基础生命科学绪论学习生命科学的必要性和可能性#食问题是最大的问题。 #16星期之后，受精卵发育成初具有雏形的胎儿。 #白蛾子变黑蛾子是因为环境污染，变黑蛾子有利于藏身。#我国于1995年在国内的重点理工科大学把生物类的课程列为非生物专业的限选课和必修课程现代生命科学如何应对新世纪的挑战#生物学经历了三个发展阶段描述生物学阶段 ：达尔文《物种起源》 实验生物学阶段 利用各种仪器工具，通过实验过程，探索生命活动的内在规律 创造生物学阶段 分子生物学和基因工程的发展使人们有可能‘创造’新物种#狂犬病致死率为榜首#生命具备的基本特征；新城代谢 生长发育和繁殖 遗传变异与进化 感应性和运动 内环境稳定#非典期间的SARS病毒对淋巴细胞的破坏能力比艾滋病毒要大得多生命的物质基础生物体中的常量元素门捷列夫的元素周期表，100多种元素 se 和Cr是必需微量元素成年人每天要摄入800mg的钙婴儿（10个月 400mg幼儿（＜3岁 600mg少年＜10岁 800mg青年12-18岁 1000mg老年人1200mg才例子的吸收率只有40%人体中的钙离子受甲状旁腺素、维生素D及降血钙素的影响与制约生物体中的微量元素#Zn是一些酶必不可少的元素（羧基肽酶是多种酶和蛋白质的必要功能成分功能：消化吸收过程 胰岛素功能 红细胞运输二氧化碳 味觉敏感性 骨骼正常生长 毛发光溜 蛋白质合成 核酸合成 生殖系统发育 创伤愈合含量：zn在人体的含量约，仅次于铁，zn每日的摄入量6-12mg#缺铬引起的病症糖尿病 动脉粥样硬化 高血脂 心脏病 儿童生长迟缓 神经机能紊乱补铬的最佳形式 有机铬 无机铬 吸收1% 啤酒酵母铬 吸收10-25%#硒元素 19世纪20代 瑞典科学家发现的20世纪50代美国科学家证明大蒜中硒元素并说其实人体必需微量元素硒是谷脱甘肽过氧化物酶中必要成分硒与维生素E配合作用#细胞中无机盐以离子的形式存在调节渗透压缓冲能力保证细胞和机体PH稳定（血液当中的PH值酶的调节因子和激活因子合成有机物的原料生物小分子20种氨基酸中：疏水氨基酸：亮亲水：丝 酸性：天冬 碱性：精含硫：半胱氨酸 含羟基：苏带环：酪高等植物自身都能合成蛋白质氨基酸#氨基酸的功能具有生物活性：代谢调节 信号传递构成蛋白质的原件#蛋白质的高级结构蛋白质的一级结构是指肽链中氨基酸的排列顺序生物的新陈代谢酶是生物的催化剂#人的各种生物反应是在酶的催化作用下进行的 #人体饥饿时，通过激素的作用，酶最终生成（葡萄糖）进入到血液中 #酶的化学本质是蛋白质 、催化活性的RNA和DNA#酶的代谢反应通常不是单个的酶进行作用，而要多个酶共同参与#酶性的RNA有合成和水解的作用#酶性的DNA有合成的作用（磷酸酯酶的作用）#酶的作用机理，降低活化能#Zn离子常常作为无机催化剂#磺胺类药物抑制细菌体内的酶 合成叶酸的酶植物的光合作用#循环式的光合磷酸化可以生成ATP#光合作用是据需能量和形成有机物的过程，co2和h2o形成唐的同时，能量被积存。光能-电能-活跃化学能-稳定化学能（碳的同化#碳同化的三个阶段羧化 还原 核酮糖再生#叶绿体的组成叶绿体膜（2层单位膜）内类囊体基质#叶绿体的结构特点三种不同膜：外膜 内膜 类囊体膜#电能-稳定化学能包含了废循环事的光合磷酸化和循环式光和磷酸化生物体内的氧化过程#人体来讲，最合适的生产能量的燃料是葡萄糖#生物氧化的特点生物体内氧化比燃烧过程缓慢地多，不是猛然地发出光和热#光合作用糖酵解三羧酸循环（一个丙酮酸形成3个CO2）呼吸链细胞植物细胞核动物细胞的不同结构#19C末，人们首先在烟草商简介发现并逐渐证明了比细菌还小的“传染性活性成分”，成为滤过性病毒#病毒式一类不具有细胞结构的生命形态#生物膜的功能：容器、屏障和通道等#细胞核的功能：保持细胞是待建的连续性，控制细胞的代谢活动#植物细胞细胞壁 