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生命科学导论讲义

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2013-12-14 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《生命科学导论讲义doc》,可适用于考试题库领域

生命科学导论(文科班)主讲:谢志雄zxxiewhueducn武汉大学生命科学学院课程网站:http:jpkbiowhueducn课程基本情况:面向全校文科同学教学安排:每周节课周教学要求:理解基本原理、理论联系实际成绩评定:平时作业(次)随堂测试(次)期终考试(闭卷)。第一章 生命与生命世界什么是生命?什么是生命?初看起来,这是一个常识问题。仔细推敲却很难用一、二句话说清楚。恩格斯:“生命是蛋白体的存在方式这个存在方式的基本因素在于和它周围的外部自然界的不断地新陈代谢而且这种新陈代谢一停止生命就随之停止结果便是蛋白质的分解。”物理学家薛定谔(「生命是什么」)定义生命:“生命依靠吸纳负熵避免了趋向平衡的衰退。”用一系列相关特征来表征生命:()化学成分的同一性:生物具有多样性但生物体的化学组成基本相似不同的生物体其分子组成也大体相同。​ 物质成分基本相同:C、H、O、N、P、S、Ca…​ 蛋白质、核酸、脂肪、糖类、维生素等多种有机分子–​ 蛋白质:由种氨基酸组成–​ 核酸:由种核苷酸组成–​ ATP(三磷酸腺苷)为贮能分子​ 各种生物编制基因信息的遗传密码是统一。()严密的组织、有序的结构①细胞是生物的基本组成单位(病毒除外)①细胞是生物体的基本结构单位()新陈代谢:即通过生物体内在转化来完成的物质更新和能量交流。同化作用与异化作用:相互矛盾、相互依存高效的物质能量转换:血液中的红细胞~万秒天更新一遍肝脏和血浆中的蛋白质天左右更新一半转化量大:一生中水为吨糖为吨总质量是人体的倍。()生长、发育与生殖生物体能通过新陈代谢的作用而不断地生长、发育。生长是指细胞数量增加、体积增大等生物量积累的过程。发育是指受精卵经细胞分裂、组织分化、器官形成直至形成成熟的新个体的过程。生物体能不断地繁殖下一代使生命得以延续。生物具有个体发育和系统进化的历史()遗传、变异、进化遗传由基因决定但某些性状会发生变异可遗传的变异是生物进化的基础进化表现为生物对环境变化的不断适应。适应(adaptation):适应是生物界普遍存在的现象(自然选择的结果)。适应有两方面的含义:a、生物的结构都适应于一定的功能b、生物的结构和功能适应于该生物在一定环境条件下的生存和延续。()感应性和运动生物接受外界刺激后会发生反应。生物对外界可产生应激反应对环境有适应性生命的本质特征:化学成分的同一性共同的物质基础严整有序的结构细胞是基本单位新陈代谢维持有序的结构生长、发育与生殖延续生命遗传、变异与进化不断适应环境变化感应性和运动与环境之间的相互作用生命的定义:生命是具有以上共同特征的物质存在形式。从生物学角度的定义:由核酸和蛋白质等物质组成的多分子体系它具有不断自我更新、繁殖后代以及对外界产生反应的能力。有关生命的思考:、人造生命?、你认为人类可以制造出具有生命的机器人吗?为什么?、人工智能有无可能到达或超越人类生命科学()生命科学:是研究生物体及其活动规律的科学广义的生命科学还包括生物技术、生物与环境、生物学与其他学科交叉的领域。()生命科学的发展直观和经验阶段:亚里士多德BC《动物志》德奥弗拉斯特BC植物乔木、灌木、草本的分类确定希罗费罗斯约BC第一个公开解剖人体盖伦约人体解剖宋 贾思勰 《齐民要术》明 李时珍 《本草纲目》在生产和医疗中应用突出没有形成真正的科学体系实验生物学阶段:,比利时维萨里(),《人体的结构》,英国哈维(),《心血循环论》,胡克(),《显微图谱》世纪年代施莱登(),施旺(),细胞学说林奈(),科学的生物分类法双名法,达尔文(),《物种起源》进化论鲁(),《实验胚胎学》魏斯曼(),生物发育的种质学说--遗传学建立孟德尔(),世纪年代摩尔根(),经典遗传学分离、连锁和交换定律诺贝尔奖巴斯德(),《微生物学》现代生物学阶段:生物化学分子生物学基因组学、蛋白组学、代谢组学、生物信息学神经生物学、脑科学和认知科学宏观生物学和系统生物学Fleming发明青霉素年Watson和CrickDNA双螺旋年斯坦福大学Cohn加州大学Boyer基因工程重组DNA技术之父年月苏格兰Wilmut绵羊“多莉”的克隆年高考作文题“假如记忆可以移植”年月人类基因组计划年干细胞研究年人造细胞()生命科学的分支学科按生物类群或研究对象来分:植物学、动物学、微生物学、病毒学、人类学、古生物学、藻类学、昆虫学、鱼类学、鸟类学等等。研究的生命现象或生命过程来分:形态学、生理学、分类学、胚胎学、解剖学、遗传学、生态学、进化学、组织学、细胞学、病理学、免疫学等等。生物结构的层次:种群生物学、细胞生物学、分子生物学、分子遗传学、量子生物学等等。按与其他学科的关系:生物物理学、生物化学、生物数学、生物气候学、生物地理学、仿生学、放射生物学。农业生态经济、分子考古……新的交叉学科、领域不断出现:分子考古人文生物学基因战、基因武器生物反恐……()生命科学的研究方法观察、对比与描述:用感官或借助工具客观地反映和记录结构和现象。