第十一章：遺傳 第五節 突變

突變的類型 1.突變：DNA發生改變，有時會影響遺傳性狀 2.突變發生於配子中，則可能影響其子代 。 體細胞突變，則可能引發癌症、細胞死亡。 3.廣義的突變包括： (1)染色體變異 a.染色體數目改變-如：唐氏症 b.染色體結構的變異-缺失、重複、倒位、異位 (2)基因突變-點突變、框移突變

染色體數目的變異 整倍數的改變 非整倍數的改變 正常果蠅染色體 (二倍體-2n) 三倍體-3n 四倍體-4n 第二對多一條 2n+1 第一對少一條 2n-1

整倍數的變異 1.二倍體(2n)：一般正常的體染色體是成對存在 2.單倍體( n )：二倍體經減數分裂產生的配子 4.三倍體及三倍體以上的個體統稱為多倍體。 5.單倍體及多倍體的動物很罕見。蜜蜂、螞蟻的 雄性個體為單倍體，雌性為二倍體。

植物界中的多倍體 1.多倍體植物普遍存在於自然界中，估計有50％的開花植物是多倍體，且多為偶數的多倍體 2.推測應是在自然界中以花粉雜交後，再轉變為 另一偶數多倍體的新種，故可保留在環境中。 3.多倍體植物個體有增大的現象，其莖枝較粗， 葉、花及果實也較大，有些植 物還具有抗旱及抗病等特性。 2n 4n

非整倍體的變異 非整倍體的變異是染色體數目增加或減少一條或幾條 1.唐氏症：是第21號染色體多一條，其體細胞內共有 47條染色體。 2.透那氏症：是缺少了一條X染色體的女性，體細胞 中只具有45條染色體。 3.克萊恩斐特氏症：多了一條或一條以上的X染色體 的男性(XXY、XXXY)，患者的性器官 很小且不能生育，智力也遜於常人。

非整倍體變異的人類疾病 A.透那氏症 B.克萊恩斐特氏症

非整倍體的變異 非整倍數變異的原因，可能是減數分裂產生配子時， 同源染色體或複製的染色體未分離而引起，此種情形 稱為無分離。

染色體結構的變異 ◎放射線、化學物質或病毒常造成染色體斷裂 或破壞，染色體斷裂後再接合常發生變異。 1.缺失：染色體變短導致基因數目減少。 2.重複：染色體的某一節段的基因重複出現。 3.倒位：染色體某一段轉了180度 (基因數目不變) 4.易位：非同源染色體間之節段的互換。

基因突變 1.基因突變是指基因內部的核苷酸序列發生改變 2.點突變是某一個核苷酸被另一個核苷酸取代 ，出現在基因的編碼區內的點突變可能導致： (1)如果密碼子變更為另一密碼子之後對應到同一種 胺基酸，則多肽鏈的胺基酸序列將不受影響。 (2)如果變更後的密碼子對應到另一種胺基酸，則胺 基酸序列的改變將可能影響該蛋白質的形狀和功能 (3)如果密碼子變更為終止密碼子，將因此而產生較 短的或不具功能的蛋白質，其影響勢必很嚴重。

點突變可能的影響

框移突變 當一個或少數幾個核苷酸被插入基因序列或從 中刪除而使讀框整個偏移時，將使它所編碼的 胺基酸序列自突變位置起出現極大的改變。

人類紅血球突變 1.鐮形血球貧血症-(點突變)由 CTT 變為 CAT， 紅血球呈鐮刀型，易阻塞住微血管。 2.地中海型貧血症-α-多肽或β-多肽變短所致。 麩胺酸 纈胺酸

想一想 1.點突變對細胞或生物個體的影響一定是 負面的嗎？若就演化的觀點而言如何？ 2.如果點突變不是出現在基因的編碼區內，而是非編碼區（例如啟動子或內含子），這是否會對該基因的產物造成影響？ 3.地中海型貧血症有沒有可能因血紅素基因 的框移突變所致？ 1.不一定。突變是演化的基礎。 2.有可能，啟動子-可能影響RNA聚合酶 的結合，內含子-影響剪接體的運作。 3.有可能因為終止密碼造成編碼區變短。

