现代生物学导论总结

1、现代生物学导论总结（Summary For Introduction of Modern Biology）第一章 生物与生命科学1、 生物体（生命）的基本特征：a) 细胞是生物的基本组成单位（病毒离不开细胞）i. 原核细胞：遗传物质分布于核区，没有膜包被的细胞器ii. 真核细胞：具有真正的细胞核和特定结构功能的细胞器iii. 细胞内的结构体系：遗传信息结构体系，膜结构体系，细胞骨架结构体系b) 新陈代谢、生长和运动是生命的基本功能i. 新陈代谢：物质合成与分解中伴随能量贮藏和释放的过程（主要以富含自由能的有机物的合成与分解为特征）ii. 物质代谢是能量代谢的载体，能量代谢是物质代谢的动力iii

2、. 新陈代谢涉及包括光合作用和呼吸作用在内的细胞内一系列高度有序的酶促反应iv. 物理运动-化学运动-生命运动 ATPv. 生物是一个开放系统，不断与环境互作c) 生物通过繁殖而延续，DNA是生物遗传的基本物质i. 生物繁殖包括无性生殖和有性生殖等形式ii. 生物可以繁殖产生与自身相似的后代的现象叫做遗传，子代与亲代之间以及子代不同个体之间产生一定程度差异的现象叫做变异iii. 一个生物所含遗传信息的集合（全部遗传物质的总和）称为基因组d) 生物具有个体发育和系统进化的历史i. 进化是遗传、变异和自然选择的长期作用导致的生物由低等到高等、又简单到复杂的逐渐演变的过程ii. 进化是生物多样性的来

3、源iii. 生物进化本质上是生物对外界刺激产生反应，自我调节和生物对自然环境适应的结果e) 生物对外界刺激会产生应激反应和自我调节，对环境具有适应性i. 生命是一个开放的系统，生物和环境在不断的进行相互作用，包括物质和能量的交换，以及生命活动与环境的相互影响ii. 生物与环境的关系以及相互作用体现在个体、种群、群落和生态系统等不同层次上iii. 生态系统：一定空间里各类生物以及与其相关联的环境因子的集合f) 生物多样性与生物本质的一致性。生物界三大流：能量流，信息流，进化流第二章 生物的化学组成1、 生物体的主要元素：a) 大量元素：C,H,O,N,P,S,Ca等i. O元素在生物体中所占的比

4、例最大，存在于几乎所有的有机化合物，构成水的元素，为细胞呼吸所必须ii. C元素构成了各种生物大分子的基本骨架iii. H元素几乎存在于所有的有机化合物中，在生化反应中氢离子与电子及能量的转移密切相关iv. N元素是蛋白质、核酸、植物中叶绿素的重要组成元素v. Ca元素是动物骨骼、牙齿等的成分，钙离子在肌肉收缩、细胞信号传导中发挥作用，并参与血液凝聚和植物细胞壁组成vi. P元素是核酸、生物膜中的磷脂成分，参与细胞中能量转移反应，还是骨骼的结构成分vii. 钾离子和钙离子是细胞质与动物组织液中主要的阳离子，对维持体液或细胞内外正负离子的平衡、神经冲动的传导有重要作用（钙离子还影响肌肉收缩、植物

5、气孔开闭等）viii. S元素是大多数蛋白质的成分ix. Mg元素参与多种酶的活化，还是植物细胞叶绿素的成分x. 氯离子是细胞质与动物组织液的主要阴离子，维持离子平衡，参与光合作用xi. Fe元素是动物血红蛋白的重要成分，还参与某些酶的活化b) 微量元素：Fe,Cu,Mo,Zn,Mn,Ni,I,Si等c) Fe：所有生物所需，缺铁易得缺铁性贫血，铁过剩易得血色病Zn：缺锌小儿厌食，生长发育停滞，免疫力下降I：脊椎动物所必须Br：从原始海洋生物到人类所有动物组织发育至关重要d) 生物具有多样性，但化学组成基本相似2、 生物体的主要生物分子：a) 无机分子：无机盐、水b) 有机分子：蛋白质、核酸、

6、脂类，多糖（严格来讲脂类不是生物大分子）不同的生物体其分子组成也大致相同水是生物体内所占比例最大的化学成分3、 生物大分子的基本特性：a) 单体分子相同：一切生物体的各类有机大分子都分别是由相同或相似的单体组成b) 结构复杂：构成生物分子的结构单元具有不同的排列组合，并可以进一步形成非常复杂的三维结构c) 遵循共同的建成和分解规律：生物大分子由简单的单体小分子脱水缩合而成，分解是通过分解反应（又称水解反应）d) 碳原子是生物大分子的基本骨架：所有生物大分子都是以碳原子相互连接成链或环作为基本结构，并以共价键的形式与碳、氢、氧、氮、磷结合，形成具有不同性质的生物大分子。碳原子的不同排列方式和长短

7、决定了有机化合物的基本性质，是生物大分子多样性的基础。e) 生物大分子的基本性质取决于与碳骨架相连的功能基团：生物体中有机化合物中主要含有羟基，羰基，羧基，氨基，巯基，磷酸基团，这些功能基团几乎都是极性基团，具有亲水性，有利于这些化合物稳定于大量水分子存在的细胞环境中。4、 糖类a) 单糖：不能水解的最简单糖类（糖类的单体）i. 单糖的种类：葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、甘油醛ii. 各种单糖是细胞内代谢反应的重要中间产物，是构成多糖的单体原料b) 二糖：最简单的寡糖（寡糖：210个分子单糖结合而成的糖类）i. 二糖是由两分子单糖脱水缩合以糖苷键连接的分子ii. 二糖的种类：蔗糖、麦芽糖、乳糖c