实验:在人为控制和干预的条件下对研究对象表现出的现象进行的观察。人工模拟:在不能对研究对象进行直接实验的情况下用模型(包括实物模型和抽象模型)代替研究对象进行的实验。()生命科学的研究步骤认识问题搜集资料提出假说检验假说评价数据结果报道了解生命、认识自己了解生命:丰富多彩而神奇的生命世界认识自己:人类生物学、卫生健康生物产业:生物技术发展渗入生活各个方面。人类文明发展的三次技术革命:生物技术革命世纪创造生命!信息革命世纪解放大脑工业革命世纪解放双手世纪自然科学的带头学科世纪后叶分子生物学的突破性成就使生命科学在自然科学中的位置起了革命性的变化现已聚集起更大的力量酝酿着更大的突破走向世纪。生命科学的发展和进步也向数学、物理学、化学、信息、材料及许多工程科学提出了很多新问题、新思路和新挑战带动了其他学科的发展和提高生命科学将成为世纪的带头学科。人类社会的发展息息相关:人口膨胀、粮食短缺、疾病危害、环境污染、能源危机、资源匮乏、生态平衡破坏、生物物种大量消亡。解决人类生存与发展所面临的一系列重大问题在很大程度上将依赖于生命科学的发展。生命科学对人类经济、科技、政治和社会发展的作用是全方位的。​ 学什么?如何学?了解生命科学基础知识认识人类自身现代生命科学的新发展生命科学研究的思维模式生命科学的发展带来的社会和伦理问题。教材及参考书目:高等教育出版社《基础生命科学》第版吴庆余编著北京大学出版社《人类生物学十五讲》陈守良葛明德编著科学出版社《医学生物学》(第版)杨抚华主编高等教育出版社《人类遗传学》(第版)刘洪珍主编高等教育出版社《生命科学导论》第版张惟杰主编高等教育出版社《生物学导论》第版中文版Campbell等编吴相钰等译如何学习生命科学:保持兴趣“人最需要了解的是自己人最不了解的也是自己。”破除神秘、尊重关爱生命主动探索联系实际保持好奇心经常思考提问生命层次微观与宏观领域相互联系微观与宏观领域相互联系既见树木又见森林掌握要点理解记忆联系实际思想开放第二章 生命的化学基础及细胞原子和分子生命的化学基础生物体的主要元素生物具有多样性但生物体的化学组成基本相似由余种元素构成。 常量元素:碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、磷(P)、硫(S)、钠(Na)、钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)、氯(Cl)十一种微量元素:铁(Fe)、锌(Zn)、铜(Cu)、锰(Mn)、钼(Mo)、钴(Co)、铬(Cr)、钒(V)、镍(Ni)、锡(Sn)、氟(F)、碘(I)、硼(B)、硅(Si)、硒(Se)十五种。种之说含砷、溴种之说还要加上钛。 组成生物体的主要元素包括C、H、O、N、P、S、Ca等以上七种元素约占生物体的其中C、H、O、N四种元素占。微量元素Fe(铁)氧的运送和酶的活性有关缺少时引起缺铁性贫血。Cu(铜)主要功能与铁类似与酶的活性有关(如酪氨酸激酶)。Zn(锌)维持正常的味觉功能和食欲维持机体的生长发育促进儿童的生长和智力发育。Mo(钼)与氧化还原酶的活性、食道癌的发病率和防治有关。I(碘)缺碘产生地方性甲状腺肿幼儿发生呆小症。Mn(锰)与酶的活性有关。超过mgL的水不适合饮用。Co(钴)与酶的活性有关。青春期少女mg每日。V(钒)软体动物富有钒降低血液中胆固醇含量。F(氟)与牙齿健康有关缺氟产生龋齿过多则斑齿和氟中毒。Ni(镍)促进铁的吸收、红细胞增长和氨基酸合成等急性白血病血清中μgml高于正常倍。Sn(锡)影响骨钙化速度与蛋白质合成有关。Se(硒)抗氧化作用(抗衰老、抗癌?)缺硒产生克山病与肝功能冠心病发病和防治有关。Si(硅)矽肺二氧化硅浸润细胞。矽肺是由于长期吸入大量游离二氧化硅粉尘所引起以肺部广泛的结节性纤维化为主的疾病。矽肺是尘肺中最常见、进展最快、危害最严重的一种类型。尘肺:包括矽肺、煤工尘肺、石墨尘肺、碳黑尘肺、石棉肺、焊工尘肺等。为什么是这多种元素参与生命组成?天然存在的种元素中有多种元素不参与生物体组成。地球表面元素的丰度(占98%):氧%、硅%、铝%、铁%、钙%、钠%、钾%、镁、%、氢%。小结:生物体的主要元素余种元素构成生物体常量元素和微量元素各自发挥不同的重要功能。生物体的主要分子不同的生物体其分子组成也大体相同。无机分子:无机盐和水。有机分子:蛋白质、核酸、脂类、多糖和维生素是生物体最重要的生物大分子。哪一种分子含量最高?水是生物体内所占比例最大的化学成分。()无机分子水生命的源泉无机盐:离子调节生命的环境细胞渗透压pH酶的活性的维持。水的生物学作用:机体的主要组分之一促进物质代谢调节体温润滑作用保持机体形态。每天六~八杯水(毫升)无机盐:一般以离子状态存在Na、K、Ca、Mg、Cl、HPO作用:()对细胞的渗透压和pH起着重要作用内环境稳定:pH值生物生存~各种生物、各种组织均有适宜的pH范围细胞中的离子有一定的缓冲能力。()酶的活化因子和调节因子Mg,Ca()合成有机物的原料,PO合成磷脂、核苷酸()动作电位、肌肉收缩等Na、K、Ca控盐刻不容缓:人体能很好地保存体内的盐过多摄入盐:高血压、心脏病发病率高从小养成少吃盐的饮食习惯。中国营养学会推荐:每天青少年吃盐不要超过克成人每天吃盐不超过克日本提出的食盐适宜摄入量为每人每天g美国提出的食盐适宜摄入量为每人每天不超过g。