1、第八章生命科學和人生8-1遺傳物質去氧核糖核酸（遺傳物質去氧核糖核酸（DNA）8-2現代生物技學的發展現代生物技學的發展8-3生物技學的衝擊生物技學的衝擊8-4生物技學之社會觀生物技學之社會觀回總目錄回總目錄遺傳物質去氧核糖核酸（DNA）DNA的功能的功能DNA 的化學組成的化學組成DNA的構造的構造DNA與蛋白質的關係與蛋白質的關係DNA的功能1.遺傳的延續性遺傳的延續性DNA的自我複製的自我複製2.控制細胞的代謝控制細胞的代謝(1)DNA經經轉錄轉錄形成形成RNA(2)RNA藉藉轉譯轉譯合成蛋白質合成蛋白質(3)蛋白質影響細胞的代謝與生理機能蛋白質影響細胞的代謝與生理機能DNA的功能DNA
2、的化學組成1.組成組成DNA的小分子：核酸的小分子：核酸2.(1)核酸：核酸：去氧核糖去氧核糖3.含氮鹼基含氮鹼基4.磷酸磷酸5.(2)含氮鹼基含氮鹼基6.A：腺嘌呤腺嘌呤 T ：胸腺胸腺嘧啶嘧啶7.C：胞嘧啶胞嘧啶G：鳥糞鳥糞嘌呤嘌呤2.核酸分子連結成核酸分子連結成多核酸鏈多核酸鏈DNA的化學組成DNA的構造1.雙螺旋構造雙螺旋構造2.(1)1953年年3.華生（華生（J.Watson）和克立克（和克立克（F.Crick）提出提出DNA的構造(2)兩股兩股多核酸鏈多核酸鏈反向反向平行作螺旋狀旋轉平行作螺旋狀旋轉DNA的骨架：磷酸基與去氧核糖相接的骨架：磷酸基與去氧核糖相接DNA的核心：含氮鹼
3、基的核心：含氮鹼基A、T配對配對 C、G配對配對A和和T之間形成之間形成2個氫鏈個氫鏈C和和G之間形成之間形成3個氫鏈個氫鏈(3)鹼基序列：鹼基序列：指核酸鏈上指核酸鏈上鹼基的排列順序鹼基的排列順序決定決定了了DNA分子的分子的特異性特異性DNA雙螺旋模式圖資料來源：Mader,S.S.,1998,Biology,McGraw-Hill,P.227.DNA的構造2.DNA的複製的複製3.(1)兩股鬆開兩股鬆開4.(2)以原有的以原有的兩股為鑄模兩股為鑄模，合成新核酸鏈，合成新核酸鏈5.鹼基配對鹼基配對：6.需要需要dATP、dTTP、dCTP、dGTP為為原料原料7.接合接合：需要：需要DNA
4、聚合聚合的催化的催化8.(3)半保留半保留複製方式：複製方式：9.複製完成的複製完成的DNA分子分子10.一股是原有的、一股是新合成的一股是原有的、一股是新合成的DNA複製的示意圖資料來源：Mader,S.S.,1998,Biology,McGraw-Hill,P.228.DNA與蛋白質的關係1.基因是基因是DNA分子上一段特定的核酸序列分子上一段特定的核酸序列2.(1)不同的基因：鹼基對數目差異很大不同的基因：鹼基對數目差異很大3.鹼基序列也不一樣鹼基序列也不一樣數數種種蛋白質基因的鹼基對數目蛋白質基因的鹼基對數目DNA與蛋白質的關係(2)不同的生物體，不同的生物體，DNA所含的鹼基對數目和
5、所含的鹼基對數目和 基因數亦不相同基因數亦不相同生物體鹼基對數目與基因數目生物體鹼基對數目與基因數目DNA與蛋白質的關係2.RNA的構造的構造(1)組成組成RNA的小分子：核酸的小分子：核酸 每個核酸：每個核酸：核糖核糖含氮鹼基含氮鹼基磷酸磷酸 含氮鹼基：含氮鹼基：A 腺嘌呤腺嘌呤 U 嘧啶嘧啶 C 胞嘧啶胞嘧啶 G 鳥糞嘌呤鳥糞嘌呤(2)單股單股的多核酸鏈構成的多核酸鏈構成RNARNA的組成與構造資料來源：Mader,S.S.,1998,Biology,McGraw-Hill,P.238.DNA與蛋白質的關係3.RNA的種類的種類4.(1)核糖體核糖體RNA（rRNA）5.和蛋白質結合，構成
