生物的調(diào)控張方東生物調(diào)控的重要性:例子

細胞全能性植物細胞的全能性(totipotancy)指植物的每一個細胞具有該植物的全部遺傳信息和離體細胞在一定培養(yǎng)條件下具有發(fā)育成完整植株的潛在能力。1.動物細胞克隆羊“多莉”

1997年2月23日，英國蘇格蘭羅斯林研究所的科學家宣布，他們的研究小組利用山羊的體細胞成功地“克隆”出一只基因結(jié)構(gòu)與供體完全相同的小羊“多莉”（Dolly），世界輿論為之嘩然。“多莉”的特別之處在于它的生命的誕生沒有精子的參與。研究人員先將一個綿羊卵細胞中的遺傳物質(zhì)吸出去，使其變成空殼，然后從一只6歲的母羊身上取出一個乳腺細胞，將其中的遺傳物質(zhì)注入卵細胞空殼中。這樣就得到了一個含有新的遺傳物質(zhì)但卻沒有受過精的卵細胞。這一經(jīng)過改造的卵細胞分裂、增殖形成胚胎，再被植入另一只母羊子宮內(nèi)，隨著母羊的成功分娩，“多莉”來到了世界?？寺⊙颉岸嗬颉边@是維爾穆特用他喜愛的鄉(xiāng)村歌手多莉·帕頓的名字命名的?？寺⊙颉岸嗬颉钡难芯空咭了咕S姆.穆特

２００３年２月１４日，英國一個名叫多莉的克隆羊，因患嚴重肺病而接受“安樂死”。宣布這一消息的正是成功克隆多莉而名震世界的英國愛丁堡羅斯林研究所，該研究所負責人哈里·格里芬當天在其總部所在地蘇格蘭首府愛丁堡對媒體說，獸醫(yī)證實多莉的確病魔纏身且無法治愈，研究人員才最終決定給這個“動物明星”實施“安樂死”。

典型的“高齡病癥”對當時還年輕的多莉而言，意味著目前的克隆技術(shù)尚不完善.

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

中國新聞周刊：多莉早夭

/kxbl/smqy/k30423-01.htm克隆羊多莉前世今生

綿羊壽命一般為１１或１２歲，所以科學家現(xiàn)在面臨的問題是：為什么多莉６歲就患老年疾病。

曾經(jīng)在我國率先克隆出第一頭克隆牛的中國農(nóng)業(yè)大學教授陳永福說，“生命的長短取決于染色體分裂次數(shù)，多莉羊之所以６歲多就出現(xiàn)早衰癥狀，那是因為它的遺傳物質(zhì)取自一頭六七歲的綿羊。按普通綿羊十一二歲的壽命，這頭綿羊體細胞中的染色體已經(jīng)分裂了六七年，因此，它們在多莉羊體內(nèi)當然也只能再持續(xù)分裂六七年，這說明克隆技術(shù)無法讓細胞‘返老還童’”。

美國廣播公司28日報道，美國華盛頓州達令頓地區(qū)男孩塞斯·庫克盡管只有12歲，但他的模樣看上去卻像一名頭發(fā)掉光、滿臉皺紋的八十老翁。據(jù)悉，庫克患有一種罕見的兒童早衰癥，盡管他的心仍是一顆孩子的心，但他的血管卻都已硬化，并飽受關(guān)節(jié)炎的折磨。由于沒有完整發(fā)育，他只有1米高，25磅重。12歲的庫克目前最大的夢想，就是能活到“青少年時代”。全世界的早衰癥患者目前約有42人，但科學家至今沒找到治愈早衰癥的方法。

12歲的早衰人塞斯·庫克

2.腫瘤的分子生物學研究BrainTumorCells細胞周期的不同階段。在第一個階段（G1）細胞生長。一旦細胞長大到一定程度細胞就進入DNA合成階段（S），此時染色體復制。在下階段（G2）細胞準備分裂。在有絲分裂（M）中染色體分隔到兩個子細胞，子細胞從而得到完全相同的一副染色體。于是細胞返回G1階段，細胞周期結(jié)束。

細胞周期蛋白依賴激酶

cdk分子的數(shù)量在細胞周期中是恒定的，但是它們的活性由于細胞周期蛋白cyclin的調(diào)節(jié)功能而發(fā)生變化。細胞周期蛋白依賴激酶和細胞周期蛋白一起驅(qū)動細胞從細胞周期的一個階段到下一個階段。cdk分子可以比作引擎，cyclin而可以比作齒輪箱以控制引擎處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)或者驅(qū)動細胞繼續(xù)細胞周期。