8、) 多糖：单糖的多聚体i. 多糖的种类：淀粉、纤维素、糖原、氨基葡聚糖、几丁质、琼脂ii. 淀粉：由-D-葡萄糖单体以-1,4-糖苷键连接组成的链状多聚体分子，呈螺旋状。有的淀粉分子没有分支，称为直链分子（豆类种子中的淀粉）。有的淀粉分子带有分支（1,4位或1,6位缩合），称为支链淀粉（糯米淀粉）iii. 糖原：由D-葡萄糖组成的链状多聚体分子，比淀粉的支链多，但分支的长度较短，主链上以-1,4-糖苷键连接，侧链以-1,6-糖苷键相连接，大多储存于动物的肝脏和肌细胞中iv. 纤维素：由-D-葡萄糖以-1,4-糖苷键连接构成的不分支多糖大分子，是植物细胞壁的主要成分，也是木材的主要成分，水解时先

9、产生纤维二糖，再水解产生葡萄糖5、 脂类a) 组成：由C,H,O三种元素组成，其中H与O的比值远大于2。是主要由碳原子和氢原子通过共价键结合形成的非极性化合物，具有疏水性，可溶于非极性溶剂。b) 脂类：中性脂肪（动物）和油（植物）i. 由甘油和脂肪酸经过脱水缩合形成，其中由三个脂肪酸上的羧基分别和一个甘油分子上的三个羟基脱水缩合形成的脂类叫三酰甘油。ii. 不饱和脂肪酸：烃链中含有双键的脂肪酸，熔点较低，室温下保持液态，不易凝固（多数植物油）iii. 饱和脂肪酸：烃链中无不饱和键的脂肪酸，熔点较高（多数动物油）iv. 脂类的作用：是生物膜的主要成分；生物体的储能物质；可构成生物表面的保护层；保

10、持动物的正常体温；重要的生物活性物质（维生素A，维生素D，肾上腺皮质激素）c) 磷脂：磷酸甘油酯，甘油和脂肪酸与磷酸及其衍生物结合形成的一类物质i. 磷脂酰胆碱（卵磷脂）：甘油与磷酸胆碱结合而成的磷脂，磷酸胆碱端为亲水头部，脂肪酸端为疏水尾部ii. 磷脂酰胆碱是生物膜磷脂双分子层的主要成分d) 其他脂类：类固醇、糖脂，多异戊二烯，脂溶性维生素等i. 类固醇（如胆固醇）是构成细胞膜的重要成分，也是生成雌性激素和雄性激素的前体物质。胆固醇与动物细胞膜的通透性有关，是神经髓鞘的重要成分ii. 异戊二烯分子：如植物中的类胡萝卜素6、 蛋白质a) 主要种类和功能：i. 结构蛋白：生物结构的成分（胶原蛋白

11、，角蛋白）ii. 伸缩蛋白：收缩与运动（肌纤维中的肌球蛋白）iii. 防御蛋白：与免疫系统有关（免疫球蛋白，金属硫蛋白）iv. 贮存蛋白：贮存氨基酸与离子等（酪蛋白，卵清蛋白，载铁蛋白）v. 运输蛋白：运输功能（血红蛋白，脂蛋白，离子泵）vi. 激素蛋白：调节物质代谢，生长分化等（生长激素）vii. 信号蛋白：接受和传递信号（受体蛋白）viii. 酶类：催化功能（大多数酶都是蛋白质）b) 氨基酸的结构特点i. 氨基酸的碳原子都与一个氨基，羧基，氢原子和R基相连ii. 氨基酸呈两性离子状态，具有等电点（静电荷为0的pH值，在氨基酸中为氨基和羧基电离程度相同的状态）iii. 氨基酸以肽键顺序相连成

12、多肽，多肽形成蛋白质分子的亚单位iv. 所有组成蛋白质的氨基酸都是L型的（手性碳原子旋光性为左旋的碳原子）c) 蛋白质结构与功能的关系i. 蛋白质的特定构象（三维空间结构及形态）对于蛋白质的功能起决定性作用ii. 蛋白质变性（构象变化）会导致其特定功能立刻发生变化d) 蛋白质的四级结构i. 一级结构：形成肽链的氨基酸序列，包括氨基酸的数目、种类和排列顺序等。一级结构决定许多性质和功能以及蛋白质在细胞内的定位、修饰和寿命。蛋白质的一级结构靠共价键维系ii. 二级结构：部分肽链发生卷曲折叠，以羰基和氨基间的氢键维持。主要包括两种形式：螺旋和折叠1. 螺旋：肽链骨架围绕一个中心轴螺旋状延伸，形成右手

13、螺旋。羰基（C-O）和酰胺（N-H）形成氢键，与中心轴平行。R基向外侧延伸，决定蛋白质的亲水疏水性。2. 折叠：58个氨基酸残基形成伸展的折叠链片段，相邻片段平行排列（正向或反向平行），通过氢键相结合，氢键方向与长轴垂直，氨基酸残基侧链基团交替指向折叠片层的上方和下方。3. 超二级结构：基序。包括：螺旋-环-螺旋，-结构，发夹结构iii. 三级结构：多肽链在二级结构的基础上再盘绕或折叠形成的三维空间形态，一般呈球状或纤维状。三级结构中分立的、独立折叠的单位称为结构域。单亚基的蛋白质三级结构即具有生物活性，多亚基的蛋白质三级结构不具有生物活性，四级结构才具有生物活性。iv. 四级结构：每一个或两

14、个肽链组成蛋白质的一个亚基，亚基相互作用形成的整个蛋白质特定的结构即为蛋白质的四级结构。（血红蛋白的四级结构）7、 核酸a) 核苷酸：i. 组成：戊糖（RNA为核糖，DNA为脱氧核糖）、磷酸、含氮碱基ii. 碱基：嘌呤（双环分子）腺嘌呤A、鸟嘌呤G，嘧啶（单环分子）胸腺嘧啶T、胞嘧啶C、尿嘧啶Uiii. 核苷酸的构成：戊糖上1号碳与碱基结合，5号碳与磷酸结合b) 核糖核酸和脱氧核糖核酸（一级结构）：i. 组成：磷酸二酯键戊糖5号碳的磷酸与另一核苷酸戊糖的三号碳相连，形成3、5-磷酸二酯键（由DNA聚合酶或RNA聚合酶脱水缩合形成）ii. 合成方向：5到3，读取方向：5到3c) DNA双螺旋结构

