生命科学纵横思考题作答.docx

生命科学纵横思考题作业电信学院 通信1104班 黄文俊 112110821. 什么是生物分类的三域和五界系统？有何联系和区别？答：生物分类的三域：細菌域、古細菌域和真核域。生物分类的五界：原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界和动物界。三域之间的联系：三域系统由Carl Woese在1977年提出。他依据16S rRNA序列上的差别认为这古细菌、真细菌和真核生物均是从一个具有原始遗传机制的共同祖先分别进化而来。有人认为生物的根应该在真细菌之内很多真细菌的类群在古细菌之前分支出来很晚古细菌和真核生物才彼此分开。除了遗传机制、古细菌与真细菌、真核生物还分别在遗传物质与细胞结构等方面有联系。三域之间的区别：上世纪70年代末，Woese等人用他们独创的技术分析了200多种细菌和真核生物（包括其中的某些细胞器）的16S(或18S)核糖体核糖核酸(rRNA)的寡核苷酸谱，发现古菌在16SrRNA的系统发生树上和其它原核生物的区别。这两组原核生物起初被定为古细菌(Archaebacteria)和真细菌(Eubacteria)两个界或亚界。后来Woese认为它们是两支根本不同的生物，遂重命名其为古菌(Archaea)和细菌(Bacteria)，这两支和真核生物(Eukarya)一起构成了生物的三域系统。虽然古菌与细菌相似，染色体DNA呈闭合环状，基因也组织成操纵子，但在DNA复制、转录、翻译等方面，古菌却具有明显的真核特征。在膜结构和成分上，古细菌膜含醚而不是酯，其中甘油以醚键连接长链碳氢化合物异戊二烯，而不是以酯键同脂肪酸相连。而在进化速率上，古细菌比真细菌缓慢，保留了较原始的特性。五界之间的联系：五界组成了一个纵横统一的系统，从纵向上看，它显示了生命历史的三大阶段：即原核单细胞阶段、真核单细胞阶段和真核多细胞阶段（具有三个分支）。在横向上看，它显示了生物演化的三大方向：营光合自养的植物，为自然界的生产者；分解和吸收有机物的真菌，为自然界的分解者；以摄食有机物的方式进行营养的动物，为自然界的消费者（同时又是分解者）。五界系统能够较好的反映出生物间的亲缘关系和进化历程。五界之间的区别：细胞结构的复杂程度：原核生物界中的生物原核细胞构成，原核细胞内细胞结构无核膜、无核仁（仅有拟核）及膜结构形成的细胞器。真核生物是根据细胞多少进一步划分的：原生生物界-单细胞或多细胞；植物界、真菌界、动物界-多细胞。营养类型区别：原核生物界-自养或异养；原生生物界-自养或异养；植物界-光合自养；真菌界-腐生异养；动物界-异养。三域与五界之间的联系：原核生物界后分别分为古细菌域（内含古细菌界）、真细菌域（内含真细菌界）和真核生物域（内含原生生物界、真菌界、植物界和动物界）。2. 举一例说明学习生命科学的意义和作用。答：学习生命科学有助于我们了解自身，比如身体健康程度，疾病的预防和治疗等等。具体来说，例如我们在生命科学方面有了重大发现（单体器官培育），可以应用到医疗卫生上（器官移植），人类的健康就有所保障了。3. 干细胞应用于临床有哪些优势和争议？答：干细胞应用于临床的优势：干细胞治疗是把健康的干细胞移植或经静脉注射到病人或自己体内，以达到修复病变细胞或重建功能正常的细胞和组织为目的。因为干细胞是一种未分化未成熟的细胞，其细胞表面的抗原表达很微弱，患者自身的免疫系统对这种未分化细胞的识别能力很低，无法判断它们的属性，从而避免了器官移植引起的免疫排斥反应及过敏反应等，使同种异体移植神经干细胞变得非常安全。