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生命科学导论.PPT

生命科学导论

用户3613359824
2014-01-14 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《生命科学导论ppt》,可适用于高等教育领域

由国家名师生命科学学院吴敏教授主持 wuminzjueducn,(O)课程网站:http:wwwzjubiolabzjueducnlesson    学生用户名、密码: 学号Theaimofstudy:TobeabletoreadwhatisnotwrittenandtohearwhatisnotsaidTheaimofstudy:Tobeabletoreadwhatisnotwrittenandtohearwhatisnotsaid彻未书之道悉言外之音学习之道:学而时习之不亦说乎!、关于参考书:《生命科学导论》第二版张惟杰、课程性质:素质教育课 了解:)生命科学的基础知识、发展趋势    )生命科学与其他学科的交叉    )生命科学与人类文明 增强:)自身健康和保护    )环保和生态意识    )参与与团队合作意识、考试:闭卷(单项选择题道判断题道)Attitudemeanseverything!第一讲本章目录本章目录生命的定义生命起源之谜关于“生命的本质”的一些观点和理论生命的基本过程生命的基本特征为什么要学习生命科学霍金揭开宇宙真实形状:难以置信的超几何体《新科学家》June霍金揭开宇宙真实形状:难以置信的超几何体《新科学家》June我们的宇宙正在加速膨胀由一种人们还完全不了解的神秘“暗能量”所驱动霍金的新宇宙图景是重复排列的形状正如荷兰超现实主义画家MC埃舍尔(MCEscher)的画作“圆形极限IV”中的嵌套的蝙蝠和天使一样。虽然这些是平面图但是它是作为双曲面空间物体的投影图像很像地图是地球仪的平面投影一样。当今世界上最著名的理论物理学家英国剑桥大学的斯蒂芬·霍金提出了超弦理论(superstringtheory)提供了一幅宇宙历史的完整图像而且能把引力和量子力学统一起来但是它所描绘的宇宙有一个负的宇宙学常数。生命到底是什么?生命到底是什么?荒山太空冰川一、生命的定义一、生命的定义从生物学角度的定义从物理学角度的定义从化学角度的定义从哲学的角度定义定义生命的历程是神学、哲学与科学在苦苦思索中不断成长的思想蜕变记录。从生物学角度的定义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。HTV 兰花螳螂是世界上进化得最完美的生物之一在很多不同种类的兰花会生长着各自的兰花螳螂它们有最完美的伪装而且能随着花色的深浅调整自己身体的颜色。有一种螳螂长得像朵粉红淡雅的兰花如果不是亲眼目睹真的很难相信昆虫世界伪装技术之高超让人赞叹不已。赵国屏院士认为:“生命必须具备三个最基本要素新陈代谢、遗传繁殖以及能够承载起上述运行功能的实体也就是细胞。”AnanimalcellAplantcell真核细胞的细胞质是拥挤、有序和动态变化的病毒是一类主要由核酸和蛋白质组成的超分子复合物但它们只能够在合适的宿主细胞中才能够繁殖所以他们不是完整的生命体。它们是我们研究生命过程的生物化学的重要材料。SARSviruseT噬菌体HN禽流感病毒攻击人健康细胞HIVvirus噬菌体的妙用:青春痘有了克星!mBioSeptemberOctober,Volume,Issue,e噬菌体的妙用:青春痘有了克星!mBioSeptemberOctober,Volume,Issue,eTitle:PropionibacteriumacnesBacteriophagesDisplayLimitedGeneticDiversityandBroadKillingActivityagainstBacterialSkinIsolates研究者:加州大学洛杉矶分校(UCLA)和匹兹堡大学研究背景:痤疮极大妨碍了美观损伤患者的的自尊。性激素、面部油脂和免疫系统参与了痤疮形成过程然而大量的研究表明痤疮丙酸杆菌是其中的一种重要触发因子。Propionibacteriumacnes(痤疮丙酸杆菌)存活于毛孔中当痤疮丙酸杆菌袭向免疫系统时会引发皮肤肿胀产生红疙瘩这些细菌会诱发炎症反应有助于痤疮的发展引发痤疮。最有效的治疗方法就是减少皮肤上的痤疮丙酸杆菌的数目。传统疗法:过氧化苯甲酰抗生素和维甲酸在几十年来内没有新药。但四环素之类的抗生素被广泛使用造成许多痤疮菌发展出了耐药性一些药物如维甲酸虽然有效的但却会造成危险的副作用被限制使用。新方法:噬菌体生来就是用以靶向并杀死特定的细菌痤疮丙酸杆菌噬菌体只攻击痤疮丙酸杆菌而不是其它细菌如大肠杆菌这一特征表明它们能用于有针对性的治疗。Pacnesphages(痤疮丙酸杆菌噬菌体)是生活在人类皮肤上的细菌家族。这种细菌对人体无害但却能感染并杀死痤疮丙酸杆菌。禽流感(BirdFlu或AvianInfluenza)禽流感(BirdFlu或AvianInfluenza)俗称鸡瘟一种囊膜病毒属于正黏病毒科主要在鸟禽类中间传播偶可感染至哺乳动物和人文献中记录最早发生于年的意大利年科学家证实为甲型流感病毒。