15、（二级结构）：i. 提出：沃森（Watson）、克里克（Crick），DNA晶体的X射线衍射分析ii. 结构：两条脱氧核糖核苷酸链以碱基配对，右旋，反向平行绕轴盘绕成双螺旋结构。螺旋平均直径2nm，相邻碱基间的堆积距离为0.34nm，相邻核苷酸夹角36。沿螺旋长轴每一圈为10个碱基对，螺距3.4nm。A-T配对（两个氢键），G-C配对（三个氢键）iii. DNA三级结构：正超螺旋与负超螺旋，以正超螺旋为主iv. DNA盘旋在组蛋白上形成核小体d) DNA提取分离与浓度测定：i. DNA特性：变性（加热、改变pH、有机溶剂）与复性ii. DNA吸收峰：240290nm，其中260nm处出现峰值i

16、ii. DNA在盐溶液中的溶解性：0.14mol/L 溶解性最低iv. DNA具有等电点，但在中性条件下带负点第三章 细胞1、 细胞的基本概念a) 细胞的发现：i. 1590詹森父子发明透镜组合ii. 1665列文虎克发明显微镜，并用其观察微生物iii. 1838施莱登提出植物由细胞构成，1839施旺提出细胞是所有生物的基本单元iv. 1858魏尔肖提出新的细胞来源于已存在细胞的分裂b) 细胞学说：（施莱登，施旺）i. 所有生物都是由细胞和细胞产物组成的ii. 新的细胞必须经过已存在的细胞分裂产生iii. 每一个细胞可以是独立的生命单位，许多细胞也可以共同形成生物体或组织c) 现代细胞学说的基

17、本内容：i. 细胞是生命活动的基本单位。除病毒外，一切生物都是由细胞构成的。（细胞是具有完整生命的最简单的物质集合形式；细胞在形态、结构和功能上发生特化的过程称为细胞分化；来源和结构相同、行使一定功能的细胞群称为组织）ii. 细胞是独立有序，能够进行代谢自我调控的结构与功能体系。（细胞是一个开放系统，不断与环境交换物质、能量和信息）iii. 不同组织细胞之间存在着广泛的联系和通讯联络，各种精细分工和巧妙配合使多细胞生物各项复杂的代谢活动有序进行。iv. 细胞是生物体生长发育的基础v. 细胞是生物繁殖和遗传的基础（无性繁殖依赖于直接分裂，有性繁殖依赖于雌雄配子的形成和受精；已分化的细胞仍然具有发

18、育成完整个体的能力，即细胞的全能性）d) 细胞的基本共性：i. 所有细胞表面均具有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白构成的细胞膜体系ii. 所有细胞均由DNA和RNA两种核酸与蛋白质分子构成遗传信息的复制与表达体系iii. 所有细胞均是由核糖体合成蛋白质iv. 细胞具有自我复制能力，能够产生更多的细胞v. 细胞具有相似的遗传程序和执行遗传程序的方法vi. 细胞是高度复杂并且有组织的vii. 细胞可以获得并利用能量viii. 细胞时刻执行着不同的化学反应ix. 细胞参与许多机械活动x. 细胞能够对外界刺激做出反应e) 原核细胞i. 原核细胞包括细菌和蓝细菌ii. 遗传物质DNA通常分布于一定的区域（核区或

19、拟核），携带遗传信息量较小，没有核膜包被iii. 没有以膜为基础的具有特定结构和功能的细胞器iv. 细胞壁主要成分为肽聚糖，具有保持细胞形状和保护细胞的功能v. 最小最简单的细胞：支原体f) 真核细胞：i. 真核细胞具有由脂蛋白体系构成的生物膜系统（细胞核，线粒体，质体，内质网，高尔基体，溶酶体，微体，液泡）ii. 真核细胞具有核酸-蛋白质复合体构成的遗传信息载体和表达系统iii. 真核细胞具有由特异的结构蛋白装配而成的细胞骨架和细胞质基质系统（微管，微丝）g) 植物细胞与动物细胞的差异：i. 植物细胞有细胞壁，主要成分为纤维素，起保护和支持的作用。动物细胞没有细胞壁ii. 植物细胞含有质体。

20、质体是具有双层膜结构，生产和贮存食物分子的场所。最常见的为叶绿体。动物细胞不含质体iii. 大多数植物细胞有一个或几个液泡，主要作用是转运和贮存养分、水分和代谢副产物或代谢废物。动物一般不具有中央大液泡iv. 植物细胞含有乙醛酸循环体、胞间连丝、细胞板等，动物细胞没有。动物细胞含有溶酶体、中心体、收缩环（细胞分裂），植物细胞没有v. 动物细胞细胞膜具有钠钾离子泵，而植物细胞具有质子泵2、 真核细胞的结构与功能a) 真核细胞的区域化：i. 代谢有序性和自控性ii. 细胞核是细胞生命活动的控制中心iii. 核糖体是生产蛋白质的场所。可以与内质网共同组成复合机能结构（粗面内质网），并可与核膜相连iv

21、. 溶酶体是动物细胞内行使消化功能的细胞器（内含多种酸性水解酶，最适pH约为4.6，受精中精子头部的顶体中即包含溶酶体）v. 内质网是合成蛋白质、脂质和糖类的生产车间。其与核膜、高尔基体和溶酶体等发生功能上的相互联系，构成细胞质内膜系统。光面内质网是脂类合成和代谢、肝细胞解毒、钙离子储存的重要场所，在骨骼肌细胞、肾小管细胞和产生固醇类的细胞中比较发达；粗面内质网是蛋白质合成、修饰、加工与质量控制、新生肽的折叠和组装的重要场所vi. 高尔基体是生物大分子的加工和包装车间。此过程涉及转运泡和分泌泡的形成。在植物细胞中高尔基体是合成纤维素的场所vii. 线粒体是细胞呼吸和能量代谢中心。线粒体是由内膜