引起基因突變的因素 1.自發性突變：基因突變率約10-5~10-6 （一百萬個被複製的鹼基對才出現一個錯誤） (1)DNA複製、修補、重組時出錯。 (2)代謝過程中會產生自由基，可能造成DNA 的斷裂或其鹼基被切除。 2.誘導突變：由致突變原(mutagen)引起的 (1)物理因素- 如：紫外線、X光、γ射線。 (2)化學因素- 如：亞硝酸鹽、5-溴尿嘧啶。 香煙和某些殺蟲劑中的化學成分。 (3)生物因素- HPV病毒能引起子宮頸癌。

紫外線可能導致基因突變 1.紫外線可能導致兩個連續的胸腺嘧啶(T)形成 胸腺嘧啶二聚物(相鄰兩胸腺嘧啶的含氮鹼基 間出現共價鍵)。 2.DNA修補酵素如果沒有及時修復，當DNA聚 合酶複製此部位的DNA時，將可能誤嵌入不 正確的核苷酸。

紫外線可能導致皮膚病變 1.修補酵素的遺傳缺陷會造成著色性乾皮症。 2.患者對陽光相當敏感，其皮膚細胞無法修補 紫外線的照射所引發之突變，易形成皮膚癌。

想一想 1.為何紫外線容易造成的是皮膚癌，而不是肝癌或肺癌？ 2.已知亞硝酸鹽有可能造成基因突變而致癌 ，為何許多肉類加工食品中仍添加了亞硝 酸鹽？ 1.紫外線不易進入身體內部深處。 2.亞硝酸鹽可以增加肉類加工品的煙燻味， 也可抑制某些細菌生長。

第十一章：遺傳 第六節 生物技術

生物科技 1.1970年代起，科學家們運用分子遺傳學知識 建構了重組DNA 分子，並用它來改造生物或 病毒的基因體。 2.基因工程的科技已經在農業、畜牧、醫藥、 法醫學、工業等各方面帶來了巨大的衝擊。 3.基因選殖(gene cloning)是指利用細菌細胞大量 複製同一基因的許多複本，其中涉及到的核心 技術有重組DNA 和聚合酶連鎖反應(PCR)。

重組DNA 1.重組DNA：利用一段DNA作為載體，外來DNA 嵌入其中後，送入宿主細胞內複製

重組DNA的過程 1.選取目標基因與載體：目標基因就是要轉殖的基因。 2.最常用的一種載體是細菌的質體。質體是小型環狀 3.載體與目標基因用相同的限制酶切割，使載體與目標 基因兩端有相同的切口。 4.以DNA連接酶將黏性端接合成重組DNA 。 5.將重組DNA送入寄主細胞內：細菌細胞經過適當處理 後會變得更具通透性可吸收重組質體 。 ◎標誌基因(報導基因)：作為載體的質體通常含有 抗生素、抗重金屬、螢光等基因，便於篩選轉殖 成功的細菌。

重組DNA 未轉殖成功的細菌 無法抵抗抗生素

想一想 1.都可以。 2.可以，因為黏性端可相容。 3.不可以。 1.噬菌體的DNA、病毒的DNA或病毒的RNA可否 被用來當載體？ 2.使用限制酶SalI（辨識位C^TCGAG）切割質體DNA，以及限制酶XhoI（辨識位G^TCGAC）切割外來DNA，這兩種DNA能夠直接以DNA連接酶封合嗎？ 3.細菌細胞沒有內質網和高基氏體等胞器，它可應用在基因工程中用來生產特定的醣蛋白（例如抗體）嗎？ 1.都可以。 2.可以，因為黏性端可相容。 3.不可以。

想一想 4.應具有細菌基因的啟動子，細菌的RNA聚 合酶無法辨識人類生長激素基因的啟動子。 5.不一樣！原核生物沒有剪接體，因此真核 4.假如你想要利用基因工程技術驅使細菌製造人類 的生長激素，則你所建造的重組質體應該含有人 類生長激素基因的啟動子，還是細菌基因的啟動 子，抑或兩者皆可？為什麼？ 5.將含有內含子的真核基因嵌入質體中，然後轉送 至大腸桿菌細胞中表現。如此得到的蛋白質產物 會和正版的蛋白質一樣嗎？ 4.應具有細菌基因的啟動子，細菌的RNA聚 合酶無法辨識人類生長激素基因的啟動子。 5.不一樣！原核生物沒有剪接體，因此真核 生物的內含子無法被切除。

