2011下生命篇的讲稿

生命的物质基础,在人类文明史上，对生命及其本质的认识，一直引人注目。随着分子生物学的兴起，人们有对生命物质的微观构成的一致性上寻求生命的定义。 生命是由核酸与蛋白质组成的具有自我更新和自我复制能力的多分子体系。 生命的本质：细胞是生命的基石，生命的物质基础是蛋白质和核酸。,第一节 生命的物质基础,今天的地球是一个魅力多姿的生命世界。100万种动物，30多万种植物和10多种微生物。地球的各个角落几乎都有生命的踪迹。 生命的本质是什么？这是一个自然科学长期探索的问题，也是哲学上的一个大问题。,高等动物、低等动物 一般将身体构造比较复杂、组织及器官分化明显并具有脊椎的动物称为高等动物；而身体构造比较简单、组织及器官分化不明显、无脊椎的动物叫低等动物。实际上在动物学中，高等动物与低等动物只是一个相对的概念，它们之间并无明显的界线。例如脊椎动物相对于无脊椎动物是高等动物，在脊椎动物中，鱼类相对于爬行类来说，鱼类是低等动物，而爬行类是高等动物。同样，在无脊椎动物中，原生动物相对于软体动物来说，原生动物是低等动物，软体动物是高等动物。,劝君莫惜金缕衣， 劝君惜取少年时。 花开堪折直须折， 莫待无花空折枝。,生命是财富生命，是能量但对人来说只有一次，且仅仅一次。,第一节 生命的物质基础,同时细胞也是生命体的基本功能单位，生命体的一切生命现象通过细胞来体现的。新陈代谢是细胞中的物质的交换和能量转换构成的，生命的生长、繁殖和分化导致了生命体的生长发育。 细胞由分子组成的，细胞中有两个重要的生物分子：核酸和蛋白质，这两个生物分子结构复杂，相对分子质量巨大，通常称为生物大分子。它们决定了细胞的基本特性，是生命的物质基础。生命的一切活动进行，生命特征的体现都与核酸和蛋白质的功能密切相关。,构成生命的不同形态的细胞具有相仿的设计：细胞膜是磷脂分子双层形式，遗传信息的载体是DNA和RNA分子，为生命执行各种使命的是蛋白质分子，还有糖、脂质、氨基酸、核苷酸以及其它的代谢物等等。水对于生命是不可缺少的。细胞中的水含量约为70%，按分子数计算，高达90%，还含有少量的无机盐类。,细胞组成 细胞是生物体的构造和生理的基本单位，却不能因此认为所 有的生物细胞都相同，即使在同一个个体内，也有因为分化而产生各式各样外观 与功能不同的细胞，即使相同种类的细胞，也可能正在执行的生理工作也有差异 ，但是基本上彼此都有共同的基本构造。,细胞 结构图,二、蛋白质 蛋白质是构成一切细胞和组织结构必不可少的成分。它是人类生命活动最重要的物质基础。在人体其总量仅次于水分。蛋白质由不同的氨基酸所组成，其中一部分可以由人体自己合成，称为非必需氨基酸；而另外约有八种氨基酸必需由食物供给，称为必需氨基酸。 蛋白质（protein）是生命的物质基础，没有蛋白质就没有生命。因此，它是与生命及与各种形式的生命活动紧密联系在一起的物质。机体中的每一个细胞和所有重要组成部分都有蛋白质参与。蛋白质占人体重量的16.3%，即一个60kg重的成年人其体内约有蛋白质9.8kg。,第一节 生命的物质基础,细胞壁 细胞质 细胞核,蛋白质的构成 蛋白质是以氨基酸为基本单位构成的生物大分子。 蛋白质的组成 蛋白质是由C（碳）、H（氢）、O（氧）、N（氮）组成，一般蛋白质可能还会含有P、S、Fe（铁）、Zn（锌）、Cu、B、Mn、I等。 蛋白质的性质 具有两性 蛋白质是由-氨基酸通过肽键构成的高分子化合物，在蛋白质分子中存在着氨基和羧基，因此跟氨基酸相似，蛋白质也是两性物质。 