而且干细胞治疗还具有低毒性(或无毒性)、治疗材料来源充足，是最好的免疫治疗和基因治疗载体。另外，干细胞移植治疗在尚未完全了解疾病发病的确切机理前也可以应用，是现在疗法无能为力的“不治之症”的救星与新的希望。干细胞应用于临床的争议：主要集中在干细胞是否具有横向分化能力以及由胚胎干细胞应用引起的伦理争议。干细胞是否具有横向分化能力是基础和临床研究两个领域中最大的争议，至今无任何研究能够肯定分化存在与否。多项研究显示，干细胞移植可以提高心肌梗死后的心功能，增加心脏灌注，延缓心衰进程，患者的远期预后有望改善。然而近来干细胞的横向跨系分化行为受到质疑。在有的研究中并未发现干细胞与宿主细胞间形成结构和功能上统一的电-机械复合体，在细胞移植后发生恶性心律失常，甚至猝死。胚胎干细胞研究一直是一个颇具争议的领域，反对者认为，进行胚胎干细胞研究就必须破坏胚胎，而胚胎是人尚未成形时在子宫的生命形式，即间接牺牲了一个未来的小生命。因此，如果支持进行胚胎干细胞研究就等于是怂恿他人“扼杀生命”，是不道德的，违反伦理的。所以这方面的研究惹来了很多伦理上的反对和斥责。由于胚胎干细胞在医学应用上存在着免疫排斥以及伦理窘境等壁垒，科学家正在尝试其他途径代替胚胎干细胞，比如试图通过细胞重编程的方法让病人的体细胞转化为干细胞供自身使用，主要的几个分支包括细胞核移植，患者体细胞与供体胚胎干细胞的细胞融合，以及诱导多能干细胞。其中诱导多能干细胞在近五年内新兴并迅速得到学术界的高度关注。今年诺贝尔生物学或医学奖即颁授给在研究IPS细胞领域做出杰出贡献的两位科学家。4. 癌症的原因就是细胞周期失去控制，因而细胞无限制地分裂。全世界每年用于研究治疗癌症的药物方面要花费大量经费。而用于防癌的经费则少得多。生活方式的改变有助于防癌吗？预防癌症的可能途径有哪些？答：生活方式的改变有助于防癌：（1） 通过饮食来降低患癌风险。研究表明，以植物为主的饮食习惯可降低某些癌症的发生率，特别是结肠癌。每日应将红肉的摄入量控制在4盎司左右，避免食用香肠等加工肉类，每日至少吃五份非淀粉类蔬菜和水果，减少含糖饮料、果汁、甜点、糖果、面包和面包圈的摄入量。（2） 进行积极地体育锻炼，如快走、骑车、跳舞。研究表明，积极锻炼的人患结肠癌和乳腺癌的风险较低。另外，保持正常的身高体重。体重的增加与患子宫内膜癌、胆囊癌、食道癌、肾癌、甲状腺癌和结肠癌的机率有关。（3） 定期接受癌症筛查，包括身体检查、验血、成像、X -射线和基因测试。 筛查试验可检测结肠癌、乳腺癌、前列腺癌、宫颈癌和皮肤癌。筛选检查，包括身体检查、验血、X射线和基因测试。（4） 拒绝吸烟或使用任何烟草产品。据国家癌症研究所称，吸烟可引发很多癌症，如肺癌、食道癌、口腔癌、咽喉癌、胃癌和胰脏癌。此外，吸烟也是引发早产的原因之一。（5） 限制酒精消费。这意味着，女性每日最多饮用1杯酒，男性最对饮用2杯酒。据美国癌症协会报道，饮酒者发生口腔癌的机率是非饮酒者的6倍。（6） 避免使用激素替代疗法来治疗更年期症状。一些研究表明，激素替代疗法会增加患子宫癌的风险。如需采取激素疗法，最多使用5年。（7） 避免暴露于致癌物质中。暴露于辐射和一些化学物质重会引发癌症，如，游离辐射、高能紫外线和X射线与患肺癌、皮肤癌、甲状腺癌、乳腺癌和胃癌的风险有关联；尽量避免强烈日光照射皮肤。太阳光中的紫外线会伤害皮肤中的DNA，可能引发基因突变导致皮肤癌。户外活动应使用防晒品，带遮阳帽和墨镜。