叶绿体 液泡 胞间连丝#动物细胞溶酶体 间隙连接 无液泡 无细胞壁植物细胞核动物细胞的共性原核细胞无丝分裂，真核细胞有丝分裂细胞周期：细胞周期性的生长分裂 M期-分裂期G1期-DNA合成前期（细胞时间最大的不同体现S期-DNA合成期（当染色体出现时，细胞已经过S期完成了DNA复制），原来的每条DNA分子复制出两条DNA分子G2期-DNA合成后期 G1期，S期和G2期又总称为分裂间期细胞分化与细胞的基因差异性表达#老年人各方面都会出现衰退，其中味觉可能丧失生效求过滤率减少1/3脊神经元减少%#神经细胞中只表达了下面哪种基因#人体的衰老不是同步的，脑供血的量减少程度比肺活量减少程度低#成年人体内的细胞大约有10（12~14次方）细胞的凋亡、癌变与细胞工程#对细胞凋亡说法凋亡细胞的边缘和周围细胞很快地脱开是正常的生理事件凋亡细胞的细胞质膜是内旋的#导致细胞衰老的原因染色体复制区域不能完全复制，端粒变短生物氧化过程当中产生的自由基会破坏生物大分子基因突变#细胞不凋亡，生命体就无法发育#控制细胞凋亡的基因ced-3 ced-4基因突变或缺失使凋亡受阻#秀丽杆线虫在131个细胞都凋亡后，CED9会抑制凋亡继续发生从基因到基因工程对基因认识的不断发展#遗传学是研究生物体遗传和变异规律的科学 # 摩尔根 生物学家 遗传学家 现代实验生物学奠基人，发现染色体的遗传机制，创立染色体遗传理论#两个定律分离定律 自由组合定律#孟德尔学说的重要意义：孟德尔第一次明确提出遗传因子的概念孟德尔首创了一套科学有效遗传研究方法（杂交自交回交侧交#多对性状的显性和隐性性状的基本规律和单因子是一样的#肺炎双球菌转化实验首先证明了基因的化学本质是DNA#两个基因在染色体离得越远，重组频率越高两个基因在染色体离得越近，重组频率越低基因工程的不断进步#基因工程的上游技术获得目的基因 选择合适的载体 开始目的基因#目的基因安装到载体上需要的关键酶被称为限制性内切酶#乙肝的治疗需要借助干扰素#基因的功能使遗传信息的储存，传递和表达。#逆转录酶的发现，完善了遗传的中心法则#基因工程是生物技术的核心部分（遗传学）操作步骤：获得 选择目的基因 载体 构建 重组DNA分子 转化或转染 重组DNA分子进入寄主细胞 表达 母的基因表达 分离纯化 蛋白质产物#常用载体质粒 噬菌体DNA#将构件好的DNA分子导入原核生物当中称为-转化导入动植物细胞，多细胞的真核生物中--转染遗传病和人类基因组
计划
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遗传病的起因与分类#遗传病的特征与分类1第一例遗传病的发现 1902年英国医生加洛特---（家族病史里）尿黑酸症 2遗传病的类型和特征 ①基因在常染色体隐性（父母都带有缺陷基因，苯丙酮尿症。纤维性囊泡化病，镰刀状贫血病 ）②在常染色体显性（父母一方有病症，子女出现病症为1/2亨延顿氏病“是第一个被发现的显性遗传病”，家族高胆固醇血症）③在X染色体：血友病红绿色盲、肌营养不良症#遗传病中影响最大的是：单基因遗传病# 性染色体疾病中，母亲和女儿常常是缺陷基因的携带者，儿子常常是受害者遗传病的治疗与人类基因组计划#遗传病诊断三层次检查异常的代谢成分调查家族病史检查异常基因#遗传病的治疗生理水平治疗蛋白质水平治疗基因治疗 #人类基因组的四张图谱遗传图谱 基因图谱 物理图谱 序列图谱#2001年2月16 日人类基因组计划完成基因数量很少 基因分布不均匀地球上人类的基因其中%的基因密码相同，差一步到%#小鼠和人类共享80%的遗传物质，99%的基因生物体内的信息传递信息传递是生命活动的重要内容#生物体内的信息传递信息传递是生命活动的重要内容神经系统在信息传递中的作用脑的高级功能 #雄蛾与雌蛾信息交流的方式是依靠嗅觉#人体十大系统中，神经系统和内分泌指导着各个系统之间的和谐#神经系统是人体中用于信息交流的系统神经系统在信息传递当中的作用#膝跳反射：是指两个神经元分别联系着感受器和效应器所实现的反射服务#物性神经系统特点：不直接受意志支配有两个部分组成包括交感和副交感神经，它们的作用相反 #γ-氨基丁酸与多种神经系统退行性疾病和精神疾病有关（癫痫，神经分裂症#乙酰胆碱使骨骼肌收缩，星际舒张，所以心脏（跳动）减慢#神经元所有的细胞器都在细胞体中激素系统与细胞信号的传递#性腺是人体内最小的腺#松果体分泌褪黑素#阿斯匹林消炎的机制是抑制了前列腺素合成的酶#激素的浓度比神经递质低得多#萨马兰奇面临的两个丑闻：兴奋剂 行贿受贿#兴奋剂的五类：刺激剂 麻醉剂 蛋白质同化制剂（短时间内使得肌细胞体积变大） 利尿剂 （控制体重） 肽和糖蛋白激素及类似物#生物体内的信息传递激素系统和细胞信息传递神经激素配合作用控制体内稳态动物的行为#激素特征：来源 由内分泌腺或细胞分泌传播 无特定管道 随血流传播作用 直接作用在特定的靶细胞效应：低浓度，强效应激素的作用特点及神经、激素的配合#下丘脑是内分泌系统的中枢#胰岛素能够降低人体内的血糖水平#固醇的激素是雌激素 肾上腺皮质激素 糖皮质激素#非甾体激素胰岛素 肾上腺素 甲状腺素 前列腺素#类固醇激素的受体又被成为转录调节因子#不同的激素类型有不同的作用细胞#腺苷酸环化酶（AMP）所合成的是以ATP为底物通过水解两个磷酸变成单磷酸的腺苷酸随后环化变成了环视的单磷酸腺苷酸，她的作用推动了其他的下一级多个步骤，最终使得血糖能够升高#第二信使的基本特征：在细胞内最早反映出浓度变化能够推动后续反应浓度一度升高后，能很快恢复，准备应付后一个刺激#钙离子与钙调蛋白结合后被活化起来，进而调节另一个酶钙的吸收和沉积受多种因子调控#动物的行为：先天性的定型行为后天性的学习行为社群行为通讯节律行为和生物钟动物的行为受到神经系统和激素系统的调节#猫头鹰 鸽子 羚羊 是夜行动物 #动物体内存在多个生物钟，有不同的调节作用#社群行为：指动物与同类发生联系作用的行为#社群行为包括：集群行为（开放群体，封闭群体） 序位行为 领域行为 争斗行为 利他行为#序位行为的三种作用：保证首领的权威性威吓代替战斗保证种群基因库不按随机原则遗传#领域行为：有保卫和防御的功能#动物的通讯听觉通讯 雌蚊 鸟叫视觉通讯 萤火虫 孔雀开屏嗅觉通讯 昆虫的外激素 蚂蚁的外信号触觉通讯 性行为 护幼行为#节律行为：生物的生命活动随地球的运动而发生节律性的变动昼夜节律 季节节律免疫系统人体的免疫系统#免疫系统人体的两道防线免疫器官和免疫细胞 特异性免疫的工作机理免疫学的实际应用#特异性免疫反应特点反应较慢，具特异性#1978年世界卫生组织WHO宣布，人类消灭了天花#负责特异性免疫功能的细胞包括以B-细胞和T-细胞为主的免疫活性细胞#外周免疫器官脾脏（储存淋巴细胞的场所） 淋巴结和淋巴管（篱笆洗吧储存、运输系统#粒细胞：中性粒 酸性粒 碱性粒非特异免疫系统与特异免疫系统的作用过程#特异性免疫反应的三个阶段感应阶段：特意地识别抗原 反应阶段：抗原刺激下活化起来，分化，增值效应阶段：发挥特异的免疫应答效应 #B、T细胞的不用B成熟于骨髓 寿命十几天 占白C总数20%T成熟于胸腺 寿命几年 占白C总数80%#T细胞分工不同主要分为Tc 细胞毒T细胞 TH协助T细胞 Ts抑制T细胞免疫学的实际应用及蛋白质粒子普利昂#人工免疫:通过注射、口服等方法是人体摄图抗原累活抗体类物质，是人体增加对外来入侵的免疫能力 （叫做生物制品，第一不要有毒，第二效率要高#自动免疫经过处理，变成弱毒或无毒的活菌体经过处理的死菌体 卡介苗#被动免疫抗血清；狂犬病毒、乙肝病毒 血清、破伤风毒素血清胎盘球蛋白血浆γ-球蛋白SARS病人的血清#免疫技术作为一种研究手段亲和层析：利用抗原、抗体转移性结合原理，从各种杂蛋白中分离目的蛋白酶联免疫吸附法（ELISA）专一性强，灵敏度高单克隆抗体：在研究上随着应用日益广泛，对#与免疫系统有关的疾病过敏 超敏（红斑狼疮） 低下#过敏过敏反应表现：打喷嚏，哮喘，风疹等。