生命科学导论重点.docx
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生命科学导论重点
如何判定一种元素的营养学意义？
常量元素的重要性比较容易认识。
微量元素的营养学研究较难。
要证明某一种微量元素在营养学上是必不可少的，至少需要利用实验动物做以下三个方面的饲养实验:
（1）让实验动物摄入缺少某一种元素的膳食，观察是否出现特有的病症；
（2）向膳食中添加该元素后，实验动物的上述特有病症是否消失；
（3）进一步阐明该元素在身体中起作用的代谢机理。
2、生物小分子（六种）
水氨基酸单糖核苷酸脂类维生素
20种氨基酸中有8种不能由人体合成，必须从外界摄取，称为必需氨基酸
8种必需氨基酸为缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、色氨酸、赖氨酸
功能
（1）作为组建蛋白质的元件
（2）有的氨基酸或其衍生物具有生物活性（代谢调节、信号传递等）
核苷酸分子由三个部分组成：
碱基：
嘧啶、嘌呤五碳糖：
核糖或脱氧核糖磷酸
生物大分子主要有三大类：
蛋白质核酸多糖
它们都是由生物小分子单体通过特有的共价键联结而成。
DNARNA
脱氧核糖核糖
有胸腺嘧啶有尿嘧啶
无尿嘧啶无胸腺嘧啶
生物大分子具有高级结构，即独特的立体结构、空间构型和分子整体形状等，在生物体的生理功能上起着重要作用。
本讲摘要
生命的形式多种多样，生命的形态多变，但是化学成分是同一的。
生物体中C、H、O、N元素的总和超过了96%。
构成生命的小分子主要包括：
水、氨基酸、糖、核苷酸、脂和维生素等。
构成生命的大分子主要包括：
蛋白质、核酸和多糖等，它们都是由生物小分子单体通过特有的共价键联结而成。
生物大分子具有高级结构，即独特的立体结构、空间构型和分子整体形状等，在生物体的生理功能上起着重要作用。
细胞学说的内容
1.所有生物都是由细胞和细胞产物构成的
2.每个细胞相对独立，一个生物体内各细胞之间协同配合
3.新细胞只能由原来的细胞分裂繁殖而产生
4.所有细胞具有基本相同的化学组成和代谢活性
5.生物体总的活性可以看成是：
组成生物体的各相关细胞的相互作用和集体活动的总和
内质网由单层生物膜围成。
是蛋白质合成、修饰和分泌，脂类合成的场所。
高尔基体由单层生物膜围成。
主要功能是蛋白质修饰与加工、运输和分泌；脂质的运输。
溶酶体溶酶体是胞质中一类包着多种水解酶的小泡由单层生物膜围成，是生物大分子分解的场所。
植物细胞有细胞壁有叶绿体有中央液泡
动物细胞没有细胞壁没有叶绿体没有中央液泡
有丝分裂周期
G0期：
休眠期
G1期：
DNA合成前期
S期：
DNA合成期
G2期:
DNA合成后期
M期：
有丝分裂期
前期：
染色质浓缩，折叠，包装，形成光镜下可见的染色体，每条染色体含两条染色单体。
中期：
核膜消失，染色体排列在赤道板上
后期：
姊妹染色单体分开，被分别拉向细胞两侧
末期：
重新形成核膜，染色体消失
细胞质分裂：
胞质形成间隔，最终分为两个细胞
染色质和染色体
处于分裂间期的细胞，细胞核内的DNA分子，在一些蛋白质的帮助下，有一定程度的盘绕，形成核小体。
多个核小体串在一起形成染色质。
当细胞进入M期时，染色质折叠包装，大约压缩8400倍，形成光镜下可以看到的染色体。
4.1细胞分化：
发育过程中细胞后代在形态、结构和功能上发生差异的过程。
分化以后不同种类的细胞，形态、功能、基因表达和代谢活动均不相同。
细胞分化不但发生在胚胎阶段和发育过程中，亦发生在成人阶段。
细胞的发育潜能：
由一个细胞可能分化发育出多少种细胞？
这就是细胞的发育潜能。
全能性细胞：
具有能使后代细胞形成完整个体的潜能的细胞。
例如：
受精卵
多能性细胞：
具有分化出多种组织或细胞（但是不能形成完整个体）的潜能的细胞。
例如：
造血干细胞
单能性细胞：
只能分化成一种细胞的细胞。
例如：
肌肉中的成肌干细胞
人体衰老机理有人强调，人体衰老时，并非全身细胞均衡衰老，而是部分细胞衰老，导致整体机能失调。
激素系统和神经系统的衰老对全身的影响最大。