()有机分子蛋白质、核酸、糖、脂类、维生素等其中蛋白质是由氨基酸构成的,核酸是由核苷酸构成因此氨基酸、核苷酸被称为构件分子各种生物的构件是相同的。生物大分子的基本特性:结构复杂:构成生物分子的结构单元分子具有不同的排列组合并可以进一步形成非常复杂的三维空间结构遵循共同的建成和分解规律:生物大分子由简单的单体小分子脱水缩合而成分解时是通过水解反应碳原子的不同排列方式和长短是生物分子多样性的基础碳原子相互连接成链或成环形成各种生物大分子的基本结构。碳原子具有不同寻常的成键能力提供生物大分子的碳链骨架不对称性含碳化合物共价键中贮藏大量的能量。脱水缩合反应与水解反应:由生物单体分子合成生物大分子多聚体往往涉及与功能基团相关的脱水反应又称为脱水缩合反应。使生物大分子多聚体分解为单体的分解反应往往需要有水分子参与因此又称为水解反应。水解反应是脱水缩合反应的逆反应。小结:生物体的主要分子无机分子:无机盐和水有机分子:蛋白质、核酸、脂类、多糖和维生素是生物体最重要的生物大分子。控盐的重要性。生物有机分子生物体主要供能物质糖类生命过程的能源生物体的重要构件和储能物质脂类构件、储能遗传信息的存储和传递者核酸生命信息载体遗传信息的表达者蛋白质生命机器生命过程的催化剂(酶)生命代谢过程的调节者维生素调节代谢过程()糖类化合物糖广泛存在于生物界是地球上数量最多的一类有机化合物。对于植物来说占其干重的-%、细菌占%-%、动物小于%。糖分子含C、H、O三种元素通常三者的比例为::一般化学通式为Cm(HO)n也称为碳水化合物。糖类包括小分子的单糖、寡糖和多糖。从化学本质上来说糖类是多羟醛、多羟酮或其衍生物。糖类的生物学功能:作为生物体的结构成分:植物、真菌以及细菌的细胞壁昆虫和甲壳类的外骨骼等作为生物体内的主要能源物质:生物氧化的燃料--葡萄糖和能量的贮存物质--淀粉和糖原等生物体内的重要中间代谢物质:糖类通过这些中间物质为其它生物分子如氨基酸、核苷酸以及脂肪酸等提供碳骨架作为细胞识别的信息分子:许多膜蛋白、分泌蛋白和受体蛋白都是糖蛋白即在特定部位结合一定量的寡糖。这些糖链可能起信号识别的作用。单糖:不能水解的糖葡萄糖、半乳糖、果糖、核糖及脱氧核糖。按所含的碳原子数可分为:三碳糖、四碳糖、五碳糖和六碳糖等。寡糖:少数几个()单糖分子连接。双糖:由两个单糖分子缩合一分子水而形成的聚合物。如蔗糖、麦芽糖和乳糖。麦芽糖(maltose)两分子葡萄糖由糖苷键连接蔗糖(sucrose)由一分子葡萄糖和一分子果糖通过糖苷键连接而成乳糖(lactose)由一分子葡萄糖和一分子半乳糖通过糖苷键连接而成三糖:棉子糖常见于许多植物。由半乳糖、葡萄糖和果糖各一分子缩合而成。多糖:由很多单糖分子缩合脱水而成的分支或不分支的长链分子。按功能分:贮存多糖:淀粉(直链和支链)、糖原结构多糖:纤维素、几丁质按组成分:简单多糖:淀粉、糖原、纤维素、几丁质等复杂多糖:糖蛋白蛋白聚糖蛋白质糖胺聚糖(透明质酸、硫酸软骨素、肝素等)共价结合糖脂。血液中葡萄糖的来源:消化吸收:主要来源淀粉分解食物中糖不足:非糖分子转化如蛋白质中氨基酸、脂肪中的甘油。()脂类化合物脂类的组成和性质:脂类是脂肪、磷脂、类固醇等类化合物的总称,是由脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物脂类分子也含C、H、O三种元素但H:O远大于有些脂含P和N各种脂类分子的结构可以差异很大脂类不溶于水可溶于非极性溶剂脂类主要包括:三酰甘油酯(中性酯)、磷脂、类固醇、萜类以及蜡。 脂类的生物学功能:生物膜的主要成分能源物质脂肪氧化时产生的能量大约是糖氧化时的二倍参与细胞的识别是某些生物大分子的组成生物活性物质如b胡萝卜素、维生素E等生物表面的保护层:保持体温、水份、抗逆等。中性脂肪(动物fat)和油(植物oil):由甘油(丙三醇)和脂肪酸结合成的三酰甘油酯或称为甘油三酯。脂肪:甘油三酯中含较多饱和脂肪酸且常温下呈固态的油:甘油三酯中含较多不饱和脂肪酸且常温下呈液态的。脂肪酸:由碳、氢、氧三种元素组成的长链羧酸脂肪酸根据碳链长度的不同又可将其分为碳原子数小于短链脂肪酸、碳原子数为的中链脂肪酸、碳原子数大于的长链脂肪酸一般食物所含的脂肪酸大多是长链脂肪酸根据碳氢链不饱和键分为三类饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸(一个不饱和键)和多不饱和脂肪酸(有二个或二个以上不饱和键)。反式脂肪酸问题:研究表明反式脂肪酸对人体的危害比饱和脂肪酸更大。膳食中的反式脂肪酸每增加人们患心脑血管疾病的风险就会上升。还有实验发现反式脂肪酸可能会引发老年痴呆症。建议每人每天摄取的反式脂肪酸不超过克!怀孕期或哺乳期妇女、儿童尽量避免摄入!不饱和的植物油经过催化加氢形成反式(不饱和)脂肪酸。室温下为固态。含有反式脂肪酸的成分表:植物奶油、氢化植物油、氢化油、氢化脂肪、植脂末、起酥油、酥油、人造酥油、人造奶油、人造黄油、雪白奶油、精炼棕榈油、固体菜油。含较多反式脂肪酸的食品:奶茶、蛋糕、糕点、饼干、面包、印度抛饼、沙拉酱、炸薯条、炸薯片、爆米花、巧克力、冰淇淋等等。磷脂:又称磷酸甘油脂与脂肪不同之处在于甘油的一个羟基不是与脂肪酸结合成酯而是与磷酸及其衍生物(如磷酸胆碱)结合形成磷脂。磷脂是生物膜脂质双层的主要成分也是代谢中的一种甲基供体。