可发生水解反应 蛋白质在酸、碱或酶的作用下发生水解反应，经过多肽，最后得到多种-氨基酸1。 蛋白质水解时，应找准结构中键的“断裂点”，水解时肽键 如：蛋白质 nH2NCH2COOH 找到“断裂点”就可以确定蛋白质水解的产物 例如某蛋白质水解 可得三种-氨基酸，为H2NCH2COOH、 溶水具有胶体的性质 有些蛋白质能够溶解在水里（例如鸡蛋白能溶解在水里）形成溶液。具有胶体性质。 蛋白质的分子直径达到了胶体微粒的大小（109107m）时，所以蛋白质具有胶体的性质。,第一节 生命的物质基础,核酸类型 核糖核酸 脱氧核糖核酸,核糖核酸 （英语：Ribonucleic acid，縮寫：RNA）是一种重要的生物大分子。每个RNA分子都由核苷酸单元长链组成，每个核苷酸单元含有一个含氮碱基、一个核糖苷和一个磷酸基。RNA是具有细胞结构的生物的遺傳訊息中間載體，并参与蛋白质合成；还参与基因表达调控。對一部分病毒而言，RNA是其唯一的遗传物质。 RNA是由核糖核苷酸经zh-hans:磷酸二酯键缩合而成的长链状分子。一個核糖核苷酸分子由磷酸，核糖和含氮碱基構成。RNA的碱基主要有四種，即腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和尿嘧啶（U），另外還有多種特殊鹼基存在於特定類型RNA。 與脱氧核糖核酸（DNA）不同的是，RNA一般為單股長分子，但在一般水溶液中會形成分子內雙螺旋結構。此外，RNA本身也需要通過鹼基配對原則形成一定的二級結構乃至三級結構來行使生物學功能。RNA的碱基配對規則基本上和DNA相同，不過其中尿嘧啶在配對上的作用，相當於DNA中的胸腺嘧啶。,第一节 生命的物质基础,第一节 生命的物质基础,脱氧核糖核酸 （英语：Deoxyribonucleic acid，缩写为DNA）又称去氧核糖核酸，是一种分子，可组成遗传指令，以引导生物发育与生命机能运作。主要功能是长期性的资讯储存，可比喻为“蓝图”或“食谱”。其中包含的指令，是建构细胞内其他的化合物，如蛋白质与RNA所需。带有遗传讯息的DNA片段称为基因，其他的DNA序列，有些直接以自身构造发挥作用，有些则参与调控遗传讯息的表现。,核酸的相关性质 核酸的性质 (包括化学、物理、以及光谱学和热力学)： a.化学： 酸效应：在强酸和高温，核酸完全水解为碱基，核糖或脱氧核糖和磷酸。在浓度略稀的的无机酸中，最易水解的化学键被选择性的断裂，一般为连接嘌呤和核糖的糖苷键，从而产生脱嘌呤核酸。 碱效应 1. DNA:当PH值超出生理范围（PH78）时，对DNA结构将产生更为微妙的影响。碱效应使剪辑的互变异构态发生变化。这种变化影响到特定碱基间的氢键作用，结果导致DNA双链的解离，称为DNA的变性 2. RNA：PH较高时，同样的变性发生在RNA的螺旋区域中，但通常被RNA的碱性水解所掩盖。这是因为RNA存在的2-OH参与到对磷酸脂键中磷酸分子的分子内攻击，从而导致RNA的断裂。 化学变性：一些化学物质能够使DNA/RNA在中性PH下变性。由堆积的疏水剪辑形成的核酸二级结构在能量上的稳定性被削弱，则核酸变性。,b.物理： 黏性：DNA的高轴比等性质使得其水溶液具有高黏性，很长的DNA分子又易于被机械力或超声波损伤，同时黏度下降。 浮力密度：可根据DNA的密度对其进行纯化和分析。在高浓度分子质量的盐溶液（CsCl）中，DNA具有与溶液大致相同的密度，将溶液高速离心，则CsCl趋于沉降于底部，从而建立密度梯度，而DNA最终沉降于其浮力密度相应的位置，形成狭带，这种技术成为平衡密度梯度离心或等密度梯度离心。 