最早的人禽流感病例出现在年的香港。虽被发现多年来但人类并没有掌握特异性的预防和治疗方法仅能以消毒、隔离、大量宰杀禽畜的方法防止其蔓延。人患禽流感潜伏期一般为~天,通常在天以内。感染后的症状主要表现为高热、咳嗽、流涕、肌痛等多数伴有严重的肺炎严重者心、肾等多种脏器衰竭导致死亡。禽流感病毒基因组由个负链的单链RNA片段组成。抗原结构分为H和N两大类。H代表Hemagglutinin(血细胞凝集素)有如病毒的钥匙用来打开及入侵人类或牲畜的细胞N代表神经氨酸酶(Neuramidinase)是帮助病毒感染其他细菌的酵素。目前已鉴定了个H亚型(H~H)和个N亚型(N~N)。流感病毒感染过程中起主要作用的是血凝素(HA)和神经氨酸酶(NA)两种糖蛋白在成熟的病毒中HA是一个三聚体。每个单体含有一个大亚基(HA)和一个小亚基(HA)二者以二硫键相连。HA上的受体结合位点识别细胞表面低聚糖末端唾液酸残基膜融合依靠HA的疏水N末端。NA可以将细胞表面低聚糖末端唾液酸残基脱去同时还可以移走被感染细胞内的病毒糖蛋白唾液酸残基阀然后将诱导寄主细胞将病毒卷入。病毒遗传物质RNA进入寄主细胞核融入寄主的遗传物质中。病毒RNA通过寄主的核内机制大量复制并一部分在细胞质内转录组成自身的蛋白。重新复制的RNA和病毒蛋白结合组成新病毒颗粒移向细胞表面仍通过血凝素一唾液酸键进行结合。神经氨酸酶的主要作用是使这个键断裂。新病毒释放去感染其他细胞。禽流感病毒对去污剂等脂溶剂比较敏感。福尔马林、β丙内酯、氧化剂、稀酸、乙醚、脱氧胆酸钠、羟胺、十二烷基硫酸钠和铵离子能迅速破坏其传染性。禽流感病毒没有超常的稳定性因此对病毒本身的灭活并不困难。病毒可在加热、极端的pH、非等渗和干燥的条件下失活。从物理学角度的定义“负熵”从物理学角度的定义“负熵”热力学第二定律任何自发过程总是朝着使体系越来越混乱、越来越无序的方向即朝着熵增加的方向变化。世纪O年代奥地利物理学家薛定谔在《什么是生命》一书中提出了“负熵说”认为生命的特征就在于生命体可以不断地从周围环境中取得“负熵”以对抗生命活动中不可避免的熵的增长。生命的演化过程总是朝着熵增加的方向进行一旦负熵的增加趋近于零生命将趋向终结走向死亡换句话说:生命从诞生的那一刻就注定了必然死亡的命运。从化学角度的定义年普利高津在《结构、耗散和生命》的论文中提出:生命是一个远离平衡态的需要不停与外界进行物质、能量与信息交流才能使自身在无序趋势中得以相对稳态维持的耗散与开放的系统有机体。从哲学角度的定义年恩格斯在《反杜林论》中指出:生命是蛋白体的存在形式。“生命”的定义“生命”的定义生命是主要由核酸和蛋白质组成的、具有不断自我更新能力的、可遗传繁殖的、呈现多分子体系的一种物质运动的存在形式它是一种属性一种状态一种过程一种现象。生命的定义主要有两种:一种是主要从生命的性质和功能来定义,可以叫做功能定义另外一种是从生物的特有结构来定义,可以叫做结构定义。功能定义也有两种,一种认为生命是多种性质的集合,所以叫“集合定义”另一种强调少数几种或一种性质为生命的本质性质,叫做“根本性质定义”。(引自医学与哲学(人文社会医学版)O年第卷第l期总第期论定义生命与生命定义刘虹。)二、生命起源之谜二、生命起源之谜宗教认为上帝创造了生命古代人认为生命是自然发生的化学进化论(奥巴林的生命起源假说与米勒的实验)生物进化论达尔文的探索生机论:将生物现象归结为一种非物质的“活力”机械论:将生命现象简单地归结为物理和化学的过程一架结构极其复杂的机器还原论:生物的一切都可用分子和分子相互作用的规律来说明整体论:生物各组成部分规律加起来不等于整体的规律。其他相关的一些观点和理论奥巴林的生命起源假说奥巴林的生命起源假说“团聚体假说”:•无机物•简单的有机物•复杂的有机物•多分子体系(团聚体)•有新陈代谢功能的蛋白质体美国化学学会杂志《Langmuir》上的研究报告称地球上最早的生命可能出现在极地海洋并起源于水下“死亡冰柱”。引自:JulyanHECartwright,BrunoEscribano,DiegoLGonzález,CIgnacioSainzDíaz,andIdanTuvalBriniclesasaCaseofInverseChemicalGardensLangmuir,April,美国巴尔的摩国家老化研究中心的研究人员将摩尔定律运用到了生命复杂度方面他们认为生命起源的时间是±亿年前但地球只有亿所以生命并不是在地球上演化认为在我们太阳还没诞生之前生命就在宇宙的某个地方孕育着。如果生命需要百亿年的时间才能演化到人类的水平那么人类可能是银河系首批如果不是第一种智能文明。这可能是人类尚没有观察到其他智能的原因。引自:Moore’sLawandtheOriginofLifeMITTechnologyReview,April,夏威夷大学马诺阿分校、美国加州大学伯克利分校的研究人员合作模拟了深邃太空条件表明在冰冷的星际尘埃上有可能创建新的复杂生命成分并有可能搭乘彗星或者陨石运送到地球从而启动生命。引自:《天体物理学杂志》(TheAstrophysicalJournal)英国利兹大学(UniversityofLeeds)的一项最新研究发现地球生命诞生过程中的“原始能量”物质是由磷元素参与形成它类似ATP可能是生物细胞直接能源的原始版本被认为是无机环境与第一个生物细胞出现的中间步骤。