（8） 在咨询医生后，考虑服用药物以降低癌症风险。一些研究表明，某些药物可降低癌症风险，如，选择性雌激素受体调节剂有助于高风险乳腺癌患者远离癌症。预防癌症的可能途径有：（1） 将端粒酶作为肿瘤治疗的靶点，直接抑制其活性或是从基因层面进行操作，来抑制癌细胞分化，从而治疗癌症。或是注射延长端粒的酶，以加强对细胞染色体的保护，防止细胞遗传物质发生不正常变异，形成癌症。（2） 研究亦表明癌症不能在弱碱性的人体中形成，只能在酸性身体中形成，所以尽量从饮食和生活中将身体的酸碱度调至弱碱性，将有效抑制癌症发生。5. 什么是性连锁基因？答：性连锁基因又称为伴性基因，这类基因只伴连在一对性染色体的其中一条上，其最终表达结果只出现一种性特征。在那些X和Y染色体之间不发生互换的生物种群中，伴有X染色体的基因永远被联结。有互换时，只有不配对的染色体部分将携带伴性基因。由于X染色体较Y染色体长，它将含有很多Y染色体无法对位的基因, 因此很多基因都是伴X染色体的。这些基因以纯合子的等位基因形式出现于同配子型(XX)，在异配子型(XY)中则以单个基因出现。由伴性基因决定的性状成为伴性性状。性连锁基因还会在遗传中发挥独特作用，称为伴性遗传，是指在遗传过程中子代的部分性状由性连锁基因控制，这种遗传方式就称为伴性遗传，又称性连锁（遗传）或性环连。伴性遗传分为X染色体显性遗传（如：抗维生素D佝偻病，钟摆型眼球震颤等），X染色体隐性遗传（如：红绿色盲，血友病等）和Y染色体遗传（如：鸭蹼病，人类印第安毛耳外耳廓多毛症等）。XBXbXBYXbY6. 一对夫妇表型正常，但他们的孩子却患血友病，画一个家族谱系表示这3个个体的基因型。那么他们孩子患血友病的比例是多大？子代是携带者的比例又是多大？答：夫妇表型正常而孩子有病，由于血友病为伴X染色体隐性遗传，故可推出母亲为致病基因携带者。按照夫妇基因型做后代可能基因型表得：XBXbXBXB XB(表型正常，非携带者)XB Xb(表型正常，携带者)YXB Y(表型正常，携带者)Xb Y(表型不正常，患者)故子代患血友病的比例为1/4，是携带者的比例亦为1/4。7. 说出获得目的基因的3种不同的方法。答：1、 限制性内切酶酶切法限制性核酸内切酶是生物体内一类能识别并切割特异的双链DNA序列的一种内切核酸酶。它能特异地结合于一段被称为限制性酶识别序列的DNA序列之内或其附近的特异位点上，并切割双链DNA。利用限制性内切酶的特性，可以对生物的DNA序列进行处理，得到所需目的基因。限制性核酸内切酶可分为三类：类和类酶在同一蛋白质分子中兼有切割和修饰（甲基化）作用且依赖于ATP的存在。类酶结合于识别位点并随机的切割识别位点不远处的DNA，而类酶在识别位点上切割DNA分子，然后从底物上解离。类由两种酶组成： 一种为限制性内切核酸酶（限制酶），它切割某一特异的核苷酸序列； 另一种为独立的甲基化酶，它修饰同一识别序列。类中的限制性内切酶在分子克隆中得到了广泛应用，它们是重组DNA的基础。绝大多数类限制酶识别长度为4至6个核苷酸的回文对称特异核苷酸序列（如EcoR识别六个核苷酸序列：5- GAATTC-3），有少数酶识别更长的序列或简并序列。限制性核酸内切酶的酶切效率受以下因素和条件的影响：DNA纯度、缓冲液、温度条件及限制性内切酶本身都会影响限制性内切酶的活性。大部分限制性内切酶不受RNA或单链DNA的影响。所以要实现用限制性内切酶法获取目的基因，必须控制好以上条件。