腫瘤細胞之所以成為惡性細胞，其關(guān)鍵的生物學特征就是增殖與分化調(diào)控的失常，它們能持續(xù)地生長和分裂。在高等生物體內(nèi)，體細胞的生長分化是有限度的，它們受到了嚴密的控制，主要通過增殖因子(ProliferafivefactorRF)、抑制因子(InhibitingfactorIF)和分化因子(Differentiatingfactor,DF)的相互作用，彼此制約而維持一定的平衡，協(xié)調(diào)著細胞的分裂與成熟，使細胞生長分化處在一個網(wǎng)絡系統(tǒng)的整體調(diào)控之下。

癌基因(Oncogenes)最早發(fā)現(xiàn)于逆轉(zhuǎn)錄病毒，在動物的正常細胞中也存在與病毒癌基因相似的DNA序列稱為原癌基因(Proto-oncogenes)，它們具有正常功能，但又易受各種因素的影響，通過不同的途徑被激活，導致細胞癌變。在正常情況下，原癌基因是一大類與細胞分裂調(diào)控有關(guān)的基因群，涉及細胞信號傳遞系統(tǒng)的各個層次，其產(chǎn)物包括生長因子、生長因子受體、信號傳遞物、蛋白激酶及轉(zhuǎn)錄激活因子等。他們的正常生理功能是調(diào)節(jié)細胞增殖活動，與細胞的生長分化密切相關(guān)，因而在細胞的發(fā)育中具有不可替代的重要作用。

抑癌基因(Tumer-suppressorgene,Antioncogenes)則是一類可阻止細胞分裂，抑制細胞生長并能潛在抑制癌變作用的基因，包括編碼抑制細胞生長物質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因、調(diào)控基因表達的調(diào)控序列及某些與基因組穩(wěn)定性有關(guān)的基因等。抑癌基因的主要生理功能就是參與組織細胞的分化過程。

原癌基因與抑癌基因都是控制細胞生長分化的基因，是細胞生長分化一般調(diào)控途徑的組成成分。它們通過所編碼蛋白的相互作用而構(gòu)成了細胞生長正負調(diào)節(jié)的兩個方面，如果所原癌基因是正常細胞增殖調(diào)控的正信號，促進細胞進入增殖周期，阻止其發(fā)生分化，那么抑癌基因就是細胞增殖調(diào)控的負信號，促進其發(fā)生分化成熟。

細胞癌變就是體細胞中本已關(guān)閉的與細胞增殖活動相關(guān)的基因群中某些基因又被重新打開，或是功能分化基因群中某些基因被不適當?shù)仃P(guān)閉所造成的后果。3．“人類基因組計劃”的困惑

20世紀生物學最宏偉的計劃是《人類基因組的作圖與測序》(MappingandSequencingtheHumangenome),該計劃總的目標是以美國為主，通過國際合作，在15年內(nèi)完成人基因組23條染色體上基因的作圖和DNA全長(3×109bases)的測序。

在完成人類基因組DNA測序以后，更艱巨的任務是蛋白質(zhì)基因組及其基因的功能，人和生物是由細胞組成的多層次的復雜系統(tǒng)，其生長、發(fā)育和各種功能活動都是系統(tǒng)的行為，只能通過對系統(tǒng)的分析研究才能了解，因此，除需要進一步尋找在生物學上重要的個別基因并研究其結(jié)構(gòu)和功能外，更重要地應了解整個基因組及其產(chǎn)物，如何協(xié)同調(diào)節(jié)細胞和生物體的功能活動。

僅了解基因并不能完全了解生物，如鐮刀形貧血癥：β－珠蛋白基因。

艾滋病作為“超級癌癥”，已有傳染全球之勢。它的病因明確、發(fā)病過程基本清楚、病原體的基因細維結(jié)構(gòu)都已探明，但是找不到有效的治療和預防辦法。冠狀病毒科：SRAS人類與黑猩猩差別僅有1%嗎？

基因的3個層次

中國科學院北京基因研究所副所長于軍研究員

定義基因的第一個層次是界定其結(jié)構(gòu)單元?；虻慕Y(jié)構(gòu)單元由3個基本部分組成：DNA部分，也就是基因在染色體上由堿基對組成的序列，物種間在DNA序列上的差異，是基因在結(jié)構(gòu)單元上差異的基礎；RNA部分，通常被DNA部分所涵蓋，不僅編碼蛋白質(zhì)，也編碼行使功能的RNA；蛋白質(zhì)部分，由信使RNA編碼，可以直接行使功能。