引自:GeochimicaetCosmochimicaActa,Volume,May,Pages–对一种现象的解释越多就越没有解释清楚这个现象。对于生命我们就面临着这样的处境。PNAS:生命起源于高盐环境下的可折叠蛋白February,PNAS:生命起源于高盐环境下的可折叠蛋白February,Title:Simplifiedproteindesignbiasedforprebioticaminoacidsyieldsafoldable,halophilicprotein生命起源是无生命分子形成生命系统的过程。地球上的第一个生命应该是微观的它必须能够进行自我复制还要能适应当时的环境条件。那么在生命之初到底是先有蛋白还是先有RNA呢?目前科学家们普遍接受的理论是“RNA起源”假说即RNA是第一个生命分子。但日前佛罗里达州立大学医学院的一项最新研究为生命源于蛋白的理论提供了新证据有助于人们进一步理解地球上的生命起源过程。研究人员使用一种名为“topdownsymmetricdeconstruction”的特殊技术通过短肽自发装配成为可折叠的复杂蛋白结构。最终成功用十二个氨基酸合成了可折叠的蛋白这些蛋白呈酸性且需要高盐环境来进行折叠。研究人员表示高盐环境下的蛋白可能才是生命之源。在约四十亿年前的地球上可能存在着种氨基酸。这些氨基酸可以在高盐环境的支持下形成可折叠的蛋白。而这些可折叠的蛋白将能为地球上出现的首个生命提供代谢活性。蛋白要能够执行功能支持生命就必须折叠成为特定的结构。蛋白通过折叠形成球状由此与其他蛋白相互作用执行特殊的化学反应。在此基础上生命才能够适应和利用给定环境。研究人员指出在生命起源之初蛋白需要适应周围的环境也就是说它们必须能够折叠。研究人员指出在生命起源的过程中高盐环境对于蛋白的形成可能很重要而这项研究使它们重新回到了相关领域的焦点。WhatIcannotbuild,Icannotunderstand不能为我所建者不能为我所知。Seethingsnotastheyare,butastheymightbe不止看到事物本来面目更应看到它们可能成为的样子。WhatIcannotbuild,Icannotunderstand不能为我所建者不能为我所知。Seethingsnotastheyare,butastheymightbe不止看到事物本来面目更应看到它们可能成为的样子。合成生物学将成为人类攻克生命起源和生物进化等根本性难题的最有效武器之一!合成生物学(syntheticbiology)最初由HobomB于年提出来表述基因重组技术随着分子系统生物学的发展年EKool在美国化学年会上重新提出来年国际上定义为:基于系统生物学的遗传工程和工程方法的人工生物系统研究从基因片段、人工碱基DNA分子、基因调控网络与信号传导路径到细胞的人工设计与合成类似于现代集成型建筑工程将工程学原理与方法应用于遗传工程与细胞工程等生物技术领域合成生物学、计算生物学与化学生物学一同构成系统生物技术的方法基础。合成生物学的目的在于建立人工生物系统(artificialbiosystem)让它们像电路一样运行。通俗来说“合成生物学以合成生命为目标在系统生物学知识的指导下以对生命过程进行设计为基础从认识、鉴定编码生命最基本的基因和调控模块开始建立合成模块等分子元件并加以准确而有效的组装最终创造出达到设计目的的新的生命系统。”by赵国屏生命起源后的进化达尔文生命起源后的进化达尔文生于年的达尔文年写下恢弘巨著《物种起源》提出来“物竞天择、适者生存”这一自然选择理论的精髓。拟态捕食在两个多世纪的时间以来没有一个科学家对科学、政治、宗教、哲学和艺术的影响能与达尔文相比。三、生命变成现实是依赖酶生命过程的催化剂三、生命变成现实是依赖酶生命过程的催化剂酶的概念:酶是生物活体细胞产生以蛋白质为主要成分具有催化功能的一类生物催化剂。enzyme来自希腊文“在酵母中”之意。酶的独特性质:·高效性特异性酶活性常能够被调控在温和条件下工作多样性容易变性失活酶作用的一般特点参与反应过程但本身几乎不被消耗只催化热力学允许的反应只加快反应速度不改变反应平衡点对正逆反应催化作用相同降低反应活化能具有中毒反应己糖激酶酶的催化机理:降低活化能酶的生理意义生命需要两个基本条件:①自我复制②选择性地高效进行特定的反应。“酶”的出现和存在让这一切成为了可能!生物体内绝大多数反应都在酶的作用下进行。它不仅是这些功能的唯一承担者和执行者而且是生命系统调节协同的唯一受体。生命就是各种反应的有机综合体。因此:酶对生命的重要意义无与伦比。它支撑着生命的一切活动是一把揭开生命奥秘的钥匙。四、生命的基本过程是新陈代谢A、代谢简介B、糖代谢C、脂质代谢D、核酸代谢E、蛋白质代谢A代谢简介 新陈代谢是生物体内全部有序化学变化的总称包涵了生物体与外界环境之间的物质和能量交换以及生物体内物质和能量的转变的全部过程。一般都是在酶的催化作用下进行的它包括物质代谢和能量代谢两个方面。