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第二章 生物学基础 （一） 生物的分类 （二） 生物大分子 （三） 中心法则 the theory of evolution 地球上的生物是自然界在特定 条件下演化的结果，而且仍继 续处于变化之中。 Alfred Russel Wallace Charles Darwin The Wallace-Darwin Theory 第一节 生物的分类简介第一节 生物的分类简介 1、地球上的自然史与生命史 不断演化的地球系统不断演化的地球系统：地球本身一直经 历着由简单到复杂、由低级到高级不可 逆的演化过程，由此逐渐形成了大气圈 、水圈、岩石圈、生物圈及地球内部的 圈层； 不断演化的地球生物不断演化的地球生物：生物是地球系统 在特定条件下演化的结果，并仍处于不 断的演化之中； 宇宙的起源宇宙的起源：始于120亿年前的宇宙大 爆炸（Big Bang Begins The Universe! ）； 太阳系的起源太阳系的起源：大约49亿年前，诞生太 阳系； 地球的起源地球的起源：大约45亿年前，宇宙中的 尘埃在引力作用下逐渐集聚形成地球。 地球生命简史地球生命简史 生命诞生、细胞的形成生命诞生、细胞的形成 3538亿年前，海洋孕育原始生物 单细胞生物在地球上繁衍、原始生态系统的建立单细胞生物在地球上繁衍、原始生态系统的建立 原核生物占主体的阶段（3520亿年前） 真核生物占主体的阶段（206亿年前） 多细胞生物出现和多样化表达、生物圈覆盖整个地球多细胞生物出现和多样化表达、生物圈覆盖整个地球 多细胞植物、多细胞动物的诞生（65.5亿年前） “寒武纪大爆发”（约5.35.5亿年前）物种“爆发” “志留纪大爆发”（约4.3亿年前）生命从海洋扩展到陆 地 人类诞生、文明的发展人类诞生、文明的发展 约4001000万年前，人类诞生 文化史：100万年 时间时间 ( (亿年前亿年前) ) 4646 地球形成 地核与地幔分异 4040 3838 最早的沉积记录 化学进化生命起源 3535 最早的叠层石和微 生物化石记录 光合作用起源 3030 生命起源生命起源 2525 2020 冠族真核细胞起源 大气圈自由氧开始积累 1010 单细胞生物繁衍及原始生态系统建立单细胞生物繁衍及原始生态系统建立 7 7 多细胞叶状体植物适 应辐射性分化 时间时间 ( (亿年前亿年前) ) 时间时间 ( (亿年前亿年前) ) 5 5 0 0 多多细胞生物进化细胞生物进化 骨骼化、后生动物适 应辐射性分化 哺乳动物起源 人类起源、文化系统建立 4 4 3 3 2 2 1 1 “寒武纪大爆发” “志留纪大爆发” 陆生维管植物诞生 两栖动物出现 被子植物起源 爬行动物出现 鸟类出现 恐龙成为地球霸主 恐龙绝灭 新生代 中生代 古生代 前寒武纪 Homo sapiens 智人 病毒细菌 2、生物的分类 生物多样性生物多样性（BiodiversityBiodiversity） 物种的多样性 遗传（基因）的多样性 生态系统的多样性 保护生物多样性的重要性保护生物多样性的重要性 1992年，联合国环境与发展大会 生物多样性公约 生物分类体系生物分类体系 Karl von Karl von LinneeLinnee（1707-1778），瑞典博物学家 Linnee在Systema Naturae中创立生物分类体系 双命名法（双命名法（binomial nomenclaturebinomial nomenclature） ）:属名加种名，属名 在前，第一个字母大写；种名在后，小写；其后还可标注 发现的地名或发现者的名字；采用拉丁文 生物分类体系 林奈 (Carolus Linnaeus ，17071788） 瑞典博物学家 Linnean hierarchical classification was based on the premise that the species was the smallest unit, and that each species (or taxon) belonged to a higher category. Linnean hierarchical classification Kingdom 界 例： Animalia 动物界 Phyla门 Chordata 脊索动物门 Class纲 Mammalia 哺乳纲 Order目 Carnivora 食肉目 Family科 Felidae 猫科 Genus属 Panthera 豹属 Species种 pardus 属名种名 Panthera pardus 金钱豹 病毒、细胞和生物体的大小 Sizes of viruses, cells, and organisms.Sizes of viruses, cells, and organisms. 生 物 进 化 Three domains of life 三原界系统 Eubacteria 真细菌原界 Archaea 古细菌原界 Eukaryota 真核生物原界 Protista 原生生物界 Plantae 植物界 Fungi 真菌界 Animalia 动物界 生物生物“ “界界” ”的划分的划分 三界说、五界说、六界说、八界说 三主干六界说： 真细菌 古细菌 原生生物 真菌 植物 动物 原核生物 真核生物 Levels of Organization lBiosphere 生物圈 lCommunity 生物群落 lPopulations 生物种群 lOrganism 生物体 lOrgan 器官 lTissue 组织 lCell: The fundamental unit of living things. 