基因的第二個層次是它的功能單元，是由結(jié)構(gòu)單元的后兩個部分RNA和蛋白質(zhì)組成。因為不是所有單個基因都有可定義的功能，所以基因的功能單元可以不是一個基因。比如核糖體是由若干RNA和蛋白質(zhì)組成，構(gòu)成一個功能單元，任何一個部分都是沒有功能的?；虻牡?個層次是基因的表型或表觀單元，即基因表現(xiàn)出來的表征，如膚色、骨骼結(jié)構(gòu)和行為等。盡管它們是由基因所決定的，但大多不是由單個基因結(jié)構(gòu)單元所決定，有的是由若干個功能單元組成。如果從上述3個不同層次來描述物種的差異，我們可以看到，作為結(jié)構(gòu)單元，DNA水平的差異不能完全體現(xiàn)在RNA和蛋白質(zhì)上，而RNA上的差異也不會完全體現(xiàn)在蛋白質(zhì)上。三者并不等同，也就是說DNA、RNA和蛋白質(zhì)都不同程度地代表著基因的結(jié)構(gòu)單元。RNA和蛋白質(zhì)有時可獨立構(gòu)成基因的功能單元，有時僅是功能單元的一部分。

調(diào)控的意義人類的疾病統(tǒng)計資料:第一位的是?農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要問題雜種優(yōu)勢、抗逆性、產(chǎn)量等。

神經(jīng)水平

激素水平動物細胞水平植物單細胞生物酶水平生物的調(diào)控層次

細胞水平：

DNA

轉(zhuǎn)錄前調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄初產(chǎn)物RNA

轉(zhuǎn)錄后加工的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運調(diào)節(jié)成熟RNA

降解調(diào)節(jié)翻譯調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)前體加工調(diào)節(jié)定向運輸調(diào)節(jié)降解調(diào)節(jié)成熟蛋白質(zhì)(酶)活性調(diào)節(jié)第一節(jié)基因表達的調(diào)控

一、轉(zhuǎn)錄前水平的調(diào)控（一）染色體的丟失某些低等真核生物，如原生動物、線蟲、昆蟲和甲殼類如劍水虱(Cyclops)在個體發(fā)育過程中，許多體細胞常常丟失掉整條或部分染色體，從而使染色質(zhì)減少約一半，只有將來產(chǎn)生生殖細胞的那些細胞一直保留整套染色體。線蟲劍水虱Cyclops（二）異染色體質(zhì)化

凝縮狀態(tài)的染色質(zhì)稱為異染色質(zhì)，為非活躍轉(zhuǎn)錄區(qū)。真核生物可以通過異染色質(zhì)化而關(guān)閉某些基因的表達。例如：雌性哺乳動物細胞有兩個X染色體，其中一個高度異染色質(zhì)化而永久性地失去活性。dsDNA1／7核小體

1／6螺線管

1／40超螺線管

1／5染色單體

人細胞含有5.74×109bp，總長約2米，壓縮在46個配對的染色體中，總長只有200微米，壓縮比達104。

基因的轉(zhuǎn)錄活性與基因組DNA和染色質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)狀態(tài)有關(guān)。DNA與染色質(zhì)蛋白質(zhì)和少量RNA結(jié)合，產(chǎn)生超螺旋化和折疊，并被高度凝縮。在比較疏松的區(qū)域即所謂常染色質(zhì)上，能活躍地進行轉(zhuǎn)錄，而在高度凝縮的異染色質(zhì)上則很少出現(xiàn)RNA的合成。因此真核生物基因的活化可分為兩個步驟：首先由某些調(diào)節(jié)分子結(jié)合在基因的特異部位并改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)，此時其疏松化，然后才能由激活蛋白和阻遏蛋白或其他調(diào)節(jié)物進一步影響基因活性。（三）基因擴增

基因擴增指細胞內(nèi)某些特定基因的拷貝數(shù)大量增加的現(xiàn)象，它是細胞在短期內(nèi)為滿足某種需要而產(chǎn)生足夠的基因產(chǎn)物的一種調(diào)控手段。（四）染色體DNA序列的重排

1.啤酒酵母結(jié)合型互變

(mating-typeinterconversion)

單倍體酵母有a和α兩種結(jié)合型，分別由MATa

和MATα控制。這兩個位點互為等位。一個特定的單倍體細胞或是a結(jié)合型或是α結(jié)合型。兩個不同結(jié)合型的細胞可以結(jié)合，而相同的結(jié)合型不能結(jié)合。對不同結(jié)合型的識別是由于分泌激素的不同，MATα細胞產(chǎn)生α因子，MATa細胞產(chǎn)生a因子。

α型可以轉(zhuǎn)變?yōu)閍型，a型也可以轉(zhuǎn)變?yōu)棣列?。解釋結(jié)合型互變的模型叫做匣子模型(cassettemodel)。2．高等動物和人體淋巴細胞抗體基因的重排

抗體(免疫球蛋白)包括兩條輕鏈(L鏈)和兩條重鏈(H鏈)所組成，它們分別由三個獨立的基因族(genefamily)所編碼，其中兩個編碼輕鏈(K和λ)，一個編碼重鏈。小鼠的K、λ和重鏈分別位于第6，16和12號染色體上。決定輕鏈的基因族上分別有L、V、J、C四類基因片段。L代表前導片段(leadersegment),V代表可變片段(variablesegment),J代表連接片段(joining),決定重鏈的基因族上共有L、V、D