衰老的机理——自由基假说
生物氧化中产生的自由基会破坏生物大分子，使得细胞结构破坏，基因突变，导致细胞衰老。
细胞死亡分为两种：
（1）因环境因素突变或病原物入侵而死亡，称为病理死亡，或细胞坏死。
（2）因个体正常生命活动的需要，一部分细胞必定在一定阶段死去，称细胞凋亡。
细胞凋亡和细胞坏死有明显区别
细胞凋亡细胞坏死
细胞变圆,与周围细胞脱开细胞外形不规则变化
核染色质凝聚溶酶体破坏
细胞膜内陷细胞膜破裂
细胞分为一个个小体胞浆外溢
被周围细胞吞噬引起周围炎症反应
本讲摘要
细胞学说的核心内容是，细胞是生命的基本结构单位，所有生物都是由细胞组成的。
真核细胞的典型结构包括：
生物膜、细胞核和各种细胞器。
细胞从前一次分裂开始到后一次分裂开始，这段时间称为一个细胞周期，包括G1期、S期、G2期和M期。
减数分裂使得子细胞染色体数目减半，子细胞基因组合大为丰富和多样化，从而使有性生殖的后代具有更强的适应性和进化潜能。
细胞分化是指发育过程中细胞后代在形态、结构和功能上发生差异的过程。
ATP的结构和功能
ATP是生物体能量的基本交换单位ATP是生物系统能量交换的中心
体内的新陈代谢过程都是在生物催化剂——酶的催化下进行的。
催化剂可以加快化学反应的速度，酶是生物催化剂，它的突出优点是：
催化效率高专一性质可以调节
酶的化学本质是蛋白质酶催化作用的机理——降低活化能
绿色植物和光合细菌利用太阳能使二氧化碳固定为有机物的过程称为光合作用。
在现在的地球上，光合作用是一切生物得以生存的基础。
叶绿体是光合作用进行的场所吸收光能靠叶绿素
光反应：
在叶绿素参与下，利用光能劈开水分子，放出O2，同时形成两种高能化合物ATP和NADPH。
光反应的要点叶绿素吸收光能，一些用于水的裂解，其它转化为电能，即造成从叶绿素分子起始的电子流动。
在电子流动过程中，通过氢离子的化学渗透，形成了ATP，电能被转化为化学能。
电子沿传递链最终达到电子受体NADP+，同时一个来源于水的氢质子被结合，电能又再一次转化为化学能，并储存于NADPH中。
光合作用的暗反应依赖于光反应中形成的ATP和NADPH。
电子传递链就是通过一系列的氧化还原反应，将高能电子从NADH和FADH2最终传递给O2，同时随着电子能量水平的逐步下降，高能电子所释放的化学能就通过磷酸化途径贮存到ATP分子中，也称为氧化磷酸化。
糖代谢小结
1个葡萄糖通过有氧呼吸共形成36或38个ATP。
ATP的量取决于糖酵解阶段产生于细胞质中的NADH穿过线粒体膜进入呼吸链时是否消耗能量，按甘油磷酸环路穿过线粒体膜需要消耗2分子ATP，按苹果酸-天冬氨酸环路则不需要消耗ATP。
糖酵解的结果
参与化合物：
①葡萄糖，②ADP和磷酸，③NAD+。
起始阶段还需要消耗2分子ATP来启动，但后期共产出4分子ATP，还形成高能化合物NADH。
最终产物是丙酮酸。
糖酵解将六碳的葡萄糖分解成2个三碳的丙酮酸，净产生2个ATP，生成1分子NADH，糖酵解不需要氧参与。
本讲摘要
ATP是生物系统能量交换的中心
体内的新陈代谢过程都是在酶的催化下进行的，其突出优点是效率高、底物专一和可调节。
光合作用包括光反应和暗反应2个过程：
前者是在叶绿素参与下，利用光能劈开水分子，放出O2，同时形成两种高能化合物ATP和NADPH。
后者则是把ATP和NADPH中的能量，用于固定CO2，生成糖类化合物。
细胞呼吸主要包括糖酵解、三羧酸循环和电子传递三个过程。
氨基酸与脂肪酸的氧化是先转变为某种中间产物，然后进入糖酵解或三羧酸循环。
孟德尔遗传学第一定律——分离定律
分离定律：
一对基因在形成配子时完全按照原样分离到不同的配子中去，相互不发生影响。
实验：
用一对性状杂交，子一代全为显性性状，子一代之间自交，子二代为：
显性性状：
隐性性状＝3：
1
孟德尔遗传学第二定律——自由组合定律
实验：
用两对性状杂交，子一代全为显性性状，子一代之间杂交，子二代出现四种性状，其数量比例为9：
3：
3：
1
自由组合定律：
当两对或更多对基因处于异质接合状态时，它们在形成配子时的分离是彼此独立不相牵连的，同时分配时相互间进行自由组合。