6、核糖體和蛋白質結合，構成核糖體6.(2)傳訊傳訊RNA（mRNA）7.自自DNA轉錄訊息，以三個鹼基為一轉錄訊息，以三個鹼基為一組組 密碼子密碼子8.共含有共含有64組密碼子組密碼子9.(3)轉送轉送RNA（tRNA）10.可以搬運胺基酸可以搬運胺基酸11.每個每個tRNA上有一組補密碼，可與上有一組補密碼，可與mRNA 上的密碼子配對上的密碼子配對DNA與蛋白質的關係DNA遺傳密碼C G T T A G A C GmRNA密碼子G C A A U C U G CtRNA補密碼C G U U A G A C GDNA與蛋白質的關係4.轉錄作用轉錄作用5.(1)定義：將定義：將DNA的遺傳密碼抄
7、錄的遺傳密碼抄錄成成 mRNA上一個個密碼子上一個個密碼子DNA與蛋白質的關係(2)過程過程 DNA雙股鬆開雙股鬆開以以一股為鑄模一股為鑄模 RNA聚合聚合沿鑄模股合成沿鑄模股合成RNA多核酸鏈多核酸鏈需要需要ATP、GTP、CTP、UTP為原料為原料多核酸鏈經處理後形成多核酸鏈經處理後形成mRNA、tRNA和和 rRNA(3)原原核生物在核生物在細胞質細胞質進行轉錄進行轉錄 真真核生物在核生物在細胞核細胞核進行轉錄進行轉錄遺傳訊息的轉錄資料來源：Mader,S.S.,1998,Biology,McGraw-Hill,P.240.DNA與蛋白質的關係5.轉譯作用轉譯作用6.(1)定義：根據定義
8、：根據mRNA的密碼子合成蛋白的密碼子合成蛋白質質 的過程的過程7.(2)轉譯進行的場所：核糖體轉譯進行的場所：核糖體DNA與蛋白質的關係(3)過程：過程：mRNA進入細胞質與核糖體結合進入細胞質與核糖體結合第一個第一個tRNA帶來第一個胺基酸（帶來第一個胺基酸（aa1）第二個第二個tRNA帶來第二個胺基酸（帶來第二個胺基酸（aa2）aa2和和aa1結合（形成鍵），第一個結合（形成鍵），第一個tRNA離開核糖體離開核糖體核糖體向前移動核糖體向前移動很多胺基酸依上述方式結合後，形成多很多胺基酸依上述方式結合後，形成多鏈，再離開核糖體鏈，再離開核糖體多鏈再經過一些處理而成為蛋白質多鏈再經過一些處理
9、而成為蛋白質轉譯作用的模式圖現代生物技學的發展遺傳工程簡介遺傳工程簡介離體培養離體培養遺傳工程簡介1.遺傳工程：遺傳工程：2.藉人為操作改變遺傳基因的技術，藉人為操作改變遺傳基因的技術，又稱基因工程又稱基因工程遺傳工程簡介2.重組重組DNA(1)是遺傳工程最主要的技術是遺傳工程最主要的技術(2)定義：將外源基因併入細胞定義：將外源基因併入細胞DNA中，而改變中，而改變 細胞的基因組成細胞的基因組成(3)基本原理與步驟：基本原理與步驟：以相同的限制切割載體以相同的限制切割載體DNA和外源和外源DNA，使其具有使其具有互補性鹼基序列的兩端互補性鹼基序列的兩端 以接合將載體以接合將載體DNA和外源和
10、外源DNA連成重組連成重組 DNA分子分子 戴體本身亦為戴體本身亦為DNA，常用的載體為細菌的質常用的載體為細菌的質 體和病毒，可在基因轉殖生物內自行複製體和病毒，可在基因轉殖生物內自行複製 將重組將重組DNA分子送入適當的細胞中分子送入適當的細胞中限制酵素切割DNA重組DNA的操作過程資料來源：Campbell,Neil A.,1993,Biology 3th Ed.,The Benjamin Cammings Publishing Co.,Inc.,P.395.遺傳工程簡介3.轉殖生物轉殖生物4.(1)定義：具有轉入外源基因的生物定義：具有轉入外源基因的生物5.(2)基因轉殖細菌：基因轉殖