22、和外膜包裹的囊性结构，囊内是液态基质，含有催化柠檬酸循环的酶。内膜向内折叠成嵴，附着有许多酶颗粒。内外膜间隙含有多种可溶性酶、底物和辅助因子（腺苷酸激酶）viii. 叶绿体是职务进行光合作用的主要场所。叶绿体是双层膜结构，其内部有扁平囊称为类囊体，类囊体摞叠在一起构成基粒，附着有各种光合作用的酶。ix. 质体包括白色体和有色体，是植物细胞的细胞器。白色体中含有淀粉，油类或蛋白质，有色体内含有各种色素x. 微体与溶酶体类似，含有氧化酶、过氧化氢酶和其他酶xi. 液泡是植物细胞单层膜包被的水溶液泡，是植物细胞代谢废物囤积的场所，和大分子的降解与细胞质组成物质再循环有关xii. 细胞骨架是细胞内以蛋

23、白质纤维为主要成分的立体网络结构，维持细胞的形态结构和内部结构的有序性，在细胞运动、物质运输、能量转换、信息传递、细胞分化方面起协助作用。主要由微管、微丝、和中间纤维构成，具有离散性、整体性和变动性等特点b) 细胞核：i. 细胞核具有双层膜结构，外膜延伸至与内质网相连，一些蛋白质和RNA分子可通过核膜上的核孔进出细胞核。ii. 核仁是细胞核中颗粒状的结构，富含蛋白质和RNA，是核糖体装配的场所iii. 染色质是细胞核内由DNA和蛋白质组成的复合物，是生命的遗传物质iv. 染色体是细胞有丝分裂过程中由染色质聚集而成的棒状结构，在染色体上，DNA和组蛋白组成了染色体的基本单位核小体v. 核孔复合物

24、由核孔与周缘环状结构组成，控制物质进出细胞核3、 生物膜a) 生物膜的特征：i. 膜是所有细胞必须的组分ii. 膜主要是脂类和蛋白质以非共价键相互作用而形成的iii. 脂类分子呈连续的双分子层排列。所有的膜结构都是内部疏水，外部亲水的iv. 不同的物种其膜上的蛋白质和脂类的组成也是不同的，同一细胞不同细胞器的膜组分也是不同的b) 生物膜的功能：i. 生物膜具有分隔一定区域，保持特定的成分和物理化学性质，为生物分子的反应提供最佳的微环境ii. 具有选择透过性，允许进行物质交流iii. 是传递转化能量（线粒体的嵴和叶绿体的基粒）和处理信息（糖蛋白）的界面iv. 为酶的附着提供平台，进而为生化反应的

25、进行提供平台和载体v. 发生电化学变化，为动物神经信号的传递和应激反应提供基础c) 生物膜的基本组分：i. 磷脂是一种具有双重极性的分子，具有亲水的磷酸端和疏水的脂肪酸端ii. 糖脂是一种普遍存在的与信息交流相关的物质iii. 胆固醇存在于真核细胞膜上，调节膜的流动性、稳定性和通透性iv. 膜蛋白是执行膜功能的主体，分为外在膜蛋白和内在膜蛋白d) 膜蛋白的功能i. 作为转运蛋白其物质运输的作用ii. 作为酶催化发生在膜表面的代谢反应iii. 作为细胞表面受体或天线蛋白，接受膜表面的化学信息iv. 作为膜表面的标志被其他细胞识别v. 作为细胞表面的连接蛋白与其他细胞相互结合vi. 作为锚蛋白起固

26、定细胞骨架的作用e) 膜的流动镶嵌模型i. 磷脂双分子层构成了膜的基本结构ii. 磷脂双分子层既有其分子排列的有序性，又有流动特性（膜内部磷脂和蛋白质位置不固定，可以在膜的水平方向流动、翻转和变化，其中膜翻转最快的是内质网膜）iii. 脂类和膜蛋白在排列上具有不对称性（膜内外分子种类和数目有很大差异，膜内外氨基酸残基的种类和数目也有很大差异）iv. 膜的有序性、流动性和不对称性对于生物膜适应于膜内外的环境变化、具有选择透过性以及物质的跨膜运输、电子传递和信号的传导具有重要意义f) 被动运输i. 简单扩散：分子随机运动导致的扩散作用，特点是不需要消耗能量，顺化学浓度梯度进行。渗透作用：水的简单扩

27、散，可以影响细胞内外水的平衡。细胞在高盐浓度环境中会失水皱缩，植物会发生质壁分离。在低盐浓度环境中会大量吸水，可能导致细胞涨破。ii. 易化扩散：在蛋白质的协助下一些非脂溶性物质或亲水性物质顺浓度梯度或电化学梯度不消耗能量进入细胞内。通道蛋白介导的易化扩散：通道蛋白本身不直接与物质相互作用，仅在双分子层的疏水区域形成亲水通道，协助物质跨膜运输载体蛋白介导的易化扩散：与特定的分子或离子相结合，通过构象的改变协助它们进入膜内。具有特异性，有饱和现象和竞争性抑制。iii. 主动运输：膜蛋白参与的逆化学浓度梯度的运输。Na-K泵：动物细胞细胞膜上具有运输功能的ATP酶。首先钠离子与该酶结合，激活ATP

28、酶活性，使ATP分解出高能磷酸基团与酶结合，酶被磷酸化导致构象改变，使结合部位转向细胞外侧，同时与钠离子亲和力降低，钾离子亲和力增加。钾离子与酶结合后酶上的磷酸基团解离，酶构象恢复正常，结合部位转向膜内，释放钾离子，重新结合钠离子，重复上述过程。Na-K泵每运行一次水解一个ATP，运出3个钠离子，运进2个钾离子协同运输：间接消耗ATP的主动运输方式质子泵：植物、细菌和真菌细胞膜上的具有运输功能的ATP酶。质子泵在协同运输中首先消耗ATP，将氢离子泵到膜外，氢离子由于渗透作用再通过特殊的跨膜蛋白回到膜内，协助某些分子通过该跨膜蛋白进入细胞中。iv. 胞吞：细胞膜内陷形成小泡，将生物大分子或颗粒物