类固醇也称甾类以环戊烷多氢菲为基础不含脂肪酸但具有脂类性质不同化合物只是在母核上连上不同的侧链基团和取代基团。生理功能:参与血液循环中脂类的运输是细胞膜的组分帮助油脂消化吸收性激素均是甾类化合物皮质激素也是甾类化合物调节糖代谢和水盐平衡。其中胆固醇等脂类主要存在于动物细胞内既是细胞膜的重要成分也是血中脂蛋白复合体的成分与动脉硬化有关。萜类:为异戊二烯的缩合物具有重要的生理功能。如:视黄醛、叶绿醇、胡萝卜素、维生素A等。植物油的特殊气味如:薄荷醇、樟脑。天然橡胶是大分子萜类化合物。蜡:由饱和或不饱和高级脂肪酸(C)和高级醇(C)形成的酯。如蜂蜡:重要组分为软脂酸(C)和烷醇形成的酯。皮肤表面毛、羽、植物叶及果实表面以及昆虫体表。脂肪是食物中必需成分:食物中没有脂肪妨碍动物生长不饱和脂肪酸:亚油酸和亚麻酸脂溶性维生素吸收。中国营养学会建议每人每天油脂摄入量最多不应超过克!()蛋白质结构蛋白:生物结构成分如胶原蛋白、角蛋白等伸缩蛋白:收缩与运动如肌纤维中的肌球蛋白等防御蛋白:如免疫球蛋白、金属硫蛋白等贮存蛋白:贮存氨基酸和离子等如酪蛋白、卵清蛋白、载铁蛋白等运输蛋白:运输功能如血液中运送O与CO的血红蛋白和运送脂质的脂蛋白控制离子进出的离子泵等激素蛋白:调节物质代谢、生长分化等如生长激素信号蛋白:接受与传递信号如受体蛋白等酶:催化功能包括参与生命活动的大多数酶。中国居民每人每日蛋白质摄取量成年人:轻体力男g女g中体力男g女g老年人:男g女g中、晚期孕妇和哺乳期女性每人每天增加g。蛋白质是由种氨基酸组成的生物大分子:氨基酸结构的共同特点在于与羧基相连的碳原子(碳原子)上都有一个氨基和一个R基组成蛋白质的氨基酸都是L-型的所以除Gly外其它种氨基酸都是L氨基酸。不同氨基酸其R基各不相同R基的结构决定了种氨基酸的特殊性质氨基酸功能:蛋白质合成原材料自身作为生物活性物质其衍生物参与生理调节过程和催化代谢反应(如甲状腺素T、T)。必需氨基酸:人体内不能合成必须从食物中补充:苏氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、亮氨酸和异亮氨酸。完全蛋白:含全部必需氨基酸的蛋白质如动物蛋白(明胶除外)营养价值高不完全蛋白:必需氨基酸不全可以将几种植物蛋白混合相互补充必需氨基酸。必需氨基酸赖氨酸:能促进人体发育、增强免疫功能并有提高中枢神经组织功能的作用色氨酸:可参与血浆蛋白质更新促进核黄素作用有助于烟酸及血红素的合成苯丙氨酸:生酮生糖氨基酸可被辅酶四氢生物喋呤不可逆地转化为L酪氨酸蛋氨酸(甲硫氨酸):与生物体内各种含硫化合物的代谢密切相关苏氨酸:氨基酸平衡、蛋白合成、免疫调节异亮氨酸:修复肌肉控制血糖并给身体组织提供能量亮氨酸:平衡异亮氨酸缬氨酸:神经系统功能黄体、乳腺及卵巢功能。蛋白质构成:肽键、肽和多肽不同数目的aa以肽键顺序相连形成链状分子即是肽或多肽通常分子量在以下的为肽在以上的为多肽NH端为N末端写在左另一端为C末端写在右。蛋白质的空间结构:蛋白质一级结构是靠共价键(肽键)维系的而高级结构是靠非共价键(氢键、疏水键、离子健和范德华力)维系的。一级结构:蛋白质的一级结构是氨基酸序列决定许多性质与功能、决定蛋白质在细胞内的定位信号、修饰信号和寿命信号(N端第一个aa残基是Met、Ser、Thr、Ala、Val、Cys、Gly、Pro则蛋白质寿命长另种aa则寿命短)二级结构:多肽链局部折叠形成的构象单元。因为肽链中C原子连有O(略显负电性),而N原子共价结合有H(略显正电性),因而可形成链内H键导致二级结构螺旋(Helix)和折叠(Sheet)的形成。三级结构:在二级结构基础上整个单体蛋白质分子或亚基由于R基团的疏水性或亲水性不同可进一步形成的特定立体结构即三级结构(体现生物活性)。四级结构:在三级结构的基础上多亚基蛋白装配形成特定空间排布即蛋白质四级结构。蛋白质结构与功能的关系:一级结构与功能的关系序列分析空间结构与功能的关系结构分析​ 蛋白质的特定构象即蛋白质的三维空间结构和形态对于蛋白质的功能起决定性的作用。​ 蛋白质变性(构象发生变化)使得其特定的功能便立即发生变化。分子折叠病:羊瘙痒病、疯牛病和人的进行性老年性痴呆的克雅氏病和人震颤病(库鲁病)。蛋白变性的特点:蛋白质变性后空间结构破坏生物活性丧失溶解度下降粘度增加。可逆变性:盐析不可逆变性:加热、凝固。()核酸核酸是重要的生物大分子之一贮存遗传信息控制蛋白质的合成从而控制着细胞和生物体的生命过程核酸是由许多顺序排列的核苷酸组成的大分子包括脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)贮存遗传信息的特殊DNA片段称为基因它编码蛋白质的氨基酸序列。核酸的化学结构碱基和戊糖形成核苷核苷与磷酸形成核苷酸核苷酸之间通过’’磷酸二脂键连接聚合形成核酸核苷酸的碱基分为两类一类是嘧啶是单环分子一类是嘌呤是双环分子。DNA的碱基是A、T、G、CRNA的碱基是A、U、G、C。痛风高尿酸血症:人体内嘌呤的物质的新陈代谢发生紊乱尿酸的合成增加或排出减少血尿酸浓度过高时尿酸以钠盐的形式沉积在关节、软骨和肾脏中引起组织异物炎性反应即痛风。痛风形成原因:高嘌呤食物(动物内脏、海鲜、鸡(鸡精)、深色肉、花生、腰果等、芽菜、笋、菜花、豆类等)、饮酒、低温诱导发病。痛风预防治疗:控制饮食摄取碱性物质限制饮酒保暖手术。