生物工程概论作业

生物工程概论作业干天霖201433350118714国贸1班一、古生菌命名简要：古生菌（Archaea）或称古核生物是一类在进化途径上很早就与真细菌和真核生物相互独立的生物类群。发现由来：20世纪70年代，卡尔·乌斯（CarlWoese）博士率先研究了原核生物的进化关系。他没有按常规靠细菌的形态和生物化学特性来研究，而是靠分析由DNA序列决定的另一类核酸--核糖核酸（RNA）的序列分析来确定这些微生物的亲缘关系。我们知道，DNA是通过指导蛋白质合成来表达它决定某个生物个体遗传特征的，其中必须通过一个形成相应RNA的过程。并且蛋白质的合成必须在一种叫做核糖核蛋白体的结构上进行。因此细胞中最重要的成分是核糖核蛋白体，它是细胞中一种大而复杂的分子，它的功能是把DNA的信息转变成化学产物。核糖核蛋白体的主要成分是RNA，RNA和DNA分子非常相似，组成它的分子也有自己的序列。由于核糖核蛋白体对生物表达功能是如此重要，所以它不会轻易发生改变，因为核糖核蛋白体序列中的任何改变都可能使核糖核蛋白体不能行使它为细胞构建新的蛋白质的职责，那么这个生物个体就不可能存在。因此我们可以说，核糖核蛋白体是十分保守的，它在数亿万年中都尽可能维持稳定，没有什么改变，即使改变也是十分缓慢而且非常谨慎。这种缓慢的分子进化速率使核糖核蛋白体RNA的序列成为一个破译细菌进化之谜的材料。乌斯通过比较许多细菌、动物、植物中核糖核蛋白体的RNA序列，根据它们的相似程度排出了这些生物的亲缘关系。乌斯和他的同事们研究细菌的核糖核蛋白体中RNA序列时，发现并不是所有的微小生物都是亲戚。他们发现原来我们以为同是细菌的大肠杆菌和能产生甲烷的微生物在亲缘关系上竟是那么不相干。它们的RNA序列和一般细菌的差别一点也不比与鱼或花的差别小。产甲烷的微生物在微生物世界是个异类，因为它们会被氧气杀死，会产生一些在其它生物中找不到的酶类，因此他们把产生甲烷的这类微生物称为第三类生物。后来又发现还有一些核糖核蛋白体RNA序列和产甲烷菌相似的微生物，这些微生物能够在盐里生长，或者可以在接近沸腾的温泉中生长。而我们知道，早期的地球大气中没有氧气，而含有大量氨气和甲烷，可能还非常热。在这样的条件下植物和动物无法生存，对这些微生物却非常合适。在这种异常地球条件下，只有这些奇异的生物可以存活，进化并在早期地球上占统治地位，这些微生物很可能就是地球上最古老的生命。因此，乌斯把这类第三生物定名为古生菌（Archaea），成为和细菌域、真核生物域并驾齐驱的三大类生物之一。他们开始还没有如此大胆，只是称为古细菌（Archaebacteria），后来他们感到这个名词很可能使人误解是一般细菌的同类，显不出它们的独特性，所以干脆把“bacteria”后缀去掉了。这就是古生菌一词的来由。形态结构：古生菌微小，一般小于1微米，虽然在高倍光学显微镜下可以看到它们，但最大的也只像肉眼看到的芝麻那么大。不过用电子显微镜能够让我们区分它们的形态。虽然它们很小，但是它们的形态形形色色。有的像细菌那样为球形、杆状，但也有叶片状或块状。特别奇怪的是，古生菌有呈三角形或不规则形状的，还有方形的，像几张连在一起的邮票。有的古生菌有鞭毛，例如詹氏甲烷球菌（Methanococcusjanaschii）在细胞的一端生有多条鞭毛。鞭毛是一种像头发一样的细胞附属器官，它的功能是使细胞能够运动。古生菌是原核生物，像细菌一样，没有核膜，它们的DNA也以环状形式存在。不过，它的tRNA分子（转运RNA）有些不同于其它生物的特征。转运RNA分子是一种相对比较小的核糖核酸分子，它对解读DNA的遗传密码、合成蛋白质至关重要。细菌、动物、植物、真菌的转移RNA的结构特征是相同的，但是古生菌的tRNA分子的结构却很特别，所以要区分古生菌和细菌，搞清楚这种分子的结构有关键性的意义。古生菌的转运RNA的许多特征更近似真核生物的，倒不太像细菌的。