c.光谱学： 减色性：dsDNA相对于ssDNA是减色的，而ssDNA相对于dsDNA是增色的。 DNA纯度：A260/A280。 d.热力学： 热变性：dsDNA与RNA的热力学表现不同，随着温度的升高RNA中双链部分的碱基堆积会逐渐地减少，其吸光性值也逐渐地，不规则地增大。较短的碱基配对区域具有更高的热力学活性，因而与较长的区域相比变性快。而dsDNA热变性是一个协同过程。分子末端以及内部更为活跃的富含A-T的区域的变性将会使其赴京的螺旋变得不稳定，从而导致整个分子结构在解链温度下共同变性。 复性：DNA的热变性可通过冷却溶液的方法复原。不同核酸链之间的互补部分的复性称为杂交。 一、 核酸的大小和测定 一般来说，进化程度高的生物DNA分子应越大，能贮存更多遗传信息。但进化的复杂程度与DNA大小并不完全一致，如哺乳类动物DNA约为3109 bp，但有些两栖类动物、南美肺鱼DNA大小可达1010bp到1011bp。 常用测定DNA分子大小的方法有电泳法、离心法。凝胶电泳是当前研究核酸的最常用方法，凝胶电泳有琼脂糖（agarose）凝胶电泳和聚丙烯酰胺（polyacrylamide）凝胶电泳。,二、核酸的水解 DNA和RNA中的糖苷键与磷酸酯键都能用化学法和酶法水解。在很低pH条件下DNA和RNA都会发生磷酸二酯键水解。并且碱基和核糖之间的糖苷键更易被水解，其中嘌呤碱的糖苷键比嘧啶碱的糖苷键对酸更不稳定。在高pH时，RNA的磷酸酯键易被水解，而DNA的磷酸酯键不易被水解。 水解核酸的酶有很多种，若按底物专一性分类，作用于RNA的称为核糖核酸酶（ribonuclease，RNase），作用于DNA的则称为脱氧核糖核酸酶（deoxyribonuclease，DNase）。按对底物作用方式分类,可分核酸内切酶（endonuclease）与核酸外切酶（exonuclease）。核酸内切酶的作用是在多核苷酸内部的3，5磷酸二酯键，有些内切酶能识别DNA双链上特异序列并水解有关的3，5磷酸二酯键。核酸内切酶是非常重要的工具酶，在基因工程中有广泛用途。而核酸外切酶只对核酸末端的3，5磷酸二酯键有作用，将核苷酸一个一个切下，可分为53外切酶，与35外切酶。 三、核酸的变性、复性和杂交,第二节 生 命 的 本 质,另一条则是新形成的即保留复制，也就是说，亲代DNA双股链的 一半（一条）保留在子代DNA的双股链中，关于半保留复制的理 由论已经由Meselson与stall（1958年）用同位素15N试验证明。 DNA复制时需要模板、原料、能量和酶等基本条件。 从复制过程看出，DNA分子独特的双螺旋结构为复制DNA提供了精确的模板，而碱基互补配对对能力保证了复制能够准确无误地完成。遗传信息，就是依靠DNA的复制过程进行传递的。 （二）基因与人类基因组,基因Gene （遗传因子）是遗传的物质基础，是DNA（脱氧核糖核酸）分子上具有遗传信息的特定核苷酸序列的总称，是具有遗传效应的DNA分子片段。基因通过复制把遗传信息传递给下一代，使后代出现与亲代相似的性状。人类大约有几万个基因，储存着生命孕育生长、凋亡过程的全部信息，通过复制、表达、修复，完成生命繁衍、细胞分裂和蛋白质合成等重要生理过程。基因是生命的密码，记录和传递着遗传信息。生物体的生、长、病、老、死等一切生命现象都与基因有关。它同时也决定着人体健康的内在因素，与人类的健康密切相关。,第二节 生 命 的 本 质,人类基因组（英语：Human genome）又译人类基因体。