同化作用中新陈代谢分为三种:自养型和异养型和兼性营养型异化作用中新陈代谢分为三种:需氧型、厌氧型和兼性厌氧型一切新陈代谢均遵循热力学定律热力学第一定律即能量守恒定律:宇宙的能量是一个常数能量可以不断被转化和转移但不可能被创造也不可能被消灭。热力学第二定律:宇宙或系统的各种过程总是向着熵增大的方向进行。ΔG=ΔH-TΔS(T为绝对温度)生命体依靠能量的不断输入一直在与热力学第二定律作抗争。生命世界的能量源泉是太阳能、生命体中能量流通的货币是ATP、生命体中能量流通的货币是ATP一般来说活体细胞只能够利用ATP这种能量形式去做功和维持生命活动。ATP水解时一个高能磷酸键断裂同时释放出能量每摩尔ATP水解形成ADP可产生Kcalmol的能量。一个人每天大约需要消耗KgATP但每一时刻贮存在人体里的ATP不到g。即每个细胞每秒钟大约可形成一千万个ATP同时有同样量的ATP被水解。顺便说一句一个成年人每天大约Kcal的能量相当于克葡萄糖。生物体把能量用在生命活动的各个方面 ATP生物电物质进入细胞发热(体温)肌肉、鞭毛运动合成其他能量分子ATP是生物可利用能量的通用货币形式!发光细胞有荧光素酶ATP与荧光素酶偶联在氧气存在时可释放出能量并以荧光的形式发射出来:ATPELHELHAMPPiELHAMPOEPCOh仲夏的夜晚萤火虫发光水母如何发光?绿色荧光蛋白GFP(GreenFluorescentProtein)水母如何发光?绿色荧光蛋白GFP(GreenFluorescentProtein)年Shimomure等首先从维多利亚水母(AequoreaVictoria)中分离得到。GFP在水母中之所以能发光是因为水母素和GFP之间发生了能量转移。水母素在钙离子的刺激下发光其能量可转移到GFP上刺激GFP发光。这是物理化学中已知的荧光共振能量转移(FRET)在生物中的发现。GFP吸收的光谱,最大峰值为nm(紫外),并有一个峰值为nm的副峰(蓝光)发射光谱最大峰值为nm(绿光)。GFP发色团的骨架在左边。蛋白质链形成一个圆柱形罐头(蓝色)子链的一部分直接从中间穿过(绿色)发色团刚好在罐头盒的中间它被保护起来以免受周围环境的影响。这种保护对于发射荧光是必需的。一但发色团吸收一个光子激活的水分子通常就会夺取它的能量。但是在蛋白质内部改为发射能量稍低的光子来释放能量使它得到了保护。发色团(右图)由蛋白质链上的三个氨基酸:甘氨酸酪氨酸和苏氨酸(或丝氨酸)自发形成。GFP作为标记蛋白的优点①荧光稳定②检测方便③无种属特异性也无有细胞种类和位置的限制④GFP对受体细胞基本无毒害⑤易于构建载体不受假阳性干扰⑥不需任何反应底物和辅助因子⑦可制成永久标本⑧灵敏度高GFP在生物学研究中的应用GFP在生物学研究中的应用GFP作为一种新型免疫标记物作为报告基因用于转基因植物研究基因的表达可进行活体检测药物筛选临床检验示踪病原菌和检测环境微生物的迁移a线粒体b肌动蛋白c微管蛋白d高尔基体e纽蛋白f组蛋白年月日本大阪大学的科研人员首次培育出能够夜里发光的含有绿色荧光蛋白的老鼠。年诺贝尔化学奖荧光蛋白获得者及其贡献年诺贝尔化学奖荧光蛋白获得者及其贡献下村修日本人名古屋大学理学博士毕业后赴美先后在美国普林斯顿大学、波士顿大学和伍兹霍尔海洋生物实验所工作。年从一种水母中发现了荧光蛋白被誉为生物发光研究第一人。钱永健美籍华裔现为美国加州大学圣迭戈分校生物化学及化学系教授、美国国家科学院院士、国家医学院院士年沃尔夫医学奖得主。其主要贡献在于利用水母发出绿光的化学物来追查实验室内进行的生物反应他被认为是这方面公认的先驱。马丁·沙尔菲美国哥伦比亚大学生物学教授他获奖的主要贡献在于向人们展示了绿色荧光蛋白作为发光的遗传标签的作用这一技术被广泛运用于生理学和医学等领域。、新陈代谢是一个庞大有序的网络、新陈代谢是一个庞大有序的网络活细胞就像一个微小的化学工业园在极其微小的空间内发生着数千种生物化学反应代谢途径就像复杂道路交通图酶是驾驶员激素是交警合成作用(anabolism)从外界摄取物质和能量将它们转化为生命本身的物质和贮存在化学键中的化学能。分解作用(catabolism)分解生命物质将能量释放出来供生命活动之用。B糖代谢线粒体是燃料分子氧化产生ATP的主要场所。TheCoriCycle肌肉和肝脏之间有糖代谢协作糖代谢紊乱引发的病症糖原病:糖原分解合成酶的欠缺引起低血糖症:胰岛素分泌或应用过量高血糖症及糖尿病血糖的来源和去路间失去动态平衡脂肪肝形成途径脂肪肝肝脏脂蛋白不能及时将肝细胞脂肪运出造成脂肪在肝脏中堆积C脂质代谢WatsonandCrick假设的DNA复制OldNew半保留复制D核酸代谢滞后链上RNA引物由引物酶重复合成。前导链合成只需要一条RNA引物。端粒的修复端粒的修复大肠杆菌中的转录转录中DNA超螺旋结构的变化UnderwoundOverwoundE蛋白质代谢原料:种氨基酸模板:mRNA场所:核蛋白体氨基酸的“搬运工具”:tRNA酶与蛋白质因子:启动、延长、终止因子能量:ATP、GTP无机离子蛋白质的生物合成体系与过程在细菌中转录与翻译紧密偶联在一起。蛋白质合成生理部位理论假说:信号肽学说GunterBlobel’s蛋白质合成后分拣与定位的生理过程ThegeneticcodeDNA密码子尚包含蛋白质合成速度信息DNA密码子尚包含蛋白质合成速度信息问题:个碱基三三组合可行形成个密码子而生命所需氨基酸只要种密码子的富余不可避免地出现。