同样，古生菌的核糖核蛋白体的许多特征也更像高等真核生物如动物和植物的，例如细菌的核糖核蛋白体对某些化学抑制剂敏感，而古生菌和真核生物却对这些抑制剂无动于衷。这使我们觉得古生菌和真核生物的亲缘关系更近。像其它生物一样，古生菌细胞有细胞质、细胞膜和细胞壁三种结构。古生菌细胞也有一层把细胞和外部环境隔离开的外膜。在膜内包裹着细胞质，其中悬浮着DNA，古生菌的生命活动在这里进行。几乎所有的古生菌细胞的外面都围有细胞壁，这是一层半固态的物质，它可以维持细胞的形状，并保持细胞内外的化学物质平衡。在细菌和大多数生物细胞中可以区分这三部分，但是仔细观察每部分，就会发现它们只是结构相似，而化学成分并不相同。换句话说，古生菌像其它生物一样构建同样的结构，但是它们用不同的化合物来构建。例如所有细菌的细胞壁含有肽聚糖，而古生菌没有这种化合物，虽然某些古生菌含有类似的化合物。同样，古生菌不像植物细胞壁中含有纤维素，也不像真菌那样含有几丁质，它们有特殊的化学成分。而不是脂肪酸。二、遗传定律发现历程：孟德尔于1854年夏天开始用34个豌豆株系进行了一系列实验，他选出22种豌豆株系，挑选出7个特殊的性状（每一个性状都出现明显的显性与隐形形式，且没有中间等级），进行了7组具有单个变化因子的一系列杂交试验，并因此而提出了著名的3：1比例。豌豆具有一些稳定的、容易区分的性状，这很符合孟德尔的试验要求。所谓性状，即指生物体的形态、结构和生理、生化等特性的总称。在他的杂交试验中，孟德尔全神贯注地研究了7对相对性状的遗传规律。所谓相对性状，即指同种生物同一性状的不同表现类型，如豌豆花色有红花与白花之分，种子形状有圆粒与皱粒之分等等。为了方便和有利于分析研究起见，他首先只针对一对相对性状的传递情况进行研究，然后再观察多对相对性状在一起的传递情况。区分外形：孟德尔首先注意到豌豆有高茎和矮茎并且由此入手开始了研究。筛选纯种：孟德尔将高茎的豌豆种子收集起来进行了培植，又将培育出来的植株中的矮茎剔除而将高茎筛选出来，留下的高茎种子〈又称第一子代，以此列推〉第二年再播种培植，如此重复筛选几年，最终种下的种子完全都能长成高茎。以同样的手段，经多年努力又筛选出了绝对长成低茎的种子。显性法则的发现：孟德尔将高茎种子培育成的植株的花朵上，受以矮茎种子培育成的植株的花粉。与此相反，在矮茎植株的花朵上受以高茎植株的花粉。两者培育出来的下一代都是高茎品种。分离定律的发现：接下来孟德尔将这批高茎品种的种子再进行培植，第二年收获的植株中，高矮茎均有出现，高茎:矮茎两者比例约为3:1。孟德尔除了对豌豆茎高以外，还根据豌豆种子的表皮是光滑还是含有皱纹等几种不同的特征指标进行了实验。得到了类似的结果，表皮光滑的豆子与皱纹豆子杂交后，次年收获的种子均为光滑表皮。将下一代的种子再进行播种，下一年得到了光滑表皮与皱纹表皮两种，比例也为3:1。此外孟德尔还针对种子颜色黄绿两色作为区别标准进行了杂交试验也得出了同样的结果。独立分配定律的发现：孟德尔将豌豆高矮茎，有无皱纹等包含多项特征的种子杂交，发现种子各自的特点的遗传方式没有相互影响，每一项特征都符合显性原则以及分离定律，这被称为独立分配定律。另外值得一提的是在孟德尔死后，发现这一定律只在一定的条件下方能成立。孟德尔表示3与1之比的杂交试验图解。图解了两个具有不同性状豌豆株系的杂交结果，在AA或Aa基因型的个体中都表现出显性性状（红球），隐形性状只在具有aa基因型的个体中（白球）才表现出来。连锁与互换定律是在1900年孟德尔遗传规律被重新发现后，人们以更多的动植物为材料进行杂交试验，其中属于两对性状遗传的结果，有的符合独立分配定律，有的不符。摩尔根以果蝇为试验材料进行研究，最后确认所谓不符合独立遗传规律的一些例证，实际上不属独立遗传，而属另一类遗传，即连锁遗传。遗传学三大定律的内容：一、分离定律：在杂合子细胞中，位于一对同源染色体上的等位基因，具有一定的独立性；当细胞进行减数分裂时，等位基因会随着同源染色体的分离而分开，分别进入两个配子当中，独立地随配子遗传给后代。