测交-----杂交产生的子一代个体再与其隐性（或双隐性）亲本的交配方式，用以测验子代个体基因型的一种回交。
DNA的复制是以亲代的一条DNA为模板，按照碱基互补的原则，合成另一条具有互补碱基的新链，因此，细胞中DNA的复制被称为半保留复制
DNA的结构和功能
贮藏遗传信息的功能传递遗传信息的功能表达遗传信息的功能
中心法则
遗传信息储存在核酸中遗传信息由核酸流向蛋白质
基因表达
含义：
决定合成什么样的蛋白质的遗传信息，贮存在细胞内的DNA大分子中，体现为DNA大分子中核苷酸排列次序，最终表达为蛋白质大分子中的氨基酸序列的过程。
基因表达可以分为转录和翻译两个过程：
转录：
由DNA指导mRNA合成的过程
翻译：
由mRNA指导蛋白质合成的过程
全部遗传密码字典64个密码子，61个负责20种氨基酸翻译，3个无义密码子（终止密码UAA,UAG,UGA）。
mRNA分子中每三个核苷酸序列决定一个氨基酸
遗传变异×100%
遗传率（%）=--------------------------
总变异（遗传变异+环境变异）
基因突变：
细胞中核酸序列的改变通过基因表达有可能导致生物遗传特征的变化，这种核酸序列的变化称为~。
基因突变可以是DNA序列中单个核苷酸或碱基发生改变，也可以是一段核酸序列的改变。
基因突变的原因
（1）DNA复制错误造成碱基的替换、插入或缺失等自发突变
（2）外界因素如某些化学物质（诱变剂）、紫外线、电离辐射等也可能诱导基因突变的发生
生物体也发展了针对DNA损伤或突变的修复机制
本讲摘要
基因的本质是染色体上一段具有遗传效应的DNA片断。
遗传信息储存在核酸中，遗传信息由核酸流向蛋白质。
基因表达包括转录和翻译两个过程。
性状是由基因与环境共同作用的结果，显性基因控制显性性状，隐性基因控制隐性性状。
生物的变异主要包括染色体变异和基因突变。
细胞中核酸序列的改变通过基因表达有可能导致生物遗传特征的变化，这种核酸序列的变化称为基因突变。
遗传病：
是指遗传物质改变而导致的疾病
遗传病可分为三类：
单基因遗传病多基因遗传病染色体病
基因组：
是指某一种生物全部的遗传物质的总和，分为核基因组、线粒体基因组与叶绿体基因组。
人类基因组有两层意义：
遗传信息遗传物质
从整体水平研究基因的存在、基因的结构与功能、基因之间的相互关系。
HGP的主要任务:
遗传图谱物理图谱转录图谱序列图谱
神经元的结构异于普通的细胞，主要由四部分构成：
细胞体树突轴突突触
细胞体：
含有细胞核的膨大部分，还含有高尔基体、线粒体、尼氏体等，表面膜有接受刺激功能。
树突：
短分支的突起。
有接受刺激，传入刺激的功能。
轴突：
每个神经元，一般只有一条轴突。
轴突可以伸得很长。
轴突外面常包着充满磷脂的髓鞘，主要功能是传出神经冲动。
突触：
轴突的末梢有若干分支，每个分支的末端膨大形成小球状，这是神经元传出神经冲动的终端;通常，在突触小球后面紧靠着另一个神经元的树突或细胞体，或紧靠着一个效应细胞（例如肌肉细胞或腺细胞）的细胞膜。
突触在神经信号传导中起着重要的作用
突触是神经元和接受神经信号的细胞之间的连接处
脂溶性激素的信号传递途径——基因调节学说
固醇类激素的受体在细胞质中/细胞核内。
固醇类激素直接进入细胞，和受体结合，受体活化后，能结合到DNA的特定位置，调节基因表达。
固醇类激素的受体又被称为转录调节因子。
水溶性激素的信号传递途径——第二信使学说
肾上腺素与位于细胞膜上的受体相结合。
活化后的受体推动腺苷酸环化酶的活化，在该酶的催化下，产生出环状腺苷酸cAMP（第二信使）。
cAMP再继续推动后面许多反应，使细胞出现总效应，最后使血糖上升。
第二信使的基本特征
（1）在激素作用下，胞内最早反映出浓度变化。
（2）能够推动后续反应。
（3）浓度升高后，能很快恢复，准备应付后一个刺激。
第二信使推动后续多步反应还有使激素效应放大的作用
本讲摘要
人的神经系统包括中枢神经系统和周围神经系统两部分。
神经系统最基本的结构和功能单位是神经元。