11、細菌：6.例如已轉入人體胰島素或生長素例如已轉入人體胰島素或生長素基因基因 的大腸桿菌的大腸桿菌遺傳工程簡介(3)基因轉殖植物基因轉殖植物 農桿菌農桿菌的質體為載體的質體為載體 農桿菌感染植物細胞農桿菌感染植物細胞 外源外源DNA進入植物細胞核中進入植物細胞核中 長成的植物為基因轉殖植物長成的植物為基因轉殖植物 可表現外源基因的特性可表現外源基因的特性 例如：轉入螢火蟲螢光基因的菸草幼苗例如：轉入螢火蟲螢光基因的菸草幼苗 會發螢光會發螢光農桿菌媒介的基因轉殖植物資料來源：McFadden,C.A.and William T.Keeton,1994,Biology,W.W.Norton and
12、Co.,Inc.,P.267.遺傳工程簡介(4)基因轉殖動物基因轉殖動物 藉由藉由顯微注射顯微注射將帶將帶 有外源基因的載體有外源基因的載體 送入受精卵中送入受精卵中 例如：基因轉殖山羊例如：基因轉殖山羊資料來源：Tobin,A.J.Dusheck,1998,Asking About Life,Saunders College Publishing,P.325.離體培養1.定義：將生物體的細胞、組織和器官置於定義：將生物體的細胞、組織和器官置於2.體外人工控制的環境下生長、發育體外人工控制的環境下生長、發育2.植物組織培養植物組織培養(1)植物細胞具有植物細胞具有全能性全能性：一個細胞一株完整
13、的植物一個細胞一株完整的植物(2)培養基的條件：培養基的條件：無菌環境無菌環境 適當的養分適當的養分 激素（激素（生長素生長素、細胞分裂素細胞分裂素）適當的溫度、光線適當的溫度、光線離體培養：植物組織培養資料來源：Campbell,Neil A.,1993,Biology 3th Ed.,The Benjamin Cammings Publishing Co.,Inc.,P.393.離體培養3.動物器官培養動物器官培養(1)將動物的胚胎器官取出體外，在適當將動物的胚胎器官取出體外，在適當 的人工培養環境觀察其發育、分化至的人工培養環境觀察其發育、分化至 成熟的過程成熟的過程(2)將動物成熟的器
14、官在體外繼續維持其將動物成熟的器官在體外繼續維持其 構造和功能，以準備器官移植構造和功能，以準備器官移植離體培養：動物器官培養培養液中含小牛血清、葡萄糖及多種胺基酸、無機鹽類和維生素離體培養4.試管嬰兒試管嬰兒(1)受精受精及及受精卵的初期受精卵的初期分裂在體外進行，分裂在體外進行，此階段為離體培養此階段為離體培養(2)進行的步驟：進行的步驟：採卵受精卵四細胞採卵受精卵四細胞 的初期胚胎子宮中發育的初期胚胎子宮中發育受精分裂注射入生物技學的衝擊生物技學在農業上的應用生物技學在農業上的應用生物技學在畜牧業上的應用生物技學在畜牧業上的應用生物技學在醫學上的應用生物技學在醫學上的應用生物技學在工業上
