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基因的选择性表达是细胞特异性的基础·

  • 基因表达(gene expression)

    基因通过 转录和翻译 产生蛋白质(或酶),或转录后直接产生 RNA 产物(如 rRNA、tRNA)的过程。对其的调节称 基因调控(gene regulation)。早期观察:酵母在含乳糖培养基上出现分解乳糖的酶,移到无乳糖培养基后酶消失——并非基因消失,而是 有乳糖时相应基因才行使功能

  • 调控的意义

    原核:改变代谢方式以适应环境。多细胞生物:实现 细胞分化、形态发生、个体发育
    相同遗传信息的细胞因 表达特定基因 而具结构功能特异性(如胰岛素只在胰腺细胞合成、血红蛋白只在红细胞前体表达)。

  • "开-关"机制

    系统在需要时打开、不需要时关闭,通过 调节转录(mRNA 合成) 实现。"off"状态仍可能有难以检测的 本底水平 表达。

  • 调控层次

    主要发生在 转录水平(transcriptional regulation)翻译水平(translation regulation)
    转录水平是关键环节(遗传信息表达首先涉及转录,原核生物转录翻译几乎同时进行,故转录调节更重要)。

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基因的分子生物学·

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引言:从核素到双螺旋·

1869年 Miescher 从脓细胞核中分离出一种不被蛋白消化酶破坏的物质,命名 核素(nuclein),后因其酸性改称 核酸(nucleic acid),但当时未认识其功能。
1944年薛定谔《生命是什么》吸引物理学家转向生物学,沃森(Watson)克里克(Crick) 均受其影响进入遗传学。
1953年4月25日两人在《Nature》提出 DNA 双螺旋模型,开启分子生物学与分子遗传学的大门。

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遗传的基本规律·

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孟德尔的豌豆杂交试验·

格里戈·约翰·孟德尔(Gregor Johann Mendel) 是遗传学的伟大创始人。1856年起,他在修道院花园中进行了长达8年的豌豆杂交试验,发现了遗传的基本规律。

  • 选材的高明之处

    挑选了 7对既明显又稳定 的相对性状:种子形状(圆/皱)、子叶颜色(黄/绿)、种皮颜色(褐/白)、豆荚形状(饱满/皱缩)、未熟豆荚颜色(绿/黄)、花的位置(腋生/顶生)、茎的长短(长/短)。

  • 方法的高明之处

    种植数千植株,分类统计 $F_1$、$F_2$ 各性状植株数目,作数学归纳。凭借良好的数学统计基础,他从二项式展开式的系数中识别出数据里隐藏的 1:1、3:1 比率的深刻含意。

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植物激素与生长响应·

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植物激素·

向光性与植物激素的发现·

  • 向光性

    植物枝叶向着光生长,称为向光性。其意义在于使植物获得更多光照,更有效地进行光合作用。

  • 弯曲原因

    禾本科植物胚芽鞘向光弯曲时,背光侧细胞较大、伸长较快;向光侧细胞较小、伸长较慢。若两侧照光均匀,则不会弯曲。

  • 达尔文父子实验

    只有胚芽鞘尖端受光后才发生向光弯曲。切去尖端,或用不透光材料罩住尖端,均不弯曲;用透明材料罩住尖端仍可弯曲;若遮住基部,仍可弯曲。
    结论:尖端是感光部位,弯曲部位在尖端下方,推测有某种化学信号从尖端传到生长区。

  • 波森-詹森实验

    在尖端和下部之间插入明胶,细胞不能接触但化学物质可扩散,仍正常弯曲;若插入云母片,则不能弯曲。说明信号应为可扩散的化学物质。

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植物对养分的吸收和运输·

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植物营养概述·

植物最重要的养分是光合作用产物——糖。植物以光合产物为原料,可合成自身所需的多种有机物。通常所说的植物营养多指矿质营养,即植物对矿质养分的吸收和利用;此外也包括植物与水分的关系。

空气营养与土壤营养·

  • 空气营养

    植物从空气中吸收CO2,在叶绿体中进行光合作用。光合作用产生的糖类约占植物体干重的95%。
    植物体主要由碳、氢、氧组成的光合作用产物构成:碳来自空气中的CO2,氢来自水,氧也来自水。

  • 光合产物的意义

    光合作用产物是建造植物体的物质基础,也是细胞呼吸原料。糖既是植物结构物质来源,也是生命活动能量来源。

  • 土壤营养

    植物所需水分来自土壤,许多无机盐类也从土壤吸收。氮是蛋白质、核酸、植物激素和辅酶的重要成分;磷是核酸、磷脂、ATP等的重要成分。

  • 运输必要性
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植物的结构和功能·

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植物概述·

什么是植物·

  • 普通意义上的植物

    通常指肉眼观察范围内,与动物相区别的一类生物。一般特征有:光合作用取得营养;无运动器官,多数固定生活;无感觉器官和神经系统;分生组织终生活动;细胞壁含纤维素。

  • 定义并不绝对

    要给出能排除所有非植物、又包括一切植物的定义很难。例如菟丝子无叶、无含叶绿素质体,不能光合作用,而靠吸器从寄主韧皮部吸收营养。

  • 分类学中的植物界

    不同分界系统中植物界所含类群不同。二界系统曾把藻类、细菌、蓝细菌、真菌等都放入植物界。后来因原核生物和真核生物差异更大,细菌、蓝细菌等被移出植物界。
    真核生物如何分界仍有不同方案,原文说明近年对真核生物进化史的认识仍在变动,有些问题尚未厘清。

  • 本篇重点

    就生态系统作用和人类关系而言,陆生植物很重要;其中被子植物是生物界最复杂的自养生物。本篇以被子植物为对象介绍植物结构和功能。

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细胞的分裂和分化·

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细胞周期与有丝分裂·

细胞复制是生物体复制的基础。生长、修复损伤和生殖都需要细胞分裂。有性生殖中还要产生精、卵等性细胞,受精后的合子再经有丝分裂和分化形成多细胞个体。

原核细胞的二分分裂·

  • 基本方式

    原核细胞以二分分裂增殖。细菌染色体由环状DNA和相关蛋白质组成。

  • 大肠杆菌分裂

    DNA开始复制后,复制起点先分开;染色体复制时细胞长大。复制完成且细胞约长大一倍后,质膜向内凹陷,将细胞一分为二,两个子细胞各得一个基因组。

  • 未明处

    大肠杆菌染色体若充分拉开,长度大于细胞长度500倍。两个子染色体如何主动分开,原文说明“如何会移动仍未查明”。

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细胞代谢·

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能与细胞·

新陈代谢是生物的重要特征,细胞是进行新陈代谢的基本单位。细胞内各种化学变化都在酶催化下发生。本章重点:能量、酶、跨膜转运、细胞呼吸、光合作用

能量·

  • 定义

    能是做功的本领。细胞内物质流动、肌肉收缩、运动、物质合成等都需要能量。

  • 动能

    运动中的能量。热、电、光都属于动能:热是分子运动,电是电子运动,光是光子运动。

  • 势能

    物体因位置或排列而具有的能量。活细胞分子因原子排列而具有的势能就是化学能。讨论细胞代谢时,主要讨论化学能。

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