过敏原：划分，地毯灰尘，十五中的某些蛋白质，蜂蜜刺蛰等#病原物的分类低等动物：血吸虫 蛲虫原生动物：痢原虫 变形虫真菌细菌和病毒病毒在活细胞内繁殖是专性的，不会感染其它细胞蛋白质粒子普利昂的的发现与本质能够传染致病的蛋白质例子普利昂 #病原物（普利昂病原物）不是小型病毒，不含核酸，而含蛋白质 #普利昂蛋白中的复合糖链的氨基端有22个氨基酸#羊骚养病的普利昂蛋白具有的性质由208个氨基酸组陈的疏水性很强的糖蛋白在C段很有1对二硫键和2个N型符合糖键#PrPc PrPsc的区别一 prpc定位在细胞表面 prpsc定位在细胞质中二 prpc蛋白酶水解完全 prpsc蛋白酶局部水解（普利昂蛋白正常的蛋白结构和异常的蛋白结构在一级结构上是完全相同的 ，二级结构发现了问题）#普利昂蛋白带来的疾病最终感染的是中枢神经系统#普利昂异常蛋白能溶于水中多利羊带来的挑战与困惑克隆羊风暴及细胞发育的潜能1997美国克林顿总统宣布：禁止联邦政府资助人体克隆实验#多细胞动物的受精卵发育过程卵裂→囊胚→原肠胚→器官原基→生长和组织分化不同阶段，分化发育呈完整个体#造血干细胞是人体内多能细胞。#我国2005年提出禁止以增值为目的的克隆人项目或实验#分化成熟的植物细胞的细胞体仍然保持着它的全能性多利羊的实验设计及其理论意义多利羊实验成功引起震动的原因一从使用囊胚细胞核到分化成熟的体细胞核是一个大进步 （孕育于最后三个月的乳腺细胞）实验动物从小鼠到羊也有所不同新千年即将赋予生命科学更重要的使命#多利羊试验成功的关键---血清饥饿（是为了让细胞进入G0期）#多利羊实验的理论意义真是分化成熟的动物细胞核仍具全能性真是卵细胞的细胞质对胚胎发育分化具有决定性#多利羊实验的实际意义蛋白质--多肽类药物（胰岛素、凝血因子、生长因子等）器官移植人类疾病的动物模型珍惜濒危动物繁殖#转基因存在的问题所得到的转基因动物在性生殖过程中，容易丢失转入的基因和特性#克隆所产生的后代基因组是单一的丰富多彩的生物世界生物世界的多样性与分类#地球上现存活的物种总数约500万：已鉴定命名的物种约200万#特异性免疫反应的三个性质识别性 反应性 记忆性#林奈的双名法生物的学名=属名+种名+定名人林奈的双名法：种名是形容词，属名是名词性质，定名人可缩写#最早的动物6亿年前出现最早的真核生物 出现在15亿年前最早给地球提供氧气的细菌是， 是蓝细菌.蓝细菌是原核生物,又叫蓝绿藻最早的原核生物 35-38亿年前# 魏泰克的五界系统：植物界、动物界、真菌界、原生生物界、原核生物界#整个生物在界以下被分成了六个等级#生物界一下分类的等级界门纲目科属种植物界的分类及其特征#魏泰克五界分类系统原核生物界 原生生物界 真菌界 植物界 动物界 #植物的组织：具有特定功能的细胞群其形成的过程：细胞分裂，分化成不同组织#植物界中进化水平最高的是被子植物，其组织的类型分生组织 成熟组织被子植物的器官营养器官 繁殖器官#高等植物的系统皮组织系统 维管组织系统 基本组织系统# 低等植物 高等植物形态上无根茎叶分化 有分化构造上 无组织分化 有分化生殖器官单细胞 多细胞受精卵 不形成胚 母体中形成胚#高等植物在母体当中形成多细胞的胚，能够进行光合自养动物界的分类及其特征#在整个动物界当中，种类最多的是节肢动物#呼吸系统起自于口和鼻，终止在肺泡#只有被子植物才会出现双受精现象，动物界没有此类情况#动物的组织：结构和机能上具有密切联系的细胞和细胞间质所组成的基本结构称为动物的组织#动物的四大基本组织：上皮组织（细胞排列紧密） 