15、的應用生物技學在工業上的應用生物技學在農業上的應用1.1970年代後，生物技學成為崛起新興科技，年代後，生物技學成為崛起新興科技，主要因為：主要因為：(1)重組重組DNA技術的成功技術的成功(2)動、植物細胞培養的工業化動、植物細胞培養的工業化(3)細胞融合技術的應用細胞融合技術的應用2.生物科技的優點：生物科技的優點：(1)應用性廣應用性廣(2)污染性低污染性低(3)經濟效益高經濟效益高生物技學在農業上的應用3.生物技學在農業方面的應用生物技學在農業方面的應用4.(1)植物疾病的防治植物疾病的防治5.藉遺傳工程技術產生具有抗病藉遺傳工程技術產生具有抗病或抗蟲或抗蟲6.能力的基因轉殖植物能力的
16、基因轉殖植物7.例如：抗殺草劑植物、抗蟲植例如：抗殺草劑植物、抗蟲植物物生物技學在農業上的應用(2)提高農作物營養價值提高農作物營養價值藉遺傳工程技術大大提高農作物中的營藉遺傳工程技術大大提高農作物中的營養素含量養素含量例如：增加蛋白質含量的大豆、稻米，例如：增加蛋白質含量的大豆、稻米，增加澱粉含量的馬鈴薯，增加多脂物質增加澱粉含量的馬鈴薯，增加多脂物質的棉花（使纖維韌度增加）的棉花（使纖維韌度增加）生物技學在農業上的應用(3)培育高經濟價值植物培育高經濟價值植物 利用植物利用植物組織培養組織培養技術，在有限的空間技術，在有限的空間 和短時間內大量培植某些特殊經濟價值和短時間內大量培植某些特殊
17、經濟價值的作物的作物 例如：奎寧（治瘧疾）例如：奎寧（治瘧疾）除蟲菊（殺蟲）除蟲菊（殺蟲）名貴花卉（欣賞）名貴花卉（欣賞）生物技學在畜牧業上的應用1.提高牲畜的經濟價值提高牲畜的經濟價值(1)藉藉重組重組DNA技術技術將外源基因植入動物體，以將外源基因植入動物體，以 產生特定產物產生特定產物(2)例如：例如：牛生長激素基因轉殖豬：生長快、多瘦肉牛生長激素基因轉殖豬：生長快、多瘦肉 基因轉殖羊：可分泌含胰蛋白抑制劑的基因轉殖羊：可分泌含胰蛋白抑制劑的 羊乳，用以治療肺氣腫羊乳，用以治療肺氣腫生物技學在畜牧業上的應用2.增加牲畜品質或產量增加牲畜品質或產量3.(1)利用利用體外受精體外受精技術：一
18、隻優秀種牛的精技術：一隻優秀種牛的精液液4.可供可供5001000次受精之用（提高品次受精之用（提高品質）質）5.(2)利用利用胚胎移植胚胎移植技術：一隻母牛一次可產技術：一隻母牛一次可產下下6.兩隻小牛（增加產量）兩隻小牛（增加產量）生物技學在畜牧業上的應用3.動物選殖（複製）動物選殖（複製）4.(1)由由已分化已分化的動物細胞培育出新個體，目的動物細胞培育出新個體，目的的5.是培育一群是培育一群遺傳物質完全相同遺傳物質完全相同的動的動物物6.(2)例如：桃麗羊例如：桃麗羊動物選殖法用於複製動物桃麗羊資料來源：Audesirk,T.and G.Audesirk,1999,Biology,Pr
19、entice Hall,P.195.生物技學在醫學上的應用1.藥物及疫苗的製造：藥物及疫苗的製造：2.(1)將人類或其他動物的基因轉殖至細菌、將人類或其他動物的基因轉殖至細菌、3.酵母菌或某些動、植物細胞中，酵母菌或某些動、植物細胞中，以大量以大量4.生產藥物或疫苗生產藥物或疫苗5.(2)例如：例如：6.利用遺傳工程技術生產的人類利用遺傳工程技術生產的人類胰島素胰島素7.遺傳工程技術生產的遺傳工程技術生產的B型肝炎疫型肝炎疫苗苗生物技學在醫學上的應用2.基因診斷：較普遍使用的為下列三種方法基因診斷：較普遍使用的為下列三種方法3.(1)卵細胞診斷法卵細胞診斷法 4.(2)羊膜穿刺法羊膜穿刺法5.