特殊功能的核苷酸:ATP及ADP:参与生物能量转换。GTP与GDP:参与细胞信息传递cAMP和cGMP:第二信使或胞内信使CoANADNADPFADFMN。核酸由许多核苷酸通过一个核苷酸的戊糖与另一个核苷酸的磷酸聚合串联成长链核苷酸之间借C`和C`间的磷酸二酯键连接。`OH和`磷酸。DNA的空间结构:是由许多顺序排列的核苷酸单体组成的大分子具有三级结构。DNA的一级结构是指种核苷酸的连接和排列顺序代表了DNA分子的化学组成也影响了DNA的高级结构主要指通过’’磷酸二酯键连接起来的四种脱氧核糖核苷酸在分子中的排列顺序碱基排列顺序决定了其携带的遗传信息及行使的生物学功能DNA的二级结构是指两条多核苷酸长链以反向平行盘绕而成的双螺旋状结构它又包括三种构象即BDNA、ADNA及ZDNA年WatsonCrick提出DNA双螺旋结构模型。年代Chargaff等发现DNA碱基组成规律又称为碱基“互补原则”:aDNA中A与T、G与C摩尔含量相等嘌呤与嘧啶总含量相等AG=CTbDNA碱基组成具有种的特异性但没有组织和器官的特异性c年龄,营养,环境不影响碱基组成DNA双螺旋的意义:有效的解决了遗传信息的储存、传递和自我复制提出了遗传信息的流动过程(中心法则)。DNA三级结构是DNA的高级结构是指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构又分为正超螺旋和负超螺旋它们之间可以互换但以负超螺旋为主。线粒体、叶绿体、细菌、质粒及一些病毒的DNA双螺旋分子尚可形成封闭环状天然状态的环状DNA分子多扭曲成麻花状的超螺旋结构(superhelix)这些比螺旋更为复杂的结构即DNA分子的三级结构。真核生物细胞核中DNA的超螺旋结构以DNA双螺旋盘绕在组蛋白上形成核小体(nucleosome)。核小体是染色质(chromatin)的核心小粒由有个碱基对的双螺旋DNA缠绕于由组蛋白(HA、HB、H及H各二分子)组成的八聚体外面。RNA结构特点:RNA大多是单链分子是以DNA为模板合成的含核糖而不是脱氧核糖种核苷酸中不含胸腺嘧啶(T)而是由尿嘧啶(U)代替了胸腺嘧啶(T)。细胞中主要有种RNA:即信使RNA(messengerRNA,mRNA在细胞中占-%)核糖体RNA(ribosomeRNA,rRNA占%以上)和转运RNA(transferRNA,tRNA占%左右)。mRNA是遗传信息的携带者。线形单链结构在细胞核中转录DNA上的遗传信息再进入细胞质作为指导合成蛋白质的模板’端有甲基化结构抗水解并作为蛋白质合成的起始因子识别有前导序列用于定位的功能’含有polyA尾结构有利于进入细胞质以及提高稳定性。tRNA即转移RNA局部为双链在′、′端相反一端的环上具有由个核苷酸组成的反密码子(环)在蛋白质合成时与mRNA上互补的密码子相结合。tRNA起识别密码子和携带相应氨基酸的作用。每一种氨基酸都有其相应的一种或几种tRNA。rRNA核糖体RNA和蛋白质共同组成核糖体即蛋白质合成的场所。在原核生物和真核生物细胞中rRNA的种类以及核糖体的组成不同。()维生素参与代谢调节的必需物质需要的量少必须从食物中获取维生素缺乏症:坏血病、脚气病、癞皮病、恶性贫血、夜盲症(干眼病)和佝偻病(软骨病)等。水溶性维生素:维生素B、维生素B、维生素B、维生素B、维生素C、烟酸、泛酸、叶酸等脂溶性维生素:维生素A、维生素D、维生素E、维生素K等。维生素C:又称抗坏血酸缺乏症:坏血病缺少维生素C不能合成胶原蛋白人、灵长类动物、豚鼠等不能合成维生素C新鲜蔬菜、水果含量丰富。易氧化、怕热推荐mg人天。大剂量服用抗衰老?预防感冒?维生素B:又称硫胺素参与糖代谢缺乏症:脚气病长期食用精米、精面谷类、豆类、酵母、干果、坚果、瘦猪肉、蛋类含量丰富。较耐热、怕碱推荐mg人天(男)、mg人天(女)。维生素B:又称核黄素、维生素G缺乏症:口舌炎症(口腔溃疡)等动植物性食物中普遍含有动物内脏含量最高肉蛋奶次之蔬菜再次。较耐热、怕碱推荐~mg人天。维生素PP:又称烟酸、尼克酸缺乏症:癞皮病皮炎腹泻、痴呆等主要发生在以玉米或高粱(缺少色氨酸)为主食的人群中。可以从色氨酸转化而来动物内脏含量丰富蔬菜含量较多奶蛋低但色氨酸多。推荐mg人天(男)、mg人天(女)。维生素B:又称氰钴胺素卟啉结构含钴缺乏症:恶性贫血肝脏中可以大量储藏微生物合成需要胃液中的内因子才能吸收。动物内脏、肉蛋中含有其中牛肝含量最丰富。推荐g人天。维生素A:抗干眼病维生素萜类化合物缺乏症:夜盲症暗适应能力下降微生物合成需要胃液中的内因子才能吸收。动物肝脏(羊、牛)、蛋黄中含有植物胡萝卜素可以在体内转化为维生素A。推荐IU人天(男)、IU人天(男)。脂溶性:服用过多储集在肝脏中累积中毒。维生素D:能促进钙、磷吸收也能促进骨骼钙化缺乏症:佝偻病来源于阳光中的UV照射皮肤中的脱氢胆固醇转化而来食物来源:海鱼肝(鱼肝油)中含量丰富。推荐IU人天。脂溶性:服用过多可引起中毒。适合中国人的饮食《黄帝内经》膳食原则:五谷为养、五谷为助、五畜为益、五菜为充。核心是多样和平衡。最近年“三高”高热量、高脂肪、高蛋白质(盐)膳食结构影响国人健康。中国居民膳食指南(版)一、食物多样谷类为主粗细搭配二、多吃蔬菜水果和薯类三、每天吃奶类、大豆或其制品 四、常吃适量的鱼、禽、蛋和瘦肉五、减少烹调油用量吃清淡少盐膳食六、食不过量天天运动保持健康体重七、三餐分配要合理零食要适当八、每天足量饮水合理选择饮料九、如饮酒应限量十、吃新鲜卫生的食物。