《现代生命科学导论在线作业答案.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代生命科学导论在线作业答案.（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、东南大学现代生命科学导论在线作业答案学号尾数是2的(1初级阶段:这一阶段主要从古代到16世纪。这一时期生命科学的相关成就主 要体现为古代医学、农业、畜牧业和相关生物技术等方面知识。古代医学和药学发 展以及古代农业技术、生物技术的应用使古代人类的生产力得到了较大的发展。(2生命科学体系的形成:从16世纪开始，生命科学开始发展成一个独立的科学 体系，建立了以观察和实验为基础的科学研究方法，并形成了不同的生物学分支学 科。18世纪提出了生物分类法,19世纪建立了细胞学说和生物进化论，发现了孟德尔 遗传定律。(3现代生命科学阶段:50年代沃森和克里克阐明了 DNA的双螺旋结构,直接导 致了对生物体中D
2、NAmRNA一蛋白质中心法则的发现。60年代Nirenberg、 Ochoa以及Khorana等生物学家破译了 RNA上编码合成蛋白质的全部64个三联遗 传密码。1970年Temin和Baltimore从鸡肉瘤病毒颗粒中发现以RNA为模板合成 DNA的反转录酶，补充和完善了遗传信息传递的中心法则。公元前5世纪至公元前3世纪，中国古代医学著作黄帝内经描述了人体内 脏部位、大小、功能，以及男女生长发育过程和特征，论述了生活条件、精神状态与 健康的关系。并进一步总结了阴阳和五行理论，提出了人体生理和病理的脏腑学说 和经络学说。东汉时期张仲景所著的伤寒杂病论提出了 “辨证施治”的基本原则, 为中医的临
3、床实践打下了基础。明代李时珍所著的本草纲目记录了大量的动物 和植物并进行了分类。2.现代生物技术日渐渗透到人类生活的众多领域。从发展前景看,人类为解决粮 食、医疗保舰能源和环境等重大问题，充分有效地利用可再生的生物资源，必须大力 发展生物工程产业，其主要领域可概括为四大方面:农林牧渔业、医疗卫生业、能源 环境业和轻工食品业。各产业的主要发展方向为：农林牧渔业:培育优质、高产、抗逆的动植物新品种;为动植物疫病的诊断、预 防和治疗提供精确快速的诊断方法和高效、安全的防治用制剂。医药卫生业:研制新药和新生物制品，提高对恶性肿瘤、心脏血管并重要传染病 和遗传病的防治水平;应用现代生物技术及其它高新技术
4、，改造已有的生物制品和抗 生素等医药工业。能源环境业:选育可大量生产能源化学物质的工程菌，开发生物来 源的石油替代产品;选育可降解工业和生活废弃物的工程菌,用以处理垃圾，变废为宝; 处理工业“三废”,石油泄漏等,解决环境污染问题。轻工食品:选育优良的工业生产菌种，开发新产品，以生物可降解材料替代不可降 解的化工材料;应用新技术、新工艺、新设备改造已有的酿造工业和发酵工业。生物工程产业是正处于蓬勃发展的中的新兴产业,它的兴起及其对传统产业的 全面渗透和改造，将是下一个世纪第四次产业革命的重要特征。生物工程产业的发 展，对人类和地球的长远良性发展具有重大意义。一级结构指蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺
5、序蛋白质的二级结构是指多肽链骨架盘绕折叠所形成的有规律性的结构蛋白质的三级结构是整个多肽链的三维构象,它是在二级结构的基础上,多肽链 进一步折叠卷曲形成复杂的球状分子结构蛋白质的四级结构指数条具有独立的三级结构的多肽链通过非共价键相互连接 而成的聚合体结构。分解糖原，增加脂肪和蛋白质的消耗染色体畸变是指染色体发生数目或结构上的改变。包括整个染色体组成倍的增 加,成对染色体数目的增减，单个染色体某个节段的增减,以及染色体个别节段位置的 改变。这些畸变，可在显微镜下观察和识别，它是染色体病形成的根本原因。染色体 畸变分为数目畸变和结构畸变。ak47先知向ak47提问蛋白质工程和酶工程是继基因工程之