神经元是专门传递信号的特化细胞，由细胞体和从细胞体延伸的突起所组成。
神经冲动的传导过程是在神经纤维上顺序发生的电化学变化过程。
内分泌腺合成激素，由激素调节器官系统的活动。
内分泌腺分泌的激素进入血液，并由血液运送到全身各处。
许多激素都是信号分子，它们的作用机理是：
与靶细胞表面受体分子结合后，通过信号传导，启动了细胞核内相关基因的表达。
面对病原物的入侵，人体出现非特异性和特异性两类免疫反应。
特异性免疫由B细胞和T细胞通过抗体和抗原的结合来完成，包括：
沉淀和凝集；补体反应；激活杀伤细胞。
生态学是研究生物与环境之间相互作用的一门学科。
包括：
生物个体之间、群落之间、生物和非生物之间的相互作用。
生态因子：
环境中对生物的生长、发育、生殖、行为、分布有着直接或间接影响的环境要素。
主要包括：
生物因子：
生物种内和种间的相互关系。
非生物因子：
光、温度、湿度、降水、土壤、大气等。
种群的空间结构群聚分布均匀分布随机分布
竞争：
各个种群生活在同一个空间，分享同样资源，在资源不足的情况下，表现出竞争关系。
避开竞争捕食/被捕食
不同种群的个体之间，存在着长时间的紧密的相互关系，称为共生。
共生又可按对双方的利害区分为：
寄生：
一方的生长带来对另一方的损害。
互利共生：
则是双方都从共同栖居中得益。
合作：
亦是双方互利的，但是两种生物体居住关系上已疏远一点。
生境
冻土带：
即苔原，带状环北冰洋严寒区
针叶林带：
又称泰加林，冻土带以南，温带北缘以及高山。
落叶阔叶林带：
温带多雨地区
草原：
温带少雨地区。
我国东北南部，西南，东南沿海。
稀树草原：
又称沙瓦纳，高原少雨地区。
我国未定。
沙漠：
又称荒漠，温带、热带干旱地区。
我国西北。
热带雨林：
热带，少数温带，沿海或多雨潮湿区。
我国海南、台湾、西双版纳。
一定地区内的所有生物和环境物理因素的总和称生态系统。
研究生态系统着重于宏观方面，如能流、物质循环、生态系统的稳定性等。
生态系统的基本组分：
非生物成分：
太阳辐射能，无机物质（大气、水），有机物质
生物成分：
生产者，消费者，还原者
食物链：
生态系统中生物成员之间以食物营养关系（吃与被吃的关系）彼此联系起来的序列，称为~。
本讲摘要
生态学是研究生物与环境之间相互作用的一门学科。
包括：
生物个体之间、群落之间、生物和非生物之间的相互作用。
种群是由居住在一定地区的同一种类的相互作用的个体组成，关键特征是“数量”。
群落是指生活于某一特定地区的相互作用着的各种生物的总和。
一定地区内的所有生物和环境物理因素的总和称生态系统。
研究生态系统着重于宏观方面，如能流、物质循环、生态系统的稳定性等。
人类的活动是造成生态平衡破坏的主要原因，可持续发展是未来的出路。
生物工程是生物技术的总称，是对生命有机体在分子水平、细胞水平、组织水平、个体水平进行不同层次的创造性设计和改造，使之能定向组建具有特定性状的新物种或新品系，从而造福人类的现代应用技术。
研究生物工程的意义：
使人类进入了按照自己的需要人工创造新生物的伟大时代。
世界新技术革命的三大支柱之一（信息、材料、生物工程），具有相当大的发展潜力。
基因工程就是将不同生物的外源DNA（基因）插入到载体分子上，形成“杂种”DNA分子，导入受体细胞中扩增和表达，从而得到期望的由这个外源基因所编码的蛋白质。
重组DNA技术，又称为基因或分子克隆技术，是基因工程的核心技术。
该技术包括了一系列的分子生物学操作步骤。
限制性内切酶——DNA的“手术刀”限制性内切酶：
生物工程中最重要的工具酶，主要从原核生物中提取；它能识别双链DNA分子中的特异性核苷酸序列，使它在特定的位点水解。
载体——运送基因的工具
重组DNA的一般操作步骤
1、获得目的基因
2、构建重组DNA分子
3、转化受体细胞
4、筛选和鉴定转化子
5、培养转化细胞获得所需的遗传性状或产物
基因工程在医学上被用于大量生产过去难以得到或几乎不可能得到的蛋白质－肽类药物。
基因工程技术提高奶酪产量
转基因农作物转基因动物
本讲摘要
以重组DNA操作为核心技术的过程被称为基因工程。