小结生物体的化学组成基本相似由余种元素构成。常量元素和微量元素。生物体分子组成也大体相同。生物大分子的基本性质取决于有机化合物的碳骨架和功能基团。由含有功能基团的相同或相近的单体脱水缩合而成。糖类包括单糖、寡糖和多糖。糖是重要中间代谢物、细胞重要的结构成分生命活动的主要能源。脂类具有疏水性。甘油和脂肪酸结合成脂类。卵磷脂是生物膜脂质双层的主要成分。蛋白质重要的结构成分并参与所有的生命活动过程。四级结构特定结构决定蛋白质的特定功能。核酸包括脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)两类。DNA是遗传信息的携带者双螺旋结构进一步包装成染色体。RNA是一类单链分子在蛋白质的合成中起重要作用。维生素结构多样参与生理代谢调控。建立合理的膳食结构!细胞细胞及细胞生物学的发展显微镜的发明与细胞的发现AntonvanLeeuwenhoek(荷兰)世界上最早的显微镜能将微小物体放大近倍最早看到细菌的人。RobertHooke(英国)Micrographia软木薄片蜂窝状的小格子“细胞”。细胞学说的提出与完善:年德国植物学家施莱登(MJSchleiden)发表了“植物发生论”年德国动物学家施旺(TSchwann)发表了“关于动植物在结构和生长中一致性的显微研究”首次提出细胞学这一名称。确立“细胞学说”。年Virchow完善了细胞学说。细胞学说两个要点:所有生物都由细胞和细胞的产物组成新的细胞必须经过已存在的细胞分裂而产生。细胞的基本概念从形态学的角度定义细胞:细胞是由膜包围的原生质团通过质膜与周围环境进行物质和信息交流。被质膜包裹在细胞内的所有生活物质称为原生质包括细胞核和细胞质。细胞具有不同的形态和大小。多种多样细胞形态和大小的差异一般与其所执行的生理功能以及所处的环境条件有关。细胞大小主要受核质比和表面积体积比决定。细胞的基本概念:细胞是生命的基本结构单位所有生物都是由细胞组成的细胞具有不同的形态和大小。成人有机体约含有个细胞刚出生的婴儿约含有个细胞。人体内有多种不同类型的细胞。细胞是生命活动的基本功能单位一切代谢活动均以细胞为基础细胞具有独立的、有序的自控代谢体系。细胞生命活动:以物质代谢为基础以能量代谢(ATP)为动力以信息调控为机制。细胞是生物体生长发育的基础:生物体生长部分是通过细胞体积增长来实现多细胞生物的生长主要是通过细胞分裂数目增加并伴随细胞的分化来实现的在多细胞生物中具有不同形态和功能的细胞都是由一个受精卵分裂和分化而来的。研究生物的生长发育必须以研究细胞的增殖、生长与分化为基础。细胞是遗传基本单位具有遗传的全能性:每一个细胞不论低等生物还是高等生物的细胞单细胞生物或多细胞生物的细胞结构简单或复杂的细胞未分化的细胞或分化的细胞(除极少数终极分化的细胞外)性细胞或体细胞都包含着全套的遗传信息即全套的基因因此细胞具有遗传的全能性。细胞是生命起源的归宿是生物进化的起点形状与大小各异的细胞是生物进化的结果。从原始细胞到原核细胞:约~亿年前:球形微生物和杆状细菌从原核细胞到真核细胞:约~亿年前:真菌化石从单细胞到多细胞机体进化:约~亿年前。没有细胞就没有完整的生命(病毒的生命活动离不开细胞):非细胞形态的生命体病毒病毒已发现余种(含亚种)包括:真病毒(virus):DNA或RNA与蛋白质构成的核酸蛋白质复合体类病毒(viroid):感染性的RNA构成发现约余种如马铃薯纺锤块类病毒朊病毒(prion):仅由有感染性的蛋白质构成,如疯牛病。 细胞的共性:所有细胞表面均具有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白体构成的细胞膜体系所有的细胞都有由两种核酸(DNA与RNA)与蛋白质分子构成的遗传信息复制与表达体系。虽然病毒以其中一种核酸作为遗传信息的载体但病毒的复制过程往往离不开两种核酸的参与所有的细胞都具有作为蛋白质合成的机器的核糖体细胞具有自我复制的能力能够产生更多的细胞而且所有细胞都以一分为二的方式进行分裂增殖。遗传物质在分裂前复制加倍在分裂时均匀地分配到两个子细胞内。细胞的类别原核细胞:原核细胞是地球上起源最早、结构最简单的生命形式从原始细胞到原核细胞:约~亿年前细菌细胞的透射电子显微镜照片及模式图。原核细胞的特性:遗传的信息量小遗传信息载体仅由一个环状DNA构成。很多细菌在核区外还含有染色体外遗传物质即环状质粒DNA细胞内只有核糖体细胞器但没有核膜和具有专门结构与功能分化的其它细胞器而其核物质有趋于集中在一起的现象所以有时称为类核或拟核细胞壁的主要成分是肽聚糖。真核细胞:动植物细胞的基本结构。细胞的结构细胞膜和细胞壁:细胞膜又称质膜具有半透性可选择地让物质通过它还有一些细胞识别位点如激素的受体、抗原结合点等具有接受外界信息、与外界通讯等功能。植物细胞的细胞膜外还有细胞壁具有支持和保护植物细胞的功能。细胞核:核被膜是包在核外的双层膜外膜可延伸与细胞质中的内质网相连。一些蛋白质和RNA分子可通过核被膜或核被膜上的核孔进入或输出细胞核。染色质是核中由DNA和蛋白质组成并可被苏木精等染料染色的物质染色质DNA含有大量基因片段是生命的遗传物质。核仁是核中颗粒状结构富含蛋白质和RNA核糖体的装配场所。染色质和核仁都被液态的核基质所包围。