29、质包裹在其中，然后脱离细胞膜进入细胞中。v. 胞吐：高尔基体囊泡形成分泌小泡，再移向细胞膜并与之发生融合，同时将小泡中的生物大分子释放到细胞外。4、 细胞分裂a) 染色体的结构i. 姐妹染色单体通过着丝粒相连，着丝粒两侧蛋白质丰富的区域成为动粒（着丝点）。ii. 染色体两端还有端粒，端粒中包含端粒酶，是由核糖核蛋白构成的逆转录酶。细胞每分裂一次，端粒DNA就会缩短一截。端粒和端粒酶与细胞衰老密切相关。b) 细胞周期：i. G0期细胞：一定条件下暂时不分裂的细胞ii. 间期：细胞代谢、DNA复制旺盛时期，包括DNA合成期（S期），以及S期前后两个间隙期(G1,G2)。间期细胞主要为分裂期做物质准

30、备iii. 分裂前期：染色体出现，核膜核仁逐渐消失，由微管构成的纺锤丝和蛋白质共同形成纺锤体iv. 分裂中期：每条染色体着丝点两侧由微管附着，着丝点排列在细胞中央平面赤道板上v. 分裂后期：着丝粒分裂，两条姐妹染色单体分离，分别由微管牵拉向两极移动vi. 分裂末期：染色体分别到达两极，核膜核仁重新出现，动物细胞发生缢缩，植物细胞形成细胞板，完成胞质分裂，形成子细胞c) 细胞周期的控制机制：i. G1期检验点：G1晚期，通过检查细胞体积、DNA完整性、营养物质和生长因子确定是否可以进入S期。如果可以，则新合成的G1周期蛋白和Cdk（周期蛋白依赖性激酶）结合成启动点激酶的二聚体引擎分子，使细胞进入

31、S期，接着G1周期蛋白随之自我降解。如果G1检验点检测到细胞不具备分裂条件，便会引导细胞进入G0期。ii. G2期检验点：检验DNA是否完成复制，以及环境因素和营养条件是否适合分裂。完成DNA复制后首先积累M周期蛋白，与Cdk结合形成有丝分裂促进因子（MPF）的二聚体。MPF最初没有活性，少量被磷酸化后增强了催化作用酶的活性，促使MPF浓度急剧增加，通过G2期的检查，进入M期。iii. M期检验点：检验M期染色体和纺锤体是否正常装配。进入M期后MPF进一步催化核小体组蛋白磷酸化，再使核纤层蛋白和微管结合蛋白磷酸化，促进核纤层结构解体，从而促进纺锤体组装及染色单体分离，保证分裂正常进行iv. 细

32、胞分裂中有关染色体的一切运动都是马达蛋白沿微管运动实现的d) 减数分裂i. 间期：完成DNA复制和有关蛋白质的合成ii. 减数分裂前期：同源染色体联会配对，形成四分体，非姐妹染色单体间局部交换（连锁互换）iii. 减数分裂中期：四分体排列在赤道板上iv. 减数分裂后期：同源染色体分开，向两极移动v. 减数分裂末期：形成两个子细胞vi. 减数分裂前期：由微管和蛋白构成纺锤体vii. 减数分裂中期：每条染色体着丝点两侧由微管附着，排列在赤道板上viii. 减数分裂后期：着丝点分裂，姐妹染色单体分离，由微管牵引向两极移动ix. 减数分裂末期：染色体到达两极，胞质分裂，形成两个子细胞第四章 能量与代谢

33、1、 能量通货ATPa) ATP（腺苷三磷酸）是一种不稳定的化合物，其磷酸键相当脆弱，易于断裂。一个高能磷酸键断裂时会释放能量，并生成稳定的腺苷二磷酸。b) 每摩尔ATP水解形成ADP产生30.5KJ能量c) ATP的水解放能反应往往在特定酶帮助下与某些吸能反应相偶联。2、 酶a) 酶是细胞产生的可以调节化学反应速率的催化剂i. 绝大多数酶都是蛋白质，少数核酸也具有催化作用，称为核酶ii. 酶在常温、常压、中性pH的温和条件下具有很高的催化效率iii. 酶可以是由一条肽链构成的单体酶，也可以是由多条肽链构成的寡聚酶b) 酶的催化作用机理：i. 活化能：用于克服能障、启动反应进行所需要的能量叫做

34、活化能ii. 酶可以降低化学反应所需的活化能：酶的底物（S）、酶（E）、产物（P）S+ES-EE+P（过程中涉及酶构象的改变）iii. 酶的催化作用具有特异性或专一性，只能特异识别特定产物。酶分子的特殊袋状或沟状部位与底物特异性结合，这一部位成为酶的活性位点或酶的活性中心。酶的活性中心是柔性结构，与底物结合时酶分子构象发生一定变化使之与底物更好地结合，这种关系称为诱导契合关系c) 影响酶活性的因素：i. 温度：适当升温促进分子运动，提高底物与酶活性位点的结合速度与频率。但如果温度超过一定界限，酶蛋白肽链间的氢键、离子键和其他作用力被破坏，导致蛋白质变性，从而降低酶活性。人体酶的最适温度是354

35、0Cii. pH：酶对pH的变化极其敏感。pH对酶的影响主要是因为pH会影响酶与底物的解离，以及底物的极性基团iii. 酶的抑制剂：有些化合物可以选择性抑制酶的活性。如果抑制剂以共价键与酶结合，这种抑制往往是不可逆的。如果抑制剂以更弱的化学键与酶结合，其抑制作用往往是可逆的竞争性抑制剂：与底物相似，和底物竞争性的与酶的活性位点结合，妨碍底物正常进入酶的活性中心非竞争性抑制剂：与酶的非活性部位结合，导致酶的分子性状发生改变，使之不能与底物匹配性结合iv. 反馈抑制：代谢过程中局部反应对催化该反应的酶所起的抑制作用d) 酶的辅助因子和辅酶：i. 辅助因子：辅助催化作用的无机金属离子ii. 辅酶：辅

