普通生物学1生命的物质基础

1、普通生物学GENERAL BIOLOGY第一章 绪 论 Introduction 生物学(biology)或生物科学(biological sciences)是研究生物体生命现象和生命活动的科学，因此，又称为生命科学(life sciences)。 生物学研究生物体的形态 、构造、行为、机能、演变及其与环境间相互关系等问题的学科。一. 什么是生物科学？ 生物科学的研究对象正在日渐加深和扩大， 不仅要研究肉眼看不见的微生物， 也要研究自然界的动物、植物。生物学还要研究人类自己，因为人类也是一种生物。 生物学还要研究小至生物大分子的基团行为，广至地球外表的生物圈bio-sphere)的将来动态，延

2、伸至玄古生命的发生和宇宙中生命存在的问题。研究对象生物科学的分科二 为何学习普通生物学现代生命科学的开展1953年 Watson和Crick DNA双螺旋1973年 斯坦福大学 Cohn 加州大学 Boyer 基因工程 重组DNA技术之父1950S 细胞生物学借助电镜技术得以兴起1983 Karry Mullis创造PCR技术1997年2月 苏格兰 Wilmut 绵羊“多莉的克隆 2000年6月 人类基因组方案2001年 干细胞研究20年后?Dolly and her daughterThe process of cloning DollyIs there any practical valu

3、e to such technology?二 为何学习普通生物学人类面临最重大的问题和挑战人口膨胀；粮食短缺；疾病危害；环境污染；能源危机；资源匮乏；生态平衡破坏；生物物种大量消亡。解决人类生存与开展所面临的一系列重大问题，在很大程度上将依赖于生命科学的开展。生命科学对人类经济、科技、政治和社会开展的作用是全方位的。新世纪的大学生不能没有生物学知识生物学家: 大脑 / 癌症 / 光合作用生物技术专家: 基因药物 / 作物新品种理工科专业: 生物芯片/ 火星生命 / 纳米材料社会科学专家: 社会伦理 法律 / 生物技术和人 类社会的关系 人: 认识自己 / 认识生命生物研究方法观察 思考 勤奋作

4、为大学生，应当具有什么样的学习观念和能力结构？ 1. 学习观念的延伸：“干粮型学习“猎枪型学习2. 能力结构的延伸：“分析问题和解决问题的能力“ 提出问题的能力3.学习空间的延伸：“课堂教学“课外研究活动三 如何学习普通生物学参考教材陈阅增普通生物学 高等教育出版社周云龙 植物生物学 高等教育出版社Biology,Sixth Edition (4). / Peter / George / / 2002-06-01 / 清华大学出版社 四 生物专业词汇构成法常用前后缀-ase 酶 macro- 大bi-/di- 二 micro- 小bio- 生物 mono- 单carb-/carbo- 碳 mu

5、lti- 多cyto- 细胞 -oxide 氧化物extra- 外 oxy- 氧化hetero- 异 -peptide 肽homo- 同 poly- 多、聚tri- 三 五 生命根本特征Characteristics of life 至今还没有一个为大多数科学家所接受 的关于生命的定义。 但是可以提出一些生命的共性八大特征五.生 命 的 基 本 特 征1化学成分的同一性构成形形色色生物体的元素都是普遍存在于无机界的C、H、O、N、P、S等元素，并不存在特殊的生命所特有的元素。各种生物体还含有蛋白质、核酸、脂、糖、维生素等有机分子Living things are composed of mat

6、ter structured in an orderly way where simple molecules are ordered together into much larger macromolecules. 2 严整有序的结构生命的根本单位是细胞细胞的结构整个生物界是一个多层次的有序结构：细胞 组织 器官 系统 个体 生态系统 群落 种群atoms, molecules, cells, tissues, organs, systems, organisms, population, community, eco systems 3 新陈代谢metabolism 生物是开放系统，生物

7、和周围环境不断进行着物质的交换和能量的流动，这些物质在生物体内发生一系列变化，最后成为代谢过程的最终产物而被排出体外。4生物的应激性和运动Living things are sensitive, meaning they are able to respond to stimuli.生物体对刺激发生反响的特性，叫做应激性。 在大多数情况下，生物体都会以某种形式的运动来对刺激作出反响。5稳态尽管外界环境波动很大，哺乳动物总有某些机制使内环境的性质维持不变。 细胞、个体、群落和生态系统在没有剧烈外界环境的影响下，也保持稳态Internal functions are coordinated and

8、 regulated so that the internal environment of a living thing is relatively constant, referred to as homeostasis.6 生长发育任何生物体在其一生中都要经历从小到大的生长过程，单细胞生物的生长主要是依靠细胞体积与重量的增加。多细胞生物的生长，主要的是依靠细胞的分裂来增加细胞的数目。生物能繁殖，能复制出新的一代。Living things are able to grow, develop, and reproduce 胎儿发育过程7遗传和变异heredity and variation

9、遗传：遗传物质从上代传给下代, 但是，上代和下代之间以及后代个体之间总有些差异，这种现象叫做变异。All known living things use the hereditary molecule, DNAor RNA8 适应性 adaptation普遍现象，形态适应、结构适应、神经适应南极Vostok湖冰芯样品中的微生物第一篇 细胞与生物大分子part 1 cell and macromolecule2 生命的化学根底2.1.1 element 元素Essential element: C H O N P SMicroelement: Fe Zn Mn Cumacroelement常量元