6、后发展起来的生物学技术，它们是基因工 程的一个重要组成部分,或者说是新一代的基因工程。以下简要介绍蛋白质工程和 酶工程的原理和应用。一、蛋白质工程通过基因工程能够大规模生产生物体内微量存在的活性物质，并借助转基因而 改变动植物性状,得以在人类医疗保健中进行基因诊断和基因治疗。然而在广泛利 用自然界各种蛋白质的过程中就发现，这些蛋白质只是适应生物自身的需要,而对它 们进行产业化开发往往不合意,需要加以改造。1983年Ulmer首先提出蛋白质工程, 它是指按照特定的需要，对蛋白质进行分子设计和改造的工程。自此以后，蛋白质工 程迅速发展，已成为生物工程的重要组成部分。（一蛋白质的分子设计与改造蛋白质
7、工程首先是以蛋白质的结构为基础，通过蛋白质的一级结构、晶体结构 和溶液构象的研究，积累了成千上万蛋白质一级结构和高级结构的数据资料,并编制 成系统的数据库，得以从中找出蛋白质分子间的进化关系、一级结构和高级结构的 关系、结构与功能的关系方面的规律。特别值得指出的是，计算机科学技术和图象 显示的迅猛发展,已使蛋白质结构分析、三维结构预测和模型构建，分子设计和能量 计算等理论与技术以及相关软件,正在发展成为一个独立的研究领域,而成为生物信 息学的一个分支。它在蛋白质工程定向改造的分子设计中是必不可少的条件和重要 手段。蛋白质作为生物大分子是生物化学和分子生物学的研究重点，大量蛋白质被分 离纯化，测
8、定了它们的结构、性质和生物学作用。分子生物学有关基因组的研究，也 可以用以推测出一些未知蛋白质的结构与功能。采用定位诱变的方法，可以对编码 蛋白质的基因进行核苷酸密码子的插入、删除、置换和改组，其结果为分子改造提 供新的设计方案。现有的蛋白质是生物长期进化的结果，蛋白质工程则是对生物进 化的模拟，按照蛋白质形成的规律，改造蛋白质或构建新的蛋白质。蛋白质的改造通常需要先经周密的分子设计,然后依赖基因工程获得突变型蛋 白质，以检验其是否达到了预期的效果。如果改造的结果不理想，还需要从新设计再 进行改造,往往经历多次实践摸索才能达到改进蛋白质性能的预定目标。（二蛋白质改造工程举例1. 水蛭素改造水蛭
9、素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂，它有多种变异体，由65或66个 氨基酸残基组成。水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾病。为提高水蛭 素活性，在综合各变异体结构特点的基础上提出改造水蛭素主要变异体HV2的设计 方案，将47位的Asn（天冬酰胺变成Lys（赖氨酸，使其与分子内第4或第5位Thr（苏 氨酸间形成氢键来帮助水蛭素N端肽段的正确取向，从而提高凝血效率，试管试验活 性提高4倍，在动物模型上检验抗血栓形成的效果，提高20倍。2. 生长激素改造生长激素通过对它特异受体的作用促进细胞和机体的生长发育，然而它不仅可 以结合生长激素受体，还可以结合许多种不同类型细胞的催乳激素受体，引发其
10、他生 理过程。在治疗过程中为减少副作用，需使人的重组生长激素只与生长激素受体结 合,尽可能减少与其他激素受体的结合。经研究发现,二者受体结合区有一部分重叠, 但并不完全相同，有可能通过改造加以区别。由于人的生长激素和催乳激素受体结 合需要锌离子参与作用，而它与生长激素受体结合则无需锌离子参与,于是考虑取代 充当锌离子配基的氨基酸侧链，如第18和第21位His（组氨酸和第17位Glu（谷氨 酸。实验结果与预先设想一致，但要开发作为临床用药还有大量的工作要做。3. 胰岛素改造天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体，延缓胰岛素从注射部位进入 血液，从而延缓了其降血糖作用，也增加了抗原性，这是胰岛
11、素B23- B28氨基酸残基 结构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚合作用,使胰岛素快速 起作用。该速效胰岛素已通过临床实验。4.治癌酶的改造癌症的基因治疗分二个方面:药物作用于癌细胞，特异性地抑制或杀死癌细胞;药 物保护正常细胞免受化学药物的侵害，可以提高化学治疗的剂量。疱疹病毒（HSV胸 腺嘧啶激酶（TK可以催化胸腺嘧啶和其它结构类似物磷酸化而使这些碱基3-OH缺 乏，从而阻断DNA的合成，杀死癌细胞。HSVTK催化能力可以通过基因突变来提 高。从大量的随机突变中进行筛选出一种酶，在酶活性部位附近有6个氨基酸被替 换，催化能力20倍以上。蛋白质工程的发展很快，研究工作很多，