2、 利用PCR技术直接扩增目的基因PCR(Polymerase Chain Reaction，聚合酶链式反应）技术的基本原理类似于DNA的天然复制过程半保留复制。双链DNA在多种酶的作用下可以变性解旋成单链，在DNA聚合酶的参与下，根据碱基互补配对原则复制成同样的两分子拷贝。在实验中发现，DNA在高温时也可以发生变性解链，当温度降低后又可以复性成为双链。因此，通过温度变化控制DNA的变性和复性，加入设计引物，DNA聚合酶、dNTP就可以完成特定基因的体外复制。PCR由变性-退火-延伸三个基本反应步骤构成： 板DNA的变性：模板DNA经加热至95左右一定时间后，使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA解离，使之成为单链，以便它与引物结合，为下轮反应作准备； 模板DNA与引物的退火（复性）：模板DNA经加热变性成单链后，温度降至55左右，引物与模板DNA单链的互补序列配对结合； 引物的延伸：调温度至65度左右，DNA模板-引物结合物在TaqDNA聚合酶的作用下，以dNTP为反应原料，靶序列为模板，沿着磷酸到五碳糖(5-3)的方向，按碱基互补配对与半保留复制原理，合成一条新的与模板DNA链互补的半保留复制链。重复循环变性-退火-延伸三过程就可获得更多的“半保留复制链”，而且这种新链又可成为下次循环的模板。每完成一个循环需24分钟，23小时就能将待扩目的基因扩增放大几百万倍。由PCR技术制造的PCR仪实际就是一个温控设备，能在95度，55度，65度之间很好的控制。一般DNA聚合酶在高温时会失活，因此，每次循环都得加入新的DNA聚合酶，不仅操作烦琐，而且价格昂贵，制约了PCR技术的应用和发展。发现耐热DNA聚合酶Taq酶对于PCR的应用有里程碑的意义，该酶可以耐受90以上的高温而不失活，不需要每个循环加酶，使PCR技术变得非常简捷、同时也大大降低了成本，PCR技术得以大量应用，并逐步应用于临床。3、 通过构建基因组文库或CDNA文库分离目的基因答：基因组文库和CDNA文库均属于DNA文库，区别在于DNA的来源不同。基因组文库指将某生物的全部基因组DNA用限制性内切酶或机械力量切割成一定长度的DNA片段，再与适合的载体在体外重组并转化相应的宿主细胞获得的所有阳性菌落。其实质就是采用“化整为零”策略，将庞大的基因分解成一段段，每段包含一个或几个基因。cDNA文库是以特定的组织或细胞mRNA为模板，逆转录形成的互补DNA（cDNA）与适当的载体（常用噬菌体或质粒载体）连接后转化受体菌形成重组DNA克隆群，这样包含着细胞全部mRNA信息的cDNA克隆集合称为该组织或细胞的cDNA文库。cDNA文库特异地反映某种组织或细胞中，在特定发育阶段表达的蛋白质的编码基因，因此cDNA文库具有组织或细胞特异性。通过构建基因组文库或CDNA文库后，可以运用适当的目的基因片段作探针，利用高密度的噬菌斑或菌落原位杂交技术，从大量的噬菌斑或菌落中筛选出含有目的基因的重组体的噬菌斑或菌落，再经过扩增提取其中的重组体，最后即可获得所需要的目的基因片段。8. 将抗除草剂基因加到作物中的主要问题是什么？答：将抗除草剂基因加到作物中的主要问题有以下四个方面：1 抗除草剂转基因作物可以与其他作物或其野生近缘植物通过杂交发生抗性基因“漂移”，产生新的抗性杂草类型，这将引起抗性基因大范围扩散，从而增加杂草化的风险。因此，对“漂移”现象应该加强研究和监测。2 抗除草剂转基因作物自身可能发生逃逸，生成杂草和自生苗从而发生杂草化