基因工程的发展带动和促进了蛋白质工程、发酵工程和细胞工程的发展，它们相互补充和相互渗透，形成了生物技术的上游与下游的关系。
重组DNA技术的一般操作步骤有：
（1）获得目的基因；
（2）构建重组质粒；（3）转化受体细胞；（4）筛选和鉴定转化子；（5）培养转化细胞获得所需性状或所需产物。
生物学：
生命是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。
生命的基本特征生长繁殖与遗传细胞新陈代谢应激性
生命科学的重要性
1、生命科学是解决世界难题的关键
21世纪人类将面临一系列世界性难题：
人口膨胀；粮食紧张；遗传和流行性疾病危害人类健康；化石能源即将枯竭；环境污染日益严重。
生命科学为解决这些难题提供了很好的思路。
英国第一个“无癌宝宝”诞生
2、生命科学是21世纪自然科学的带头学科生命科学正渗透到各学科领域
3、生命科学与社会发展息息相关
学习生命科学的必要性
高等教育越来越强调素质教育
开设生物类基础课是大势所趋
本讲摘要
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多分子体系的存在形式，是一种过程，是一种现象。
生命的本质特征包括化学成分的同一性、严整有序的结构、新陈代谢、应激性、内稳态、生长发育、繁殖与遗传、适应。
生命科学是解决世界难题的关键，是21世纪自然科学的带头学科，与社会发展息息相关，因此，现代大学生应该学习生命科学的基础知识
五界系统（Whittaker，1959年）
（1）原核生物总界
（2）真核生物总界：
原生生物界、真菌界、植物界、动物界
微生物概念的三个要点（特点）：
小：
观察借助显微镜；测量单位为微米或纳米
简：
简单多细胞；单细胞；无细胞结构
低：
进化程度低，为原始的生命形式
真核细胞的主要特征:
有核膜，核仁，染色体;有细胞器;核糖体为80S;
原核细胞的主要特征:
无核膜、核仁、染色体，仅有裸露的DNA链形成的核区域，称核质体；
无细胞器；核糖体为70S；
微生物的类群原核细胞型：
细菌、放线菌、衣原体支原体、立克次氏体、蓝细菌
真核细胞型：
真菌（霉菌、酵母菌、黏菌、蘑菇等）、原生动物、单细胞藻类
非细胞型：
病毒、类病毒、拟病毒、朊病毒等
病毒是一类既具有化学大分子属性和生物体的基本特征，又具有细胞外感染性颗粒和细胞内的繁殖性基因形式的十分独特的生物类群。
病毒的繁殖过程吸附侵入生物合成装配释放
生物多样性是指各种生物源（植物、动物、微生物）所拥有的基因和由各种生物与环境相互作用所形成的生态系统以及它们的生态过程。
生物多样性的层次：
遗传多样性物种多样性生态系统多样性
生物多样性丧失的原因:
栖息地的丧失和片断化
掠夺式的过度利用
环境污染
农业和林业的品种单一化
外来种的引入
生物多样性的价值直接价值
提供基本食物粮食，肉类（蛋白质）
药物中草药，蛇胆
微生物真菌，工业发酵
提供工业原料木材，橡胶，油脂
间接价值
能量固定通过光合作用
调节气候对温度、水分、气流影响
稳定水文植被调节水的径流
保护土壤植被的作用
储存必需的营养元素，促进元素循环
维持进化过程传粉，繁殖
对污染物质的吸收和降解
保护生物多样性的基本途径
（1）制定相关的政策法规
（2）污染物的控制（3）生境的保护
（4）对土地进行综合利用管理（5）确定保护的对象和原则（6）物种的迁地保护
本讲摘要
生物的分类系统：
以1959年，魏塔克提出的五界系统最为广泛接受，即将生物界分为原核生物总界和真核生物总界，后者又包括植物界、动物界、真菌界、原生生物界。
微生物：
是指一大类形体微小、结构简单的低等生物的总称。
具有小、简、低的特点。
分为原核、真核和非细胞三类微生物。
病毒及其特点。
生物多样性：
是指各种生物源，包括数百万种的植物、动物、微生物的各个物种所拥有的基因和由各种生物与环境相互作用所形成的生态系统以及它们的生态过程。
包括遗传、物种和生态系统多样性三个层次
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