不过既然同一种氨基酸对应数个密码子为什么在进化中会出现密码子偏好呢?成果:加州大学研究人员利用核糖体作图(ribosomeprofiling)的技术对活细胞内的基因活性进行测定包括基因所编码的蛋白质翻译的速度发现了隐藏在遗传密码中以前从未被认识到的信息。通过对细菌中蛋白质产生的速度进行测定该研究团队发现细微的遗传变化都会带来强烈的影响即便是看起来并不怎么重要的、被称为“无表型突变”即对基因中的某个碱基进行替换而不改变最终的基因产物的遗传改变也是如此。令人惊讶的是科学家们发现这些改变可导致蛋白质生产速率降低到正常速度的十分之甚至更低。这种速率的变化是由冗余密码子组成遗传密码一部分的小段DNA中所包含的信息引起的。它们被认为是“冗余的”是因为它们此前被认为其含有的信息只是简单重复而非唯一的结构。“遗传密码一直被认为存在富余现象但冗余密码子显然并非完全一样。”举个相似的例子一个人在向朋友发短信时可能选择用“NP”带代替“Noproblem”。这两者所代表的意思是一样的但是打NP明显要比打Noproblem快的多。该新发现挑战了生物学中盛行了半个世纪的基本假说。这还可能帮助加速蛋白质的工业生产这对于生物燃料生产以及用于治疗许多常见疾病(从糖尿病到癌症)的生物药的生产来说影响深远。TheantiShine–Dalgarnosequencedrivestranslationalpausingandcodonchoiceinbacteriabyhttp:wwwnaturecom五、生命的基本特征五、生命的基本特征化学成分的同一性严整有序的结构新陈代谢应激性和运动生长发育繁殖与遗传适应比较:应激活动和运动比较:应激活动和运动生物接受外界刺激后会发生反应生物的运动受神经系统的控制应激活动捕蝇草(Catchfly)属于维管植物的一种是很受欢迎的食虫植物拥有完整的根、茎、叶、花朵和种子。它的叶片是最主要并且明显的部位拥有捕食昆虫的功能外观明显的刺毛和红色的无柄腺部位样貌好似张牙利爪的血盆大口。Cell:运动导致DNA变化Cell:运动导致DNA变化运动能够带给我们很多益处帮助我们燃烧热量减轻体重同时降低心脏病、中风和糖尿病风险。除此之外根据瑞典卡罗林斯卡医学院生理学教授朱丽恩·兹尔罗斯进行的新研究运动还有一个令人不可思议的作用改变我们的DNA!让基因活动发生有益于健康的变化即使一次分钟的运动也能产生这种效用。借助于志愿者活组织样本研究人员对脚踏车运动分钟前后一系列与肌肉有关的基因活动进行了比较。进行运动后肌肉细胞内的更多基因被激活参与者的DNA甲基化程度也较低。甲基化是一个分子过程甲基团聚集在DNA上限制了细胞“开启”确定基因的能力。通过在特定时间控制确定细胞的甲基化程度便可调节DNA中的基因允许哪些基因被激活。激活特定的基因能够形成特定的细胞例如眼细胞或者肝细胞。甲基化作用能够促使肌肉细胞释放出正确的酶和营养物让肌肉获得能量燃烧卡路里。运动强度越大被移走的甲基团数量越多。咖啡因也能够触发钙的释放促使甲基团移开开启帮助肌肉收缩的基因。“但咖啡因产生的绝大多数生理效应作用于中枢神经系统而不是分散到所有肌肉。为了获得我们在肌肉中看到的效果你需要一天喝掉杯咖啡而这已经接近于致命剂量。而半小时高强度运动足以达到相同效果。”文章标题:AcuteExerciseRemodelsPromoterMethylationinHumanSkeletalMuscle文章来源:http:wwwcellcomcellmetabolism比较:生长与发育比较:生长与发育生长:生物体或其一部分的体积、干重或细胞数目增长的过程发育:生物自受精卵开始直到形成成熟个体所经过的一系列从简单到复杂的变化过程生长发育过程中遗传因素起决定性作用而外界环境因素也有很大影响表现型=基因型环境影响Argue:最美人体Argue:最美人体标准人体的比例为头是身高的肩宽是身高的平伸两臂的宽度等于身长两腋的宽度与臀部宽度相等乳房与肩胛下角在同一水平上大腿正面厚度等于脸的厚度跪下的高度减少。欧洲文艺复兴时代意大利的著名画家达·芬奇认为:人体的形体构造和布局在外部形态上都是左右对称的。比如面部以鼻梁为中线眉、眼、颧、耳都是左右各一两侧的嘴角和牙齿也都是对称的。身体前以胸骨、背以脊柱为中线左右乳房、肩及四肢均属对称。对称也是相对的而不是绝对的。人体各部分假如真的绝对对称那就会反而失去生动的美感。对称法则把一定长度的线条或物体分为两部分使其中一部分对于全体之比等于其余一部分对这部分之比。这个比值是∶。研究指出就人体结构的整体而言每个部位的分割无一不是遵循黄金分割定律的。如肚脐这是身体上下部位的黄金分割点:肚脐以上的身体长度与肚脐以下的比值是∶。人体的局部也有个黄金分割点。黄金分割定律按照黄金分割定律来安排作息时间即每天活动小时睡眠小时。最科学的生活方式?应激反应是对环境的适应性应激反应是对环境的适应性适应的含义:()生物的结构适应于一定的功能()生物的结构和功能适应于其在一定环境条件下的生存和延续适应是生物界普遍存在的现象ThelifecycleofthefruitflyDrosophilamelanogaster六、生命科学是自然科学中最大的  学科群分支学科最多多门与各类学科密切合作与交叉与社会生活联系密切生命科学的学科结构生命系统的螺旋结构生命科学的学科结构分层蛋糕生命科学的分科按不同分科标准可以作不同的划分按生物类群或研究对象来分按研究的生命现象或过程来分按生物结构的层次来分按与其他学科的关系来分按其他标准分七、为什么要学习生命科学知识?