细胞器:细胞膜内是透明粘稠并可流动的细胞质基质细胞器分布在细胞质基质中。细胞器主要包括:内质网、核糖体、高尔基体、溶酶体、线粒体、质体、微体、液泡、微管、微丝等。有的细胞表面还有鞭毛或纤毛。线粒体:由内膜和外膜包裹的囊状结构囊内是液态的基质。外膜平整内膜向内折入形成一些嵴内膜面上有ATP酶复合体。线粒体是细胞呼吸和能量代谢中心。线粒体基质中还含有DNA分子和核糖体。线粒体母系遗传线粒体DNA研究证实所有人类的母系祖先“线粒体夏娃”存在于余万年前。质体:是植物细胞的细胞器包括白色体和有色体。叶绿体:是最重要的有色体是植物光合作用的细胞器。叶绿体也有两层膜也含有环状的DNA和核糖体。内质网:脂类双分子层为基础形成的囊腔和管道系统。光面内质网与脂类合成和代谢有关。糙面内质网膜上附有颗粒状的核糖体。核糖体是细胞合成蛋白质的场所糙面内质网合成并运输蛋白质。高尔基体:是一些聚集的扁的小囊和小泡。是细胞分泌物的加工和包装场所最后形成分泌泡将分泌物排出体外。高尔基体还与植物分裂时的新细胞壁和细胞膜的形成有关。溶酶体:是单层膜小泡由高尔基体断裂而产生,内含多种水解酶,可催化蛋白质、核酸、脂类、多糖等生物大分子消化细胞碎渣和从外界吞入的颗粒。微体过氧化物酶体、乙醛酸循环体。液泡细胞自噬(autophagy):溶酶体对细胞内衰老、病变的细胞器以及破损的细胞器碎片进行消化分解。对更新细胞组分、维持细胞正常生理功能十分重要。细胞内膜结构细胞骨架:由微管、肌动蛋白和中间丝构成的维持着细胞的形态结构和内部结构的有序性。生物膜及其功能各类细胞器的膜(如内质网膜、内囊体膜等)、质膜和核膜在分子结构上基本相同它们统称为生物膜。膜的结构:流动镶嵌模型主要特点:有序性流动性不对称性。生物膜的结构是与其功能相一致的。生物膜是动态结构:膜蛋白的运动性。生物膜的不对称性:膜脂的不对称性不同磷脂在人红细胞质膜上的分布糖脂的分布表现出完全不对称性:糖侧链都在质膜的ES面上。物质的跨膜运输:被动运输简单扩散:如水的简单扩散(渗透作用)被动运输易化扩散主动运输钠钾泵(动物细胞)、质子泵(植物细胞)直接消耗ATP主动运输协同运输间接消耗ATP胞吞和胞吐作用生物大分子或颗粒物质的运输真核细胞的性质:具有真正的细胞核其遗传物质DNA包被在双层膜的特殊结构中具有许多由膜包被的各式细胞器即线粒体、叶绿体、高尔基体和内质网等植物及真菌具有细胞壁其成分分别是纤维素和几丁质DNA结构非常复杂其中含有许多非编码区而且存在多种调控机制具有由特异的结构蛋白装配而成的细胞骨架和细胞质基质系统。植物细胞和动物细胞比较植物细胞特有结构:细胞壁(cellwall)叶绿体(chloroplast)大液泡(vacuole)胞间连丝(plasmodesmata)。真核细胞与原核细胞基本结构特征的比较特征原核细胞真核细胞细胞大小微米微米细胞膜有(行使多种功能)有细胞核没有真正的细胞核有核膜、核仁和核质染色体DNA裸露DNA无组蛋白DNA与组蛋白结合核外DNA有的细胞含有质粒DNA线粒体与叶绿体DNA胞质区域化简单(无细胞器)复杂有各种细胞器细胞骨架简单或无有(微管、微丝、中间纤维)核糖体S型(S和S)S型(S和S)细胞增殖无丝分裂有丝分裂、减数分裂细胞组织单细胞生物无细胞组织多数为多细胞生物形成细胞组织真核细胞起源:传统观点:由原核细胞进化而来。从原核细胞到真核细胞:约~亿年前:真菌化石。渐进式进化是渐进、直接进化过程。内共生假说:内共生假说的证据:细胞器DNA与原核细胞DNA相似SrRNA测序。叶绿体与线粒体内共生假说:独立的基因组独立完整的蛋白质合成系统而且类似原核  线粒体能以分裂发生繁殖以及内外膜组成和结构差异大叶绿体可在异体细胞中生存。细胞的增殖与分化细胞分裂的作用:种族繁衍、个体发育、机体修复等都离不开细胞增殖。初生婴儿有个细胞成人约种类型。成人体内每秒钟有数百万新细胞产生以补偿衰老和死亡的细胞。细胞分裂是细胞繁殖的一种形式。一些单细胞生物如眼虫和变形虫一次细胞分裂可形成两个新生物体。繁殖与生殖无性繁殖与有性繁殖。生物的生长也依赖于细胞分裂细胞分裂还导致了多细胞生物的组织分化和生长发育。一个多细胞生物完全长大以后仍然需要细胞分裂的过程。这种分裂生成的新细胞可用于替代不断衰老或死亡的细胞维持细胞的新陈代谢或者用于生物组织损伤的修复。例如骨髓细胞可以不断再生出新的血细胞。基因与染色体的复制:细胞分裂首先细胞内遗传物质DNA要完成复制再均等分为两份。在原核生物中如在细菌裂殖时这种DNA的复制和二分相对比较简单。真核生物具有膜包被的细胞核其内细长的双链DNA、蛋白质及少量RNA结合形成的复合物称为染色质它是一种易被碱性染料着色的遗传物质。在细胞分裂时期构成染色质的长链DNA分子经过紧密缠绕、折叠、凝缩并与蛋白质结合形成染色体。染色体是真核细胞分裂时期在显微镜下可见的具有固定形态的遗传物质存在形式。每一种生物染色体的数目都是恒定的。多数动物和植物的体细胞是二倍体。亲本的每一个配子只带有一组染色体叫单倍体。单倍染色体组所含有的全部遗传信息称为基因组。细胞有丝分裂时复制后形成的两个染色单体分开分配到两个新的子细胞中。细胞周期与有丝分裂:有分裂能力的细胞从一次分裂结束到下一次分裂结束所经历的一个完整过程称为一个细胞周期。典型的细胞周期可包括间期和细胞分裂期两部分。间期包括一个(DNA)合成期(S期)及S期前后两个间隙期(G期G期)。