细胞 lOrganelle: 细胞器 lMolecules, atoms, and subatomic particles: The fundamental functional levels of biochemistry 分子水平 ？ Organization levels of life Study biology at many levels. It is thus possible to study biology at many levels, from collections of organisms (communities), to the inner workings of a cell (organelle). 分子水平 DNA sequence Proteins Structure Function? All Cell 第二节 生物大分子 生物大分子 l细胞结构（从染色体到DNA） l糖类（D-核糖、D-2-脱氧核糖） l脂类（磷脂） l蛋白质（氨基酸、蛋白质及其结构） l核酸（核苷酸、脱氧核糖核酸DNA和 核糖核酸RNA） 主要内容：主要内容： l真核生物细胞 eukaryotic celleukaryotic cell l原核生物细胞 prokaryotic cellprokaryotic cell 一、细胞结构 cell 1、大肠杆菌 2、念珠藻 3、小球藻 4、酵母菌 5、火丝菌 6、眼虫 7、分生组织细胞 8、栅栏组织薄壁细 胞 9、驴蹄草叶表皮细 胞和保卫细胞 10、大鼠肝细胞 11、肾近曲小管上 皮细胞 12、成纤维细胞 13、人红细胞 14、人精子 15、哺乳动物的横 纹肌细胞 16、平滑肌细胞 17、神经细胞体 A general prokaryotic cellA general prokaryotic cell 原核生物细胞结构 肽聚糖 被膜 质膜 动物细胞 植物细胞 细胞壁、细胞膜、细胞质和细胞核 真核生物细胞结构 从染色体到 DNA 人类23对染色体 细胞中的大分子 The approximate composition of a bacterial cell. Macromolecules in CellsMacromolecules in Cells 二、糖类 作用： 储存能量 结构材料 cellulose纤维素 1. They are important metabolically. Sugars are the major energy storage molecules for living organisms. Their carbon rings contain large amounts of energy. For example, the complete metabolism of glucose: releases 686 kcal/mol. 醣酵解 呼吸 2.There are four basic sugars that we will deal with: 三、脂类 磷脂(phospholipids)是构成细胞膜(membranes)的主要 成分磷脂是两性分子，即亲水性和疏水性。 头部是带负电荷的磷酸基团；尾部是疏水性的碳链。 细胞膜的结构 质膜 磷脂 四、蛋白质 核酸是遗传信息的携带者 蛋白质是信息转化成生物结构和功能的表达者 Protein lSequence lStructure lFunction 1)enzyme 2)transport 3)cell structure 几大类蛋白质 l纤维蛋白 l膜蛋白 l球蛋白 4.1 氨基酸 an amino end (NH2) a carboxyl end (COOH) R-group amino acidamino acid 20种主要氨基酸的分类 8 7 2 3 Structures in the R-groups of the twenty amino acids found in all living things. Structures in the R-groups of the twenty amino acids found in all living things. Structures in the R-groups of the twenty amino acids found in all living things. Structures in the R-groups of the twenty amino acids found in all living things. Structures in the R-groups of the twenty Structures in the R-groups of the twenty amino acids found in all living things. amino acids found in