36、助催化作用的有机化合物iii. 辅酶在传递质子和电子（呼吸作用和光合作用）、转移脂溶性基团的过程中发挥重要作用3、 细胞呼吸：a) 细胞呼吸：生物细胞消耗氧气分解食物分子并获得能量的过程b) 细胞呼吸中葡萄糖降解反应：C6H12O6+6O26CO2+6H2O+能量c) 细胞呼吸的代谢过程：i. 糖酵解：发生在细胞质中。起始阶段由2个ATP分子启动整个葡萄糖代谢过程，经过10步化学反应产生4个ATP，并形成高能化合物NADH，同时葡萄糖被分解为丙酮酸。此过程依靠10种酶进行，还需要镁离子作为辅助因子。不需要氧气的参与底物水平磷酸化：在相关酶的作用下，底物上的磷酸基团发生转移形成了比原来更稳定的新

37、产物，同时磷酸基团转移到ADP分子上形成ATP糖酵解过程中有两次底物水平磷酸化ii. Krebs循环（柠檬酸循环、三羧酸循环）：在线粒体基质中进行。首先丙酮酸氧化脱羧释放出一分子二氧化碳，剩余的二碳片段与辅酶A形成乙酰辅酶A，同时NAD+接受反应放出的氢和电子，形成NADH。之后进入三羧酸循环，首先生成柠檬酸，再经过9步反应生成草酰乙酸，完成一轮循环。一轮循环放出2分子二氧化碳，8个H，3分子NADH、1分子FADH2和1分子ATP。Krebs循环中也有一次底物水平磷酸化iii. 氧化磷酸化：发生在线粒体内膜。贮存于NADH和FADH2的高能电子沿着分布于线粒体内膜上的电子传递链传递，最后到达

38、分子氧。高能电子传递过程中逐步释放能量，合成了更多的ATP。1个NADH的电子经过传递释放的能量可以生成2.5个ATP，而1个FADH2的电子传递释放的能量可以生成1.5个ATP。电子传递链：线粒体内膜上的蛋白质复合物，包含一系列电子传递体。电子传递链通过一系列氧化还原反应将高能电子传递给氧，传递过程中高能电子释放的能量通过磷酸化的途径贮存到ATP中化学渗透：当线粒体内膜上的呼吸链进行电子传递时，电子能量逐步降低，促使从NADH上脱下的氢离子穿过内膜从线粒体基质进入到内膜外的膜间腔中，造成跨膜质子梯度。紧接着发生化学渗透，质子顺浓度梯度经内膜通道（ATP合成酶）返回线粒体基质中，在ATP合成酶

39、的作用下，所释放的能量是ADP与磷酸结合生成了ATPd) ATP形成统计：i. 糖酵解阶段：底物水平磷酸化+4ATP；己糖分子活化-2ATP；脱氢反应产生2个NADH经过电子传递链+5ATP；（2分子NADH进入线粒体-2ATP）ii. 三羧酸循环阶段：底物水平磷酸化+2ATP；脱氢反应产生8个NADH经过电子传递链+20ATP；脱氢反应产生2个FADH2经过电子传递链+3ATPiii. 整个有氧呼吸过程净产生30还是32个ATP取决于NADH穿过线粒体膜时是否消耗能量。按甘油磷酸环路穿过线粒体膜需要消耗2ATP；按苹果酸-天冬氨酸环路穿过线粒体膜不需要消耗ATP。4、 光合作用a) 光合作用

40、：植物捕获和利用太阳能，将无机物（二氧化碳和水）合成为有机物，并放出氧气，即将太阳能转化为化学能并贮存在葡萄糖和其他有机分子中，这一过程成为光合作用b) 叶绿体：i. 类囊体：基质内一系列排列整齐的扁平囊状结构基粒：又称基粒类囊体，相互垛叠在一起的类囊体基质类囊体：暴露于基质中连接基粒的膜系统ii. 光合膜：组成类囊体的彼此相通的、附着有光合作用色素、光系统和电子传递链的复杂膜系统c) 叶绿素：i. 叶绿素分子是由碳和氮原子组成的具有较复杂结构的卟啉环与叶醇侧链相连接的化合物，四个卟啉环连接一个镁原子ii. 光合作用的色素主要有：叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、藻胆素等，其中叶绿素a是启动光反

41、应的主要色素，其他色素主要起捕捉和传递光能的作用iii. 叶绿素a和叶绿素b在红光区和蓝光区吸收较强，在绿光区几乎没有吸收d) 光系统：i. 光系统：在类囊体膜上由叶绿素分子及其蛋白复合物、天线色素系统和电子受体组成的系统ii. 光系统（PSI）：含有被称为P700的高度特化的叶绿素a分子，在红光去700nm具有吸收峰；光系统反应中心有PSAa蛋白和PSAb蛋白，叶绿素b、胡萝卜素作为天线色素吸收或捕获太阳能，并传递给P700iii. 光系统（PSII）：含有被称为P680的高度特化的叶绿素a分子，在红光区680nm具有吸收峰；光系统反应中心有D1和D2蛋白，叶绿素b、胡萝卜素作为天线色素吸收

42、或捕获太阳能，并传递给P680e) 光能传递和电子传递链：i. 非环路光合磷酸化：光系统天线色素复合物吸收并捕获太阳能并把光能传递到两个光系统反应中心，P700和P680被激发，之后快速地放出高能电子。在类囊体膜上光系统和光系统组成线性非循环电子传递链。P700被光能激发，将其高能电子贡献给原初电子受体，再传给铁氧还蛋白，在NADP+充足的情况下，在酶的作用下将电子传递给最终电子受体NADP+，同时和一个质子结合成还原型NADPH。此时P700形成电子空穴，受光激发的P680放出高能电子传递给原初电子受体并进一步沿线性电子传递链经质体醌、细胞色素复合物、质体蓝素传递到P700填补电子缺失。传递

43、过程中电子能量逐渐下降，这些能量被用于将质子从类囊体外侧基质转移到类囊体内腔中，造成跨膜质子梯度，再根据化学渗透原理形成ATP。失去电子的P680使水裂解释放出电子，填补电子空穴，同时氧气被释放出来，形成的质子提供给NADP+形成NADPH。ii. 环路光合磷酸化：P700放出高能电子后沿原初电子受体、铁氧还蛋白、细胞色素复合物、质体蓝素再回到P700分子，使其还原。高能电子传递过程中能量逐渐降低，用于驱动质子跨膜运输形成质子梯度。f) 暗反应（卡尔文Calvin循环）：i. 反应式：12NADPH+12H+ +18ATP+6CO2 C6H12O6+12NADP+18ADP+18Piii. 羧