聚合酶連鎖反應（PCR） 1.1987年由美國科學家穆勒斯研發出來的技術 ，能快速且具選擇性擴增標的DNA，已應用 在檢驗醫學、流行病學、法醫學、考古學等 2.PCR所需的原料： (1)DNA鑄模(想要複製的目標DNA片段) (2)耐高溫型DNA聚合酶(取自嗜高溫菌) (3)引子 (人工合成的DNA片段) (4)四種去氧核糖核苷三鄰酸 (dATP、dTTP…) 3.在一個循環之後，標的DNA將會有2份複本 ；兩個循環之後，會有22份複本，依此類推。 反應持續循環，DNA的數量在短短數小時內 將達到可以進一步分析的程度。

PCR技術 1.加熱至94℃使DNA雙股打開。 2.降溫至55 ℃，加入引子接在目標基因兩端。 3.增溫到72 ℃，DNA聚合酶複製DNA片段， DNA聚合酶由引子的3'端開始合成新股。 4.重複1.~3.步驟。

PCR

想一想 1.細胞在進行DNA複製時是由導引酶先合成RNA引子。如果把PCR一般使用的DNA引子換成RNA引子，聚合酶連鎖反應是否可以照常運作？ 2.聚合酶連鎖反應在經歷30個循環步驟之後，標的DNA將擴增為幾份複本？ 1.不可以，DNA聚合酶將從第二回合起無法 以RNA序列為模版合成DNA。 2.擴增為230個複本。

基因轉殖生物 1.定義：將同種或異種生物的基因嵌入宿主細胞 的染色體中，培養出可表現出外源基因 之特性的個體。 2.應用： 改良肉品 生產藥物 提高農作物產量 … ◎基因轉殖鼠：轉殖生長激素基因，體型較大

基因轉殖微生物 1.製造藥物：製造胰島素、紅血球生成素、 生長激素…等。 2.保護植物：具殺蟲性毒素的基因轉殖細菌， 保護植物(如玉米)根部免受蟲害。 2.環境問題：有些細菌以石油維生，可協助清 除油輪漏油的汙染問題。 3.製造疫苗：基因轉殖酵母菌生產B型肝炎疫苗

基因轉殖植物 1.外源基因被送入玉米、黃豆、番茄、馬鈴薯 、棉花等作物的植株，以便使得這些植物對 昆蟲或殺草劑具有抗性。 2.科學家將合成胡蘿蔔素的基因轉殖到水稻的 基因組體中，產生富含胡蘿蔔素的「黃金米」

基因轉殖動物 方式將重組DNA嵌入 受精卵或早期胚胎 1.顯微注射將目標基因 注入受精卵中。 2.移植到母羊子宮發育 3.基因轉殖山羊乳汁中 動物製藥 ◎可用顯微注射或基因槍 方式將重組DNA嵌入 受精卵或早期胚胎 1.顯微注射將目標基因 注入受精卵中。 2.移植到母羊子宮發育 3.基因轉殖山羊乳汁中 有血纖維蛋白酶。 4.萃取血纖維蛋白酶， 可治療動脈阻塞。

基因轉殖動物的技術 重組DNA包附在黃金微粒外，由高壓空氣打到活體細胞內 顯微注射- 將基因注入受精卵中

動物製藥 利用基因轉殖羊生產具有醫藥用途 的產品，例如：凝血因子。

基因轉殖鮭魚 體型較大者為帶有生長激素基因的轉殖鮭魚

探討活動-植物DNA的粗萃取 1.加入洗碗精的目的為何？ 破壞細胞膜及核膜 2.加入5 M濃食鹽水的目的為何？ 使DNA溶解 3.加入新鮮鳳梨汁的目的為何？ 利用鳳梨的蛋白酶將染色體中的蛋白質分解 4.慢慢注入95％酒精於溶液上層的目的為何？ 使DAN凝聚而析出 5.出現如棉絮般的白色物質是什麼？ 植物的DNA

應 用 若在命案現場找到1滴唾液、精液或1根毛髮， 則要如何採得作案者的DNA？ 唾液內有口腔黏膜細胞；精液內有精子； 應 用 若在命案現場找到1滴唾液、精液或1根毛髮， 則要如何採得作案者的DNA？ 唾液內有口腔黏膜細胞；精液內有精子； 毛髮的根部有毛囊細胞，因此可萃取這些 細胞的DNA，即可得到作案者的DNA。