20、(3)胎兒絨毛膜取樣法胎兒絨毛膜取樣法3.基因治療：有兩種方法基因治療：有兩種方法4.(1)將缺陷的基因以健康的基因替換將缺陷的基因以健康的基因替換5.例如：血癌（白血病）的基因治例如：血癌（白血病）的基因治療療6.(2)改變受精卵的基因組成改變受精卵的基因組成基因治療法用於醫治白血病資料來源：McFadden,C.H.and William T.Keeton,1994,Biology,W.W.Norton and Co.,Inc.,P.274.生物技學在醫學上的應用4.DNA指紋指紋5.(1)應用：親子鑑定應用：親子鑑定6.刑事醫學的鑑定刑事醫學的鑑定7.(2)DNA 指紋是指指紋是指DNA
21、電泳圖電泳圖8.DNA指紋中有一半的色帶與父親指紋中有一半的色帶與父親相同，相同，9.另一半則與母親相同另一半則與母親相同生物技學在醫學上的應用右列右列DNA指紋指紋用於親子鑑定，用於親子鑑定，請你判斷何者為請你判斷何者為該兒童之父親？該兒童之父親？（用一支尺衡量（用一支尺衡量比較）比較）Ans：男性男性2生物技學在工業上的應用1.生產工業酵素：生產工業酵素：2.(1)含蛋白、澱粉、脂肪的清潔含蛋白、澱粉、脂肪的清潔劑劑3.(2)食品工業：製造乳酪需用到凝乳，食品工業：製造乳酪需用到凝乳，4.製造高果糖漿需要用到澱粉製造高果糖漿需要用到澱粉5.(3)皮革工業：皮革工業：6.用蛋白除去皮革上附著
22、的毛用蛋白除去皮革上附著的毛髮髮7.用脂肪除去皮革上附著的油用脂肪除去皮革上附著的油脂脂8.(4)廢棄物處理：以纖維素分解廢棄廢棄物處理：以纖維素分解廢棄物物9.中的纖維物質中的纖維物質生物技學在工業上的應用2.生產胺基酸、乙醇、乳酸、醋酸生產胺基酸、乙醇、乳酸、醋酸等化等化學原料學原料3.生產甜味劑、香料、維生素、色素、防腐生產甜味劑、香料、維生素、色素、防腐劑等食品原料劑等食品原料4.生產酒精性飲料生產酒精性飲料生物技學之社會觀生物技學的潛在危險生物技學的潛在危險生物技學的倫理與法律問題生物技學的倫理與法律問題生物技學的潛在危險1.轉殖生物在自然界中可能轉殖生物在自然界中可能發生突變發生突
23、變，造成，造成危害危害2.轉殖生物的產物（例如：有毒蛋白質）可轉殖生物的產物（例如：有毒蛋白質）可能引起嚴重的能引起嚴重的過敏過敏症症3.由於植物的傳粉作用，野草也可能獲得抗由於植物的傳粉作用，野草也可能獲得抗殺草劑基因而出現抗殺草劑的野草殺草劑基因而出現抗殺草劑的野草生物技學的潛在危險4.具有抗蟲基因的植物可能具有抗蟲基因的植物可能改變改變了昆蟲的了昆蟲的演化演化方向方向(1)淘汰了不能吃抗蟲基因轉殖植物的昆蟲淘汰了不能吃抗蟲基因轉殖植物的昆蟲(2)選擇了能忍受抗蟲基因產物的昆蟲選擇了能忍受抗蟲基因產物的昆蟲5.抗病蟲害植物將在自然界中成為超級植物，抗病蟲害植物將在自然界中成為超級植物，危及一般植物的生存，破壞原有的生態平衡危及一般植物的生存，破壞原有的生態平衡生物技學的倫理與法律問題1.誰有權利檢視他人的遺傳資料？誰有權利檢視他人的遺傳資料？2.如何使用這些遺傳資訊？如何使用這些遺傳資訊？2.人工生殖科技可能帶來的人倫問題人工生殖科技可能帶來的人倫問題生命科學(下)總目錄第五章動物的代謝與恆定性第五章動物的代謝與恆定性第六章動物的協調作用第六章動物的協調作用第七章動物的生殖和遺傳第七章動物的生殖和遺傳第八章生命科學和人生第八章生命科學和人生