44、化阶段（二氧化碳固定）：6个二氧化碳分子和6个核酮糖-1，5-二磷酸（五碳糖）反应生成12个甘油酸-3-磷酸（无需记忆）iii. 还原阶段：12个甘油酸-3-磷酸先后经过磷酸化作用和NADPH作用成为12个甘油醛-3-磷酸，其中2个甘油醛-3-磷酸合成葡萄糖（无需记忆）iv. 更新阶段（再生阶段）：10个甘油醛-3-磷酸再经过一系列反应产生6个核酮糖-1，5-二磷酸（无需记忆）v. C3植物与C4植物：C3植物在固定二氧化碳后形成的是三碳化合物甘油酸-3-磷酸，C4植物在固定二氧化碳后形成的是四碳化合物草酰乙酸。C4植物在二氧化碳浓度较低时可以更加有效地固定二氧化碳，并且可以富集二氧化碳。C3

45、植物则具有较强的光呼吸（植物的绿色细胞在光照条件下吸收氧气并释放二氧化碳的过程，可能与减少光抑制有关）第五章 遗传及其分子基础1、 遗传学基本定律：a) 分离定律：一对等位基因在形成配子时完全独立的分离到不同的配子中去，相互不影响。b) 自由组合定律：多对基因处于异质接合状态时，它们的分离彼此独立，自由组合。c) 连锁互换定律：同源染色体在配对时会发生染色体片段之间的相互交换，导致其上基因的重组，且染色体各基因间的重组率与基因位点间的距离成正比。d) 性染色体和伴性遗传：性染色体上与性别决定无关的基因称为性连锁基因，其遗传称为伴性遗传（人类伴性遗传病：色盲（X隐）、血友病（X隐）、抗维生素D佝

46、偻病（X显）2、 基因a) 格里菲斯（Griffith）肺炎链球菌实验：i. S型肺炎链球菌：有荚膜，菌落表面光滑ii. R型肺炎链球菌：无荚膜，菌落表面粗糙iii. 活S菌小鼠死亡活R菌小鼠存活加热杀死的S菌小鼠存活加热杀死的S菌+活R菌小鼠死亡b) 艾弗里（Avery）肺炎链球菌实验：i. 将加热杀死的S菌中蛋白质用有机试剂除去，加入无害的R菌中，结果R菌仍然可以转化为S菌ii. 对加热杀死的S菌中各种生物化学成分酶解实验表明RNA与转化无关，但DNA可以控制转化的成败iii. 结论：DNA是生命的遗传物质c) 赫尔希（Hershey）蔡斯（Chase）噬菌体实验：i. 分别用35S和32

47、P标记噬菌体的蛋白，并用其侵染细菌。搅拌后（使附着的噬菌体外壳与细菌细胞壁分离）用离心机分离，上清液中含有较轻的噬菌体颗粒，沉淀中含有被感染的细菌ii. 35S标记：仅上清液中检测到放射性同位素iii. 32P标记：仅沉淀中检测到放射性同位素iv. 从细菌中释放出的子代噬菌体中检测到32P，但没有检测到35Sd) DNA半保留复制：i. 同位素示踪实验：15N标记的大肠杆菌放在14N培养液中，分别超速离心，分析第一代和第二代大肠杆菌DNA的分布。结果发现亲代大肠杆菌DNA全部为重带，第一代大肠杆菌DNA全部为中带，第二代大肠杆菌DNA既有轻带，也有中带。结论是DNA采用半保留复制的方法。ii.

48、 DNA复制在S期，首先DNA同时在许多起始位点局部解螺旋，形成许多复制泡，解链的叉口称为复制叉。DNA聚合酶使游离的核苷酸准确与DNA上互补碱基结合，并形成核苷酸新链。iii. 由于子链的延伸方向只能沿5向3的方向进行，所以有一条子链不能连续向分叉处复制和延伸。随着复制叉不断打开，先合成一段新的RNA短链，称为引物，再在引物后按5到3方向进行延伸。由于复制是分段进行的，每合成的一段小片段称为冈崎片段。之后冈崎片段由DNA连接酶连接为连续的新链iv. 真核生物具有多个复制起点，原核生物（环状DNA）只有单个复制起点。噬菌体的环状单链DNA先在DNA聚合酶的作用下产生一条互补的新链，然后以双链环

49、状DNA为模板合成新的单链DNA分子，这种复制方式称为滚环复制。e) RNA的组成和作用：i. RNA的特点：单链分子；含有核糖；含有尿嘧啶U，不含胸腺嘧啶Tii. RNA的种类：信使RNA（mRNA），核糖体RNA（rRNA），转运RNA（tRNA）iii. mRNA是遗传信息的携带者。其5端有帽子结构（甲基化结构），抗水解，并作为翻译的起始因子；3端含有polyA尾的结构，与其本身的稳定性有关。iv. tRNA是局部双链结构的RNA分子，二级结构呈三叶草形，是十分稳定的结构。3端有CCA-OH，用于接受活化的氨基酸，其相反的一端具有由3个核苷酸组成的反密码子。tRNA起识别密码子和携带相应

50、氨基酸的作用。v. rRNA和蛋白质组成的复合体就是核糖体。rRNA是细胞中最丰富的一类RNA，在核糖体中既表现结构功能，又是翻译过程中必不可少的因子。核糖体上三个tRNA位点：A位是tRNA进入和停留位，P位是携带多肽链tRNA的停留位，E位是tRNA释放位3、 遗传信息的转录和翻译a) 转录：i. 以DNA分子为模板，按照碱基互补配对的原则合成一条单链RNA，DNA分子携带的遗传信息被转移到RNA分子中，这一过程称为转录ii. 转录过程：开始是由DNA链上转录起始信号启动子控制，RNA聚合酶识别并结合转录部位进行转录。在转录的最后阶段，中止RNA合成的是位于RNA上的终止子。iii. 真核