七、为什么要学习生命科学知识?生命科学是人类对自然认识的最后堡垒生命科学是世纪自然科学的带头学科生命科学中充满未解之谜生命科学与人类社会的发展息息相关提高生活品质的需要时代紧迫感“国际生物多样性日”联合国发布最新报告称:目前地球上的生物种类正在以相当于正常水平倍的速度消失全世界约有万种植物和多种动物濒临灭绝。生物多样性的快速消失可能会对人类的健康以及赖以生存的农业和畜牧业造成严重影响并进一步威胁到人类的生存。生命科学的发展(从达尔文到克隆羊)生命科学的发展(从达尔文到克隆羊)达尔文《物种的起源》-生物进化的革命性理论绵羊“多利”克隆-神奇的技术、无限的遐想全球生物热历史的使命:应对世界的变幻莫测!苏格兰东海岸附近捕捞上来的。伦敦自然历史博物馆的专家鉴定:这只龙虾的颜色是一种罕见的基因变异引起的。世纪将面临的许多世界性的难题世纪将面临的许多世界性的难题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物种消亡  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、生命科学是世纪自然科学的带头学科、生命科学是世纪自然科学的带头学科当前自然科学的带头学科:从物理科学向生命科学转移、生命科学成为前沿学科Nature  Science、生命科学引发的技术将成为支柱产业IT(信息产业)是组装产业对人外在生存的影响导致人种退化BT(生技产业)涉及的领域是对人类自身的进化使人活得更好、生命科学涉及自然科学各学科吸引了众多的其他学科顶尖人材世纪年代开始一些其他学科的顶尖科学家开始思考和参与生物学的问题世纪年代以后生物学中许多划时代的进步都是学科交叉的结果薛定谔《生命是什么?》WatsonCrickDNA双螺旋May从物理学家到生态学家实验生物学与理论生物学研究前沿ResearchFronts:TopRankedSpecialtiesintheSciencesandSocialSciences汤森路透(ThomsonReuters)May研究前沿ResearchFronts:TopRankedSpecialtiesintheSciencesandSocialSciences汤森路透(ThomsonReuters)May该报告对年至年高引用率的研究论文以及发表在核心期刊和基础期刊上的文章进行分析后发现科学与社会科学领域的前沿研究主要涉及以下十大领域:农业、植物与动物科学(Agriculture,PlantandAnimalSciences)生态学与环境科学(EcologyandEnvironmentalSciences)地球科学(Geosciences)临床医学(ClinicalMedicine)生物科学(BiologicalSciences)化学与材料科学(ChemistryandMaterialsScience)物理学(Physics)天文学与天体物理学(AstronomyandAstrophysics)数学、计算科学与工程学(Mathematics,ComputerScienceandEngineering)经济学、心理学和其他社会科学(Economics,PsychologyandOtherSocialSciences)年度生物学三大新兴技术by《麻省理工科技创业》杂志年度生物学三大新兴技术by《麻省理工科技创业》杂志癌症是世界第二大杀手有一些基因变异能够导致癌症但我们并不知道是哪些基因导致了这些问题。癌症基因组研究技术是找到那种使得你患病的基因和变异然后进行基因组排序针对你的疾病进行治疗。现在美国已有三到四种药物采取这样的方式针对这些具体的变异进行治疗。这应该是过去十年中癌症治疗的最大成就。传统的基因排序技术忽视了很多重要的基因信息因为基因都是成对的现在的技术只是计算其中的一条而不是一对。所以我们所研究的只是我们需要的一半这样的话就不能够产生更有效的药品。来自斯坦福的StephenQuake提出的解决办法叫做微流控芯片这是一个非常小的芯片可以把染色体分开这样就可以进行基因排序过程。用这个技术可以使得药品更加有针对性针对个人就和我们刚才提到癌症基因组有异曲同工之妙。这会治疗很多不治之症。比如说帕金森等。虽然目前我们并没有药品能够解决这个问题但未来充满信心。染色体分离技术合成细胞技术传统的基因工程是非常缓慢的他们产生的成果不是很完美在耐药性方面比较强。DanielGibson提出了一种全新的方式创造基因组来解决:完全从零开始然后又用一般的排序技术把它们接在一起用酵母菌把这些结合起来制成完全人工的细胞。像上帝一样创造自己的生物。实际上我们可以用它们来制造一些细菌这些细菌可以为我们生产更高效的化石燃料和药品等。这项技术在未来有可能会实现影响也将会是非常深远的。