血管结缔组织肌肉组织神经组织#动物的类群由单细胞组成的原生动物亚界由多细胞组成的后生动物亚界（分类主要依据：身体对称形式，受精卵裂方式 胚层）次生体腔 口的来源#动物体九大类群原声动物：草履虫 变形虫中生动物：寄生虫 直游虫侧生动物：海绵辐射对称动物：水母无体腔动物：扁形动物（吸血虫假体腔动物：线虫裂体腔动物：软体动物 环节动物 节肢动物触手冠动物：帚虫肠体腔动物：海参 脊椎动物生物与环境生态学的基本概念及其功能生命科学的研究层次；分子水平 种群水平亚细胞水平 群落水平 细胞水平 生态系统 整体水平 生物圈 #宏观生物学研究范畴：种群水平 群落水平 生态系统种群：栖息在同一地域中同种个体组成的复合体#种群的特征：数量特征 年龄比 密度比 性别比 分布状况种群生态学研究对象外界因子（生物的、物理的）对某一种群在一定第群内丰度和分布的影响。#人类增长不均说明我们不够重视人类在生态系统当中所占得位置#同一群落中不同种群间相互作用方式 竞争关系 捕食与被捕食关系 寄生关系 互利共生关系 偏利共生关系 合作关系 植化相克关系生态系统中的种群与群落#群之间互利共生关系白蚁消化道中的原生生物帮助白蚁消化木屑蚂蚁为蚜虫放哨原声动物鞭毛虫促进牛的消化#生物物种最多的生境是热带雨林#氮气只能在细菌的作用下被植物利用#影响群落特征的因素群落的组成 群落中的优势种群 群落的稳定性 群落的营养结构#稀树草原：又称沙瓦纳，其主要特点是温度高，但降水量不足#生态系统的功能：能量流动和物质循环要具备环保意识和生态意识 #在澳大利亚生态系统中，兔子是外来入侵物#麋鹿苑的世界灭绝动物的墓地中人类的墓碑位于倒数第二块#DDT对环境的危害主要体现在扰乱鸟类生殖功能#世界面临的危机粮食危机 资源危机 环境危机 能源危机生命起源和生物进化生命起源的假说#有关生命起源的假说 神造论 自然发生论 宇生论 生源论 化学进化#（化学进化）奥巴林发表了一篇《生命的起源》的文章阐明了生命来自于非生命物质#200亿年前，没有物质和能量，没有时间与空间150亿年前，宇宙大爆炸，产生能量和质量，时间与空间开始#45亿年前 太阳系形成，地球形成地球形成的过程 凝聚 降温 火山爆发 再次降温#生命起源大约在距今45至35亿年间#最早化石记录了35至38亿年前的原核生物#化学起源说将生命的起源分为三个阶段：第一个阶段，从无机小分子生成有机小分子的阶段；第二个阶段，从有机小分子物质生成生物大分子物质即原始的蛋白质、核酸；第三个阶段，从生物大分子物质组成多分子体系；最后，有机多分子体系演变为原始生命探求生物进化的轨迹#寒武纪生物大爆发与达尔文的生物渐变性的进化是矛盾的#蓝细菌的出现开始给地球逐步积累氧气#腔肠动物有2个胚层#团聚体和微球体都具备生命特征脂双分子层囊泡内有多种核算、蛋白质、糖类大分子可以选择性地从环境吸纳“食物”利用“食物”的分解物，复制自身一部分起核心作用的大分子囊泡因大分子增多，而“生长”和繁殖#原初生命细胞雏形的诞生无机小分子→有机小分子→生物大分子→多分子体系→聚合成细胞雏形#团藻-代表多细胞简单聚集开始有分工（营养和繁殖）黏菌-有分有合（有分化）单细胞阶段以细菌为生 分化出生殖部分 氮饥饿时聚集成细胞团#胚胎发育顺序性变化最先出现的是门 纲的特征其次是目 科是特征最后是属 种是特征#寒武纪生物群大爆发，多细胞动物突发性地在海洋出现，从此地球上开始出现形色的高等生物世界#伯吉斯页岩的动物化石现代软体动物鱿鱼、章鱼和其他头足类动物的早期祖先#进入寒武纪，出现了多种多样无脊椎的始祖类型和原始脊索动物的成员（云南虫
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