51、细胞中，DNA链上具有不能编码蛋白质的片段称为内含子，可以编码蛋白质的片段称为外显子。刚转录合成的未成熟mRNA称为前体mRNA，还要进行特定的剪接和处理b) 翻译：i. 翻译开始时，核糖体小亚基先与mRNA的起始密码部位和一个带有相应反密码子的tRNA相结合。接着核糖体大亚基与核糖体小亚基相结合，形成完整核糖体。ii. 翻译过程是tRNA在核糖体的A、P、E三个位顺位移动的过程，过程中氨基酸严格按照mRNA模板的密码序列被逐个合成到肽链上。iii. 蛋白质合成还要经历各种修饰和加工，新合成的蛋白质向不同细胞其转移的过程称为蛋白质的寻靶运输，指导蛋白质寻靶定位的氨基酸序列称为信号肽。4、 基因

52、表达的差异：a) 除古细菌以外，原核基因缺乏内含子，绝大多数真核基因都具有内含子b) 原核细胞的转录和翻译过程同时进行，真核细胞转录和翻译是两个独立地过程c) 原核细胞内单个mRNA分子可以表达多个基因（由于原核细胞内基因是一个接一个的串联排列），而真核细胞内的单个mRNA分子仅可以翻译成单一的多肽（由于真核细胞内基因不是相邻串联排列，而可能有重叠，而且同样基因的转录物可加工成不同的mRNA）。d) 真核基因翻译前需要一系列的加工和修饰，而原核基因基本不需要修饰e) 真核细胞的核糖体比原核细胞大。5、 基因表达的调控：a) 原核基因表达的调控（乳糖操纵子学说）i. 大肠杆菌利用乳糖的酶由三种酶

53、构成，编码这三种酶的基因统称结构基因ii. 结构基因相邻的有启动子和操纵基因。启动子是RNA聚合酶结合位点，操纵基因决定RNA聚合酶能否与启动子结合并向结构基因移动。由启动子、操纵基因和结构基因共同构成的基因簇称为操纵子iii. 当大肠杆菌环境中没有乳糖时，操纵子前端的调节基因编码产生阻遏蛋白与操纵基因结合，阻止RNA聚合酶与启动子结合，乳糖操纵子处于关闭状态。当大肠杆菌环境中有乳糖时，乳糖首先转变为异乳糖，作为诱导物与阻遏蛋白结合，改变阻遏蛋白构象，使其不能与操纵基因结合，RNA聚合酶便与启动子结合启动转录b) 真核基因表达的调控i. 真核基因转录需要三种RNA聚合酶：RNA聚合酶I，RNA

54、聚合酶II，RNA聚合酶III。在真核基因转录的起始阶段，识别和结合启动子的是各种特异蛋白因子，称为转录因子，共有三类。ii. 基本转录因子：主要功能是将RNA聚合酶定位到启动子上iii. 转录激活因子：作为DNA结合蛋白与基因调控顺序结合，识别上游启动子元件，或者与更远的增强子结合，导致与基本转录因子相连的RNA聚合酶活化。还有一些连接转录激活因子和基本转录因子的蛋白，称为辅助转录激活因子。iv. 转录抑制因子：与沉默子结合的蛋白，起负调控作用，使转录起始的蛋白被封闭，抑制基因转录。v. 转录因子都是一些特异性DNA结合蛋白，其结构域中的DNA结合基序主要有：螺旋-转角-螺旋、锌指、亮氨酸拉

55、链等vi. 染色质的状态与结构变化：常染色质状态开放、解折叠，利于基因转录；异染色质状态会阻止基因转录6、 基因突变与DNA损伤修复a) 基因突变：i. 同义突变：基因的突变没有改变其所合成氨基酸的类型，进而没有改变蛋白质的结构和功能ii. 错义突变：单个氨基酸改变的碱基对替换iii. 移码突变：非3倍数碱基的插入或缺失引起下游三联密码子被错读的突变b) 基因修复：i. 光复合修复：紫外线照射导致DNA单链上形成嘧啶二聚体，造成双链不能配对，影响复制和转录。光复合酶结合到DNA损伤部位二聚体处，在可见光的作用下光复合酶被激活，切断二聚体之间的C-C键，酶解离的同时使嘧啶二聚体变为两个单体，DN

56、A恢复正常结构与功能。ii. 切除修复：在几种酶的协同作用下，在损伤一端切开磷酸二酯键，切除一段核苷酸，留下的缺口按碱基互补配对的原则由修复型合成填补，再用连接酶补齐缺口。第六章 发育1、 生物体发育的基本阶段a) 胚胎发育：从一个受精卵开始，经过细胞的分裂，分化， 相互诱导，最终形成生物雏形，即胚胎的过程b) 胚胎发育过程的三个基本阶段i. 细胞分裂：受精卵细胞不断进行有丝分裂，通过细胞的快速繁殖，为发育过程持续提供新细胞的过程ii. 细胞分化：细胞在发育潜能、形态、结构、或功能上特化即产生差异的过程iii. 形态发生：产生生命个体具有特定结构和功能的不同部分和整体形态的物理过程2、 动物的发育a) 动物发育的基本过程：i. 单细胞受精卵经过卵裂形成多细胞囊胚ii. 囊胚发育成具有三胚层（低等动物两胚层）的原肠胚iii. 在神经胚期初步确立体形特征iv. 经过器官发生完成胚胎发育b) 蛙卵发育过程i. 蛙卵结构：蛙卵细胞核在蛙卵的上部，卵的上部称为动物极，含有较多蛋白质和色素呈深色，下部称为植物极，包含大量卵黄等营养物质，呈淡黄色ii. 蛙卵受精后首先进行数次卵裂，其中前两次卵裂是从动物极到植物极的纵裂，第三次是横裂。数次卵裂后形成卵裂球或囊胚细胞。iii. 动物极的分裂速度快于植物极而向外凸起，使动物极一端形成了内