细胞分裂期则包括有丝分裂和胞质分裂两个主要过程。根据染色体形态的变化特征核分裂可分为前期、中期、后期和末期。特点:在间期每个染色体复制成两条相同的染色单体在分裂时有规律地分配到两个子细胞核中。配子形成与减数分裂:在动物和植物中雌配子是一个卵细胞雄配子是一个精子细胞(高等植物中称为精核)。雌雄配子相互融合形成受精卵或称合子。合子通常为二倍体(n)而配子则为单倍体(n)。由二倍体细胞形成单倍体细胞需要在细胞分裂过程中染色体数目减半伴随着染色体数目减半的细胞分裂称为减数分裂。减数分裂的意义:确保了遗传的稳定性增加了变异的机会使后代有更强的生命力。细胞分化:指在细胞增殖时子代细胞在形态、结构和生理功能上产生差异的过程其本质是细胞发生基因差别表达。干细胞和功能细胞。干细胞(stemcell):具有分裂增殖能力、并能分化产生一种以上功能细胞的细胞。细胞的全能性:受精卵等具有使后代细胞分化出各种组织细胞并建成完整个体的潜能。细胞分化的影响因素:受精卵细胞质的不均一性细胞外因素(环境因素对细胞分化的影响细胞群之间的相互作用:诱导、抑制和识别激素因素等)。细胞的衰老和死亡:细胞衰老特征:水分减少胞内酶活降低色素等惰性物质积累细胞呼吸减缓核固缩等。细胞衰老机制假说:遗传程序假说差错灾难假说衰老基因学说端粒学说:Hayflick极限。细胞凋亡(apoptosis):由体内、外因素触发细胞内预存的死亡程序而导致的细胞死亡过程。细胞凋亡异常引起的疾病凋亡不足:肿瘤的发生、自身免疫性疾病与此有关。凋亡过度:缺血再灌注损伤、心力衰竭的发生中都发现有细胞凋亡。HIV病毒感染引起细胞凋亡发生免疫缺陷病。凋亡不足与过度并存:动脉粥样硬化的发生有内皮细胞的凋亡过度其防止血脂沉积的作用减弱。血管平滑肌细胞凋亡不足细胞死亡与增殖同存但增殖多致血管壁增厚。细胞增殖的调控异常与疾病:细胞周期调控障碍会引起细胞增殖过度、不足或异常细胞的出现从而导致相关疾病的发生。肿瘤细胞的生物学特征就是恶性增殖和分化受阻。小结细胞学说:生物由细胞和细胞的产物组成细胞来源于细胞。原核细胞:起源早、结构简单。遗传物质位于核区无以生物膜为基础的细胞器细胞壁主要成分是肽聚糖。真核细胞:具有真正的细胞核包括核仁、核质和核膜等部分。具有许多由生物膜包被或组成的线粒体、叶绿体、高尔基体、内质网、溶酶体等细胞器。细胞周期:各阶段的主要事件有丝分裂、减数分裂概念及生物学意义。细胞分化:本质是细胞发生基因差别表达。细胞凋亡:由内、外因素触发的细胞死亡程序。(文科班)第三章 生物的多样性及起源进化生物多样性和物种大千生物世界不是为人类而存在!人类社会是存在与发展依赖于自然界!生物多样性、生物多样性(biodiversity):是指有机体及其赖以生存的生态复合体之间的多样性和变异性。生物多样性包括地球上所有植物、动物、微生物和它们拥有的基因以及由这些生物和环境构成的生态系统。、生物多样性的层次:遗传多样性物种多样性生物群落多样性(生态系统多样性或景观多样性)。①遗传多样性(微观层次)广义的遗传多样性:地球上所有生物所携带的遗传信息的总和称为生物遗传多样性。狭义的遗传多样性:是指同一生物物种内不同种群之间或同一种群内不同个体之间的遗传变异的总和。主要包括染色体水平的多样性和DNA水平(基因)的变异性。生物种内不同群体的生态型、变种、亚种、品系等都是遗传多样性的表现形式。遗传多样性是生物多样性的基础和内在形式。一个物种的遗传变异越丰富对环境适应能力越强进化的潜力越大。大自然用了几十亿年的时间建造起如此浩繁、精致和复杂的基因任何一个物种的绝灭都会带走它独特的基因令我们永远地遗憾。②物种多样性(最基本层次)是指地球上生命有机体种类的多样化包括动物、植物、微生物物种的丰富性及其变化。是生物多样性在物种上的表现形式反映了地球上生物有机体的复杂性。物种多样性是遗传多样性的载体或体现。被认为是生物多样性研究的核心内容。全世界大约有万至万个物种但科学描述过的仅约有万种(Heywood等,)物种多样性是用一定空间范围物种数量的分布频率来衡量的它通常又包括整个地球的空间范围。③生物群落多样性或生态系统多样性(宏观层次)指生物圈内生境、生物群落和生态过程的多样性以及生态系统内生境、生物群落和生态变化。为适应在不同环境下生存各种生物与环境构成了不同的生态系统(ecosystem)这就是生命的家园。生态系统的结构、功能、平衡及调节机制千差万别是生物多样性的重要内容。、人的多样性……你是生物多样性的一员世界也因你而精彩、生物多样性公约年多个国家的首脑云集巴西里约热内卢联合国环境与发展大会签署了全球的《生物多样性公约》。该公约年月正式生效。《生物多样性公约》包括序言、条协议条款和查明与监测、仲裁与调解两个附件。其中序言部分强调了缔约国达成的共识。年月中国总理代表中国签署了《生物多样性公约》同年月七届人大次会议审议批准了该公约中国成为率先加入《生物多样性公约》的国家之一。中国积极参与国际社会的生物多样性保护行动中国政府又相继签署了《湿地公约》、《濒危野生动植物国际贸易公约》、《联合国防治荒漠化公约》等国际公约。、保护生物多样性的意义全球每分钟:损失耕地公顷、损失森林公顷、公顷良田被沙漠化、向江河湖海排放污水万吨有个婴儿出生有人死于环境污染!近年里万种动物灭绝随着世界人口的爆炸

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