癌症基因组研究、生命科学充满未解之谜、生命科学充满未解之谜“猛犸之谜”“恐龙灭绝之谜”龟鳖家族的长寿之谜百慕大三角之谜猛犸灭绝源自陨星碰撞而非人类过度捕杀PNAS,May,猛犸灭绝源自陨星碰撞而非人类过度捕杀PNAS,May,美国北亚利桑那州大学地球科学与环境可持续性学院的JamesHWittke为首的研究人员指出万年前一颗巨大的陨星划过地球大气层时分解成数千万吨燃烧碎片散落在个大洲上。这些陨星残骸释放有毒气体污染了空气并阻挡了阳光致使温度骤然下降大量植物死亡地貌出现永久性变化。陨星碰撞地球之后早期人类和一些生物通过迁徙或者改变生活方式来逐渐适应环境的变化但是曾经漫步在欧洲的猛犸并未很好地适应改变的生活环境几十年时间便灭绝。研究人员指出陨星碰撞是导致猛犸灭绝的主要因素推翻了之前认为人类栖居和侵略性猎杀致使猛犸灭绝的理论。这次陨星碰撞事件对于地球进化历史产生了重大影响。原文检索:JamesHWittke,JamesCWeaver,RichardBFirestoneetalEvidencefordepositionofmilliontonnesofimpactspherulesacrossfourcontinents,yagoPNAS,May,动物长寿之谜动物长寿之谜英国利物浦大学综合生物学研究所的马加良斯(JoaoPedroMagalhaes)博士探索出一种监测蛋白质的新方法促进蛋白质演变分析技术主要针对与长寿有关的蛋白。他们检测了超过三十种哺乳动物的基因组以识别参与长寿进程的蛋白质。结果发现了一种神奇的蛋白质COLA对DNA的损伤起到重要的反馈作用并随着该物种寿命的延续而不断出现进化和变异这表明此种进化在一定程度上改变了物种。他们展现了长寿动物在生物的修复系统中出现了与延长寿命有关的进化模式结果显示DNA损伤时相应的蛋白质就会立即产生反馈调节干预机体衰老的进程。如果某些蛋白质在生物进化的进程中被选择以改变相应哺乳动物的寿命比如人类和大象那么对于该物种而言就有可能产生某种优化途径修复损坏的分子这些举措将有助于它们抵御衰老的过程。相较于生命周期更短的动物比如老鼠显然具有修复功能的物种寿命更长。文章来源:AGE:AcceleratedproteinevolutionanalysisrevealsgenesandpathwaysassociatedwiththeevolutionofmammalianlongevityDecember“美人鱼”可能不仅仅是神话中的生物!美人鱼真身或为海生类人猿美国动物星球频道(AnimalPlanet)May“美人鱼”可能不仅仅是神话中的生物!美人鱼真身或为海生类人猿美国动物星球频道(AnimalPlanet)May海洋中可能确实存在类似“美人鱼”的生物它们的真身是古猿在进化成为人类的过程中出现的一个分支“海猿”。根据这一理论在古猿进化成早期人类的过程中有一部分古猿进入了水中生活成为“海猿”它们可能在进化过程中逐渐消失并被人类遗忘了却以“美人鱼”的神话形式在人类记忆中流传下来。“这是一个关于人类进化史的非常激进的理论但是我们正在接近这个古老谜团的真相。这促使我们思考美人鱼可能不仅仅是神话中的生物。”尽管类似“海猿”的理论经常被视为伪科学但诸多证据显示早期人类的确生活在海洋附近而且他们在非常早的时候就具备了惊人的航海能力。在希腊主陆与附近海岛上都发现了万年前穴居人使用的工具证明他们那时候已经能够乘船旅行。“人类与其它灵长类有着显著的不同但却有许多与海洋哺乳动物相似的特征比如手指之间的蹼状结构以及皮下脂肪等。此外我们还有游泳、控制呼吸的本能。人类最长可屏住呼吸分钟远比其它陆地生物更长。”动物情感:雄蜘蛛会送礼物给“女友”BMCEvolutionaryBiology,:doi:动物情感:雄蜘蛛会送礼物给“女友”BMCEvolutionaryBiology,:doi:BackgroundResults雄盗蛛向“意中人”献上的礼物通常是可以食用的苍蝇有的雄盗蛛比较吝啬送一个毫无价值的礼物如棉花羊毛球、干枯的花朵、吃剩的昆虫残留物有的不解风情不送礼物。所有礼物都会被包装雌蛛不拆开包装就不知道里面的礼物是什么。研究表明送礼物的雄蛛比不送礼物的雄蛛完成交配的成功率更高。然而对于那些送毫无价值礼物的雄蛛雌蛛让它们输送精子的时间比那些送可食用礼物的雄蜘蛛的时间要短。领导这项研究的玛丽亚·阿尔博(MariaAlbo)解释说“雄盗蛛用包装好的礼物欺骗雌盗蛛的感情这涉及复杂的成本和收益方程。雄盗蛛花时间找礼物和包装礼物礼物越有价值获得的交配时间越长射精管得以输送更多的精子到受精囊并有可能产生更多的后代但雌盗蛛也很精明会识别欺骗行为当它们发现收到的礼物毫无价值时会尽早终止交配。”雄盗蛛和雌盗蛛显然能够评估礼物的价值并相应地调整对待伴侣的方式。雌盗蛛对没有送好礼物的“男朋友”不喜欢匆匆结束交配而雄蜘蛛看到“女朋友”对礼物不满意或试图尽快结束交配就会装死。虫草一种完全的拟态寄生真菌虫草一种完全的拟态寄生真菌真菌具有各种尺寸大小和体型多数真菌生活在土壤中的腐烂物质之中其它的则与各种植物、昆虫水藻等共生通过栖息环境和保护机制提供相应的食物和营养来源。在某些情况下它们之间的关系不仅仅是单方面的。虫草是一种完全的拟态寄生物它们可以侵入一只昆虫体内用菌丝和基质置换昆虫内部的身体组织和器官。