10、素又称宏量元素，有11种。它们共占人体总质量的99.25%。它们是：O，C，H，N，Ca，P，S，K，Na，Cl，Mg微量元素18种，它们是：Fe，氟F，Zn，Cu，钒V，锡Sn，硒Se，Mn，I，钼Mo，铬Cr，钴Co，硅Si，B)等。由于环境污染或从食物中摄入量过大，时间过长，对人体健康有害的元素称为有害元素或有毒元素Cd，Hg，Pb等。2.1.2 Water 水Essential for life 水占生物体的 60 以上的重量，水对生物体非常重要Life evolved in water地球上生命起源于水中，陆生生物体内细胞也生活在水环境中2.2 组成细胞的分子小分子 大分子 复合大分

11、子 单糖 多糖 糖蛋白 氨基酸 蛋白质 糖脂 核苷酸 核酸 脂蛋白 脂类 2.3 糖 carbohydrates单糖 Monosaccharides多羟基醛或多羟基酮称为糖。The general chemical formula of an unmodified monosaccharide is (CH2O)n单糖的生物功能：A、作为多糖的组成元件B、作为燃料C、组成寡糖参与细胞信号传递glucose吡喃型和呋喃型的D-葡萄糖和D-果糖Haworth式吡喃呋喃-D-吡喃葡萄糖-D-吡喃果糖-D-呋喃葡萄糖-D-呋喃果糖单糖葡萄糖、核糖、脱氧核糖 双糖蔗糖、麦芽糖 多糖淀粉、纤维素、果胶、半

12、纤维素 贮藏物质淀粉、糖原 结构物质纤维素、几丁质Carbohydrates require less water to digest than proteins or fats and are the most common source of energy in living things.重要的二糖蔗糖D-麦芽糖 -型乳糖 -型 纤维二糖 -型麦芽糖的结构单糖通过糖苷键联成多糖链多糖PolysaccharidesPolysaccharides :starch, glycogen, cellulose .淀粉糖原纤维素淀粉和糖原结构NRERE直链淀粉支链淀粉或糖原分支点的结构RENRE(1

13、6)分支点支链淀粉或糖原分子示意图直链淀粉的螺旋结构0.8nm1.4nm6个残基糖原淀粉纤维素2.4 脂质 lipids脂类是指生物体内不溶于水而溶于有机溶剂的各种小分子。Lipids are broadly defined as any fat-soluble , naturally-occurring molecule, such as :fats脂肪, 蜡 waxes, 类固醇sterols, fat-soluble vitamins (such as vitamins A, D, E and K), 磷脂phospholipids, and others. 生 物 体 内 的 脂 类脂

14、类单纯脂类复合脂类非皂化脂类酰基甘油酯蜡磷脂糖脂、硫脂萜 类甾醇类含有脂肪酸不含脂肪酸酰基甘油酯CH2OCR1OCH2CHOCR2OOCR3O甘油三酯分子结构几种糖脂和硫酯2,3-双酰基-1-D-葡萄糖-D-甘油6-亚硫酸-6-脱氧-葡萄糖甘油二酯(硫酯)2,3-双酰基-1-(-D-半乳糖基-1，6- -D-半乳糖基-D-甘油磷脂分子结构脂类 结构物质、能量物质 贮存脂类甘油脂脂肪、油 结构脂类蜡、磷脂 功能脂类Va、Vd、各种类固醇The main biological functions of lipids include energy storage, acting as structu

15、ral components of cell membranes, and participating as important signaling molecules.2.5 氨基酸 amino acids 与蛋白质 proteinAn amino acid is a molecule containing both amine and carboxyl functional groups. These molecules are particularly important in biochemistry, where this term refers to alpha-amino aci

16、ds with the general formula H2NCHRCOOH 氨基酸是同时具有氨基和羧基的小分子1 碳原子2具有 氨 基 和羧基 是各种氨基酸的共性3各种氨基 酸的区别在 侧链基团R甘氨酸 Gly,G丙氨酸 Ala,A缬氨酸 Val,V亮氨酸 Lue,L异亮氨酸 Ile,I中性脂肪族氨基酸含羟基或硫脂肪族氨基酸丝氨酸 Ser,S苏氨酸 Thr,T半胱氨酸 Cys,C甲硫氨酸 Met,M 一个氨基酸的羧基和另一个氨基酸的氨基脱水缩合形成肽键蛋白质中氨基酸的连接方式肽单位肽键肽平面氨基酸通过肽键联成肽链 寡肽：含有 10 左右氨基酸残基 如二肽、五肽、八肽 多肽：含 1020 个氨基酸残基 蛋白质：含几十个氨基酸残基 氨基端 N 端 羧基端 C 端一条肽链的两端有不同结构和性质： 一端的氨基酸残基带有游离氨基，称氨基端；另一端的氨基酸残基带有游离羧基，称羧基端。 蛋白质的一级结构是指肽链中氨基 酸的排列顺序Primary structure: 一级结构 蛋白质的二级结构是指邻近几个氨基酸形成的一定的结构形状。 如：螺旋和折叠Secondary structure:二级结构 蛋白质的四级结构是指各条肽链之间 的位置和结构。所以，四级结构只存 在于由两条肽链以上组成的蛋白质。Quaternary structure: 四级结构 蛋白质的三级结构