是智慧人种（ Homo sapiens）的基因组。共组成24个染色体，分别是22个体染色体、X染色体与Y染色体。含有约31.6亿个DNA,第二节 生 命 的 本 质,碱基对。碱基对是以氢键相结合的两个含氮碱基，以A、T、C、G四种碱基排列成碱基序列。其中一部分的碱基对组成了大约20000到25000个基因。 全世界的生物学与医学界在人类基因组计划中，调查人类基因组中的真染色质基因序列。发现人类的基因数量比原先预期的更少，其中的外显子，也就是能够制造蛋白质的编码序列，只占总长度的1.5%。,现代遗传学家认为，基因是DNA(脱氧核糖核酸)分子上具有遗传效应的特定核苷酸序列的总称，是具有遗传效应的DNA分子片段。基因位于染色体上，并在染色体上呈线性排列。基因不仅可以通过复制把遗传信息传递给下一代，还可以使遗传信息得到表达。不同人种之间头发、肤色、眼睛、鼻子等不同，是基因差异所致。 人类只有一个基因组，大约有5-10万个基因。人类基因组计划是美国科学家于1985年率先提出的，旨在阐明人类基因组30亿个碱基对的序列，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息，使人类第一次在分子水平上全面地认识自我。计划于1990年正式启动，这一价值30亿美元的计划的目标是，为30亿个碱基对构成的人类基因组精确测序，从而最终弄清楚每种基因制造的蛋白质及其作用。打个比方，这一过程就好像以步行的方式画出从北京到上海的路线图，并标明沿途的每一座山峰与山谷。虽然很慢，但非常精确。,复制与转录的比较,编辑本段,第二节 生 命 的 本 质,2翻译 （1）概念：是指以信使RNA为模板，合成具有一定氨基酸顺 序的蛋白质的过程。 （2）场所：细胞质中的核糖体，信使RNA由细胞核进入细胞质中与核糖体结合。 （3）信息传递方向：信使RNA一定结构的蛋白质。 （4）翻译过程：,第二节 生 命 的 本 质,二、生物进化,细胞的起源是生物学中最诱人的问题，对它的研究不仅有生物学的意义，而且有科学的宇宙观的意义。,细胞的起源实际上含着两个不同的问题：一是构成所有真核生物的真核细胞的起源问题，另一个是与生命的起源相伴随的原核细胞的起源问题。,真核细胞起源的根本关键的是细胞核的起源，因为具有核和膜的细胞是真核细胞，在形态结构上的最根本的标志。,第三节 生命的起源 与生物进化,第三节 生命的起源 与生物进化,讨论智力的起源,从生物学讨论智力的起源：即遗传进化、发 育、自适应和自我组织的角度探讨问题。,不是从哲学、或从认知心理学的角度。,人类大脑是复杂的组织系统,它又上千亿的神经细胞（细胞元），相当于整个银河系星星的数目细胞与细胞之间通过触发连接，那么大脑所包含的不同状态总数为2的1015，这个数字大大的超过了整个宇宙中的基本粒子（质子和中子的总和）21000。,第四节 人类智力的 起源与进化,一、什么是智力,指人认识客观事物并运用知识解决实际问题的能力，集中表现在反映客观事物深刻、正确、完全的程序上，往往通过观察、记忆、想象、思考、判断等表现出来。,二、脑的进化 脑这样复杂的器官系统的进化，一定不可避免地依赖生命的早期历史，生命的发生、适应合演化，还要依赖于机体对再次变化了的条件的曲折适应。 大脑进化的策略是：它的进化与修饰只能是在先前已有的脑组织和结构的基础上进行。 通过在旧系统上面增殖新系统可以达到根本性的变化。脑的每一步进化都得保留原有部分，但其功能必须被新层次所控制