12、以上仅介绍了几个例子。蛋白质工程除 了用于改造天然蛋白质或设计制造新的蛋白质外，其本身还是研究蛋白质结构功能 的一种强有力的工具,它在解决生物理论方面所起的作用，可以和任何重大的生物研 究方法相提并论。二、酶工程人们早就知道，在催化化学方面，就其经济性、效率以及用途的多样性而言，很难 有其它的化学物质能超过生物酶。如今，生物酶已被广泛用于人类生活的许多方面， 如食品、饮料、医用药品、化学工业及洗涤剂的生产等。然而，这些由数百个氨基 酸按一定的精确顺序连接起来的生物大分子,其用途是有局限性的。因为，天然酶虽 然在生物体内能发挥各种功能,但在生物体外，特别是在工业条件（如高温、高压、机 械力、重金
13、属离子、有机溶剂、氧化剂、极端pH等下，则常易遭到破坏。除这些酶 的不稳定性因素外,天然酶还有分离纯化难，成本高,价格贵等缺点。因此，尽管已被发 现的酶有数千种，但是目前在国际工业上和研究中商品酶的种类也仅数百种。所以， 人们很自然地想到能否运用迅速发展的生物技术来改造天然酶，使其能够适应特殊的工业过程;或者设计制造出全新的人工酶或人工蛋白，以生产完全新的医用药品、 农业药物、工业用酶和天然酶不能催化的化学催化剂。酶工程主要研究酶的生产、纯化、固定化技术、酶分子结构的修饰和改造以及 在工农业、医药卫生和理论研究等方面的应用。酶工程主要采用两种方法。一是化 学酶工程，即通过对酶的化学修饰或固定化
14、处理,改善酶的性质以提高酶的效率和减 低成本，甚至通过化学合成法制造人工酶;另一种是生物酶工程,即用基因重组技术生 产酶以及对酶基因进行修饰或设计新基因，从而声查性能稳定，具有新的生物活性及 催化效率更高的酶。因此酶工程可以说是把酶学基本原理与化学工程技术及重组技 术有机结合而形成的新型应用技术。（一化学酶工程化学酶工程也可称为初级酶工程，是指天然酶、化学修饰酶、固定化酶及人工 模拟酶的研究与应用。1. 天然酶工业用酶制剂大多是通过微生物发酵而获得的粗酶，价格低,应用方式简单，产品 种类少，使用范围窄。例如洗涤剂、皮革生产等用的蛋白酶;纸张制造、棉布退浆等 用的淀粉酶;漆生产用的多酚氧化酶;乳
15、制品中的凝乳酶等。天然酶的分离纯化随着 各种层析技术及电泳技术的发展，得到长足的进展,目前医药及科研用酶多数是从生物材料中分离纯化 得到的。2. 化学修饰酶通过对酶分子的化学修饰可以改善酶的性能，以适用于医药的应用及研究工作 的要求。化学修饰的途径，可以通过对酶分子表面进行修饰，也可对酶分子内部进行 修饰。主要方法有： 酶功能基修饰:通过对酶功能基的化学修饰提高酶的稳定性和活性。例如将 a-胰凝乳蛋白酶表面的氨基修饰成亲水性更强的-NHCH2COOH,可使酶抗不可逆热 失活的稳定性在60C时提高了 1000倍。 交联反应:用某些双功能试剂能使酶分子间或分子内发生交联反应而改变酶 的活性或稳定性
16、。例如将人a-半乳糖苷酶A经交联反应修饰后，其酶活性比天然酶 稳定，对热变性与蛋白质水解的稳定性也明显增加。若将两种大小、电荷和生物功 能不同的药用酶交联在一起，则有可能在体内将这两种酶同时输送到同一部位，提高 药效。 大分子修饰:可溶性高分子化合物如肝素、葡聚糖、聚乙二醇等可修饰酶蛋 白侧链，提高酶的稳定性，改变酶的一些重要性质。如a-淀粉酶与葡聚糖结合后热稳 定性显著增加，在65C结合酶的半衰期为63min，而天然酶的半衰期只有2.5min。3. 固定化酶固定化酶（immobilized enzyme，是用物理或化学方法处理水溶性的酶使之变成不 溶于水或固定于固相载体的但仍具有酶活性的酶衍生物。在催化反应中，它以固相 状态作用于底物，反应完成后，容易与水溶性反应物分离，可反复使用。固定化酶不但 仍具有酶的高度专一性和高催化效率的特点,且比水溶性酶稳定,