二、自由组合定律：非等位基因自由组合。这就是说，一对染色体上的等位基因与另一对染色体上的等位基因的分离或组合是彼此间互不干扰的，各自独立地分配到配子中去。三、连锁与互换定律：生殖细胞形成过程中，位于同一染色体上的基因是连锁在一起，作为一个单位进行传递，称为连锁律。在生殖细胞形成时，一对同源染色体上的不同对等位基因之间可以发生交换，称为交换率或互换率。三、细胞研究历史：细胞（Cells）是由英国科学家罗伯特·胡克（RobertHooke，1635～1703）于1665年发现的。当时他用自制的光学显微镜观察软木塞的薄切片，放大后发现一格一格的小空间，就以英文的cell命名之，而这个英文单字的意义本身就有小房间一格一格的用法，所以并非另创的字汇。而这样观察到的细胞早已死亡，仅能看到残存的植物细胞壁，虽然他并非真的看见一个生命的单位（因为无生命迹象），后世的科学家仍认为其功不可没，一般而言还是将他当作发现细胞的第一人。而事实上真正首先发现活细胞的，还是荷兰生物学家雷文霍克（列文虎克）。[1]1809年，法国博物学家（博物学即二十世纪后期所称的生物学、生命科学等的总称）拉马克（Jean-BaptistedeLamarck，1744—1829）提出：“所有生物体都由细胞所组成，细胞里面都含有些会流动的‘液体’。”却没有具体的观察证据支持这个说法。1824年，法国植物学家杜托息（HenriDutrochet,1776~1847）在论文中提出“细胞确实是生物体的基本构造”又因为植物细胞比动物细胞多了细胞壁，因此观察技术还不成熟的时候比动物细胞更容易观察，也因此这个说法先被植物学者接受。19世纪中期，德国动物学家施旺（TheodorSchwann,1810~1882）进一步发现动物细胞里有细胞核，核的周围有液状物质，在外圈还有一层膜，却没有细胞壁，他认为细胞的主要部分是细胞核而非外圈的细胞壁。1830年后，随着工业生产的发展，显微镜制作克服了镜头模糊与色差等的缺点，分辨率提高到1微米，显微镜也开始逐渐普及。改进后的显微镜，细胞及其内含物被观察得更为清晰。1839年，德国植物学家施莱登（MatthiasSchleiden,1804~1881）从大量植物的观察中得出结论：所有植物都是由细胞构成的。与此同时，德国动物学家施旺做了大量动物细胞的研究工作。当时由于受胡克的影响，对细胞的观察侧重于细胞壁而不是细胞的内含物，因而对无细胞壁的动物细胞的认识就比植物细胞晚得多。施旺进行了大量研究，第一个描述了动物细胞与植物细胞相似的情况。[2]在德国施旺和施莱登之后的十年，科学家陆续发现新的证据，证明细胞都是从原来就存在的细胞分裂而来，而至21世纪初期的细胞学说大致上可以简述为以下三点：细胞为一切生物的构造单位、细胞为一切生物的生理单位、细胞由原已生存的细胞分裂而来。“细胞”一词最早出现在日本兰学家宇田川榕庵1834年的著作《植学启原》。中国自然科学家李善兰1858年在其著作《植物学》中使用“细胞”作为Cell的中文译名[3]。有学者认为李善兰此时并未接触过《植学启原》，因而是独自发明。细胞的定义：细胞（英文名：cell）并没有统一的定义，比较普遍的提法是：细胞是生物体基本的结构和功能单位。已知除病毒之外的所有生物均由细胞所组成，但病毒生命活动也必须在细胞中才能体现。一般来说，细菌等绝大部分微生物以及原生动物由一个细胞组成，即单细胞生物，高等植物与高等动物则是多细胞生物。细胞可分为原核细胞、真核细胞两类，但也有人提出应分为三类，即把原属于原核细胞的古核细胞独立出来作为与之并列的一类。研究细胞的学科称为细胞生物学。细胞体形极微，在显微镜下始能窥见，形状多种多样。主要由细胞核与细胞质构成，表面有细胞膜。高等植物细胞膜外有细胞壁，细胞质中常有质体，体内有叶绿体和液泡，还有线粒体。动物细胞无细胞壁，细胞质中常有中心体，而高等植物细胞中则无。细胞有运动、营养和繁殖等机能。细胞的化学成分：组成细胞的基本元素是：O、C、H、N、Si、K