据悉菌丝是一种束状结构能够吸收环境中的营养成份基质是一种茎状植物结构。“Cordycepsunilateralis”虫草它们能够控制蚂蚁并在其内部在进行繁殖强迫蚂蚁攀爬到一棵植物并在其顶部栖息一直到蚂蚁死亡。到那时候孢子会附着在这种虫草真菌子实体内然后这种真菌在蚂蚁的头部繁殖逐渐到成熟期。刺黄蜂残忍的猎食者刺黄蜂残忍的猎食者雌性刺黄蜂的体型要大于雄性它们释放的有毒刺可使蜘蛛处于瘫痪之中然后它们会拖拉着蜘蛛到自己的巢穴并在蜘蛛腹部产卵。一旦刺黄蜂卵孵化蜘蛛的身体便开始喂养小黄蜂。处于瘫痪状态的蜘蛛猎物位于刺黄蜂附近遭受幼虫吞噬着它的器官组织。期间成年刺黄蜂会以蜘蛛的血淋巴为食血淋巴包含着盐分、水和节肢动物血管的器官组织。当最后吞噬完毕幼虫成长之后会用尖刺穿破丝茧并化成蛹。大约经过一年之后这些幼年刺黄蜂会生长成为成年体再准备进行新一轮的“捕猎循环”。刺黄蜂用毒刺将蜘蛛瘫痪将其身体作为寄宿体以其腹部作为幼虫发育的温床让产在其腹部中的幼小刺黄蜂卵发育生长。茅膏菜一种可怕的肉食植物茅膏菜一种可怕的肉食植物茅膏菜的命名源于像毛发般分泌腺的粘性分泌物苍蝇和其他小型昆虫会被这种芬香气味被吸引当它们被吸引到该植物的分泌腺上时就会发现这是致命性的陷阱。当昆虫越拼命地挣扎它们就会越深地陷入分泌物的包裹之中最终这些分泌物会密封植物的通气孔使它们窒息而死。之后茅膏菜会慢慢地卷动叶子边缘将猎物更紧地包裹起来释放出一种包含强有力的生化酶的混合消化液逐渐地将猎物腐烂分解。经过几天之后昆虫猎物将变成富含营养的液态物质便于茅膏菜进行吸收。在自然之中一些具有噬食性的植物并不比动物逊色茅膏菜就是其中的一个典型。虽然植物能够从土壤中提取至关重要的氮但是像茅膏菜这样的肉食性植物更擅长诱捕和吞噬小昆虫。、生命科学与人类社会的发展息息相关()农业遗传育种人造种子生物杀虫剂()医药卫生新的抗菌素、疫苗免疫学提高了异体器官移植的成功率基因工程菌与基因疗法胰岛素、干扰素、生长激素、血纤维蛋白溶解剂、白蛋白、血因子、单克隆抗体等()轻工业、食品工业酶工程食品、医药、发酵、日用化工、轻纺、制革、水产、木材、造纸、能源、农业、环保等经济部门发酵工程酿酒制曲、味精、抗菌素、维生素等生物燃料并非理想能源!by年诺贝尔化学奖得主HartmutMichelMay生物燃料并非理想能源!by年诺贝尔化学奖得主HartmutMichelMayHartmutMichel认为:从产出来看生物燃料是没有意义的通过光伏电池来利用太阳能才是正道。HartmutMichel教授由于在某些特定细菌的细胞膜中发现了光合反应中心的D结构而获得年诺贝尔化学奖。现任德国马克斯普朗克生物物理研究所(MaxPlanckInstituteforBiophysics)主任。光合作用的效率:首先从植物将太阳能转变为可利用形式(即NADPH)的方式来看植物的光和色素只能最多吸收的太阳光而绿光、紫外光和红外光都不可利用。更重要的是计算显示大约只有的太阳能可被植物转换并储存起来。生物燃料的生产与利用并非零二氧化碳排放并且种植用于生物燃料生产的植物是对土地利用度的极大浪费。利用可耕种土地或粮食作物来生产生物燃料引发了生物燃料“与人争粮”的争论。像玉米、甘蔗、植物油等此类商品不仅可以作为常规的食物来源也可以用作生物燃料的生产。在美国、欧盟以及巴西等政府的政策中这些作物被用作生物燃料的生产从而导致了粮食供应的短缺。新能量收集方法:用植物发电《能量和环境科学》thApr新能量收集方法:用植物发电《能量和环境科学》thApr历经数十亿年演化的植物被认为是地球上最高效的太阳能收集机器它能达到近乎的量子效率能将捕捉到的每一个光子转化为等量电子。在许多实验室的研究人员都还在模拟人工复制植物的光合作用如人造树叶的时候美国佐治亚大学的研究人员采用了不同的方式赋予了“发电厂”新的含义。在光合作用中植物利用太阳光分解水产生氧化和氢气然后产生电创造植物生长所需的糖。研究人员找到了方法中断光合作用在电被用于合成糖前提前将其收集。原文检索:JessicaOCalkins,YogeswaranUmasankar,HughO'NeillandRamarajaPRamasamyHighphotoelectrochemicalactivityofthylakoid–carbonnanotubecompositesforphotosyntheticenergyconversionEnergyEnvironSci,AprJessicaOCalkins细菌造雪细菌造雪美国科学家发现假单胞菌能在寒冷的环境中将水雾凝结成雪花()其他方面细菌保护古建筑  在含钙的情况下能够形成钙的微晶体以保护古建筑八、新世纪大学生不能没有现代生命科学知识八、新世纪大学生不能没有现代生命科学知识生物学家:大脑、癌症、光合作用生物技术专家:转基因药物、转基因育种理工科专业:生物芯片、火星生命、纳米材料社会科学专家:社会伦理、法律、生物技术和人类社会的关系个人:认识自己、认识生命、了解生命科学的发展 微观与宏观领域相互联系既见树木又见森林  愿你在学习生命科学知识的同时体验到探索生命奥秘的乐趣!  让生命科学知识丰富你的生活和

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