all living things. Structures in the R-groups of the twenty Structures in the R-groups of the twenty amino acids found in all living things. amino acids found in all living things. l一级结构， Primary structure l二级结构， Secondary Structure l三级结构， Tertiary Structure l四级结构， Quartenary Structure 4.2 蛋白质的结构 一级结构 二级结构 Secondary Structure lalpha-helix , alpha-螺旋 lbeta-pleated sheet， beta-折叠片 lbeta -turn， beta 转角 lRandom coil，无规卷曲 alpha-helix alpha-helix , alpha-螺旋，肽链主 链骨架围绕中心轴盘旋成螺旋状 的结构。 B-pleated sheets beta-pleated sheet， beta-折叠片，在多肽链之间或一条肽 链的肽段之间靠氢键联结而成的锯齿状片层结构。 反平行式 平行式 the turns beta -turn， beta 转角，在球状的蛋白质 分子中，肽链经常出现的回折，由4个连 续的氨基酸组成。 三级结构 Tertiary Structure 三级结构， 多肽链借助各种次级键（非共价键）盘绕成具有特定肽 链走向的紧密球状结构。 四级结构 Quartenary Structure 四级结构， 寡聚蛋白质中各亚基之间在空间上的相互关系或 结合方式。 亚基，四级结构的蛋白质中每个球状蛋白质。亚基一般只是 一条多肽链，这些多肽链相互间以S-S键相连。亚基的聚集体 即是寡聚蛋白质。 Structure of a protein: primary, secondary, tertiary, and quaternary levels of structure. 五、核酸 l它的基本结构单位是核苷酸（nucleotides） 。 l核苷酸有多种类型： l 1）information storage (DNA) l 2）protein synthesis (RNA) l 3） energy transfers (ATP and NAD). 5.1 核苷酸 核酸 核苷酸 核苷磷酸 戊糖碱基 Sugars： ribose or deoxyribose. Structure of the bases PurinesPyrimidines structure of deoxyadenosine N-糖苷键 核 苷 酸 代 码码 表 代码码 英文含义义 中文含义义 G Guanine 鸟鸟嘌啉 A Adenine 腺嘌啉 T (U) Thymine (Uracil) 胸腺嘧啶嘧啶 (尿嘧啶嘧啶 ) C Cytosine 胞嘧啶嘧啶 R (A or G) puRine 嘌啉 Y (C or T or U) pYrimidine 嘧啶 M (A or C) aMino 腺嘌啉或胞嘧啶(氨基) K (G or T) Ketone 鸟嘌啉或胸腺嘧啶(酮 基) S (C or G) Strong interaction 强相互作用碱基 W (A or T) Weak interaction 弱相互作用碱基 H (A or C or T) Not-G (H after G) 非鸟嘌啉 B (C or G or T) Not-A (B after A) 非腺嘌啉 V (A or C or G) Not-T/U (V after U) 非胸腺嘧啶 D (A or G or T) Not-C (D after C) 非胞嘧啶 N (A or C or G or T) aNy 不确定 核苷酸代码表 (IUPAC-IUB STANDARD BASE CODES) Last modified: 25-Aug-2000, 5.2 脱氧核糖核酸(DNA) DNA是遗传物质 Deoxyribonucleic acid (better known as DNA) is the physical carrier of inheritance for 99% of living organisms. 1953年，Watson和Crick阐明了DNA的 双螺旋结构。 现代生物技术发展史上的重要事件 polynucleotide chain 3,5-phosphodiester bond ii). Structure of the DNA double helix N-糖苷键3,5-磷酸二酯键 Structure of a segment of a DNA double helix. A-T base pair G-C base pair Chargaffs rule: The content of A equals the content of T, and the content of G equals the content of C in double-stranded DNA from any species Chargaffs rule Mo