现代生物学导论课件

构造生物体的基本元件一、生物小分子与生物大分子的关系二、生物小分子简介三、生物大分子的形成四、生物大分子的高级结构—从生物小分子到生物大分子一、生物小分子和生物大分子的关系

（本节见参考书第22-47页）

小分子大分子复合大分子

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（由小分子到大分子）返回合成大分子（聚合）大分子分解（水解）二、生物小分子简介

（本节见参考书第22-37页）1、水

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

水的性质影响生命活动，如：溶解性质，酸碱度，pH

水占生物体的60％以上的重量水对生物体非常重要水影响生命活动的例子：

△

肺泡在水环境中保证O2和CO2的交换△

肺泡中存在一种表面活性蛋白破坏水的表面张力，使肺泡胀开

△

水分子间氢键造成水的表面张力，可使肺泡瘪塌2、氨基酸

氨基酸是同时具有α－氨基和α－羧基的小分子

参与蛋白合成的共有20种天然氨基酸（氨基酸通式）（20种天然氨基酸）返回（1）α－碳原子

（2）具有

α－氨基

和α－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返回

根据侧链结构和性质，可把20种氨基酸分成不同的组：

疏水氨基酸：亮氨酸亲水氨基酸：丝氨酸酸性氨基酸：天冬氨酸碱性氨基酸：精氨酸含硫氨基酸：半胱氨酸含羟基氨基酸：苏氨酸

带环氨基酸：酪氨酸20种天然氨基酸除甘氨酸外，都带一个不对称碳原子—α碳原子，都有光学异构体（镜映体）。

已知19种天然氨基酸均为L－型氨基酸。氨基酸的功能：（1）作为组建蛋白质的元件（2）有的氨基酸或其衍生物具有生物活性（代谢调节、信号传递等）3、单糖——

多羟基醛或多羟基酮称为糖。以葡萄糖为例，葡萄糖是六碳糖单糖的生物功能：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（葡萄糖结构式）重要单糖（葡萄糖结构式）天然单糖大多数是

D-型糖吡喃型C1上羟基位置不同出现α-，β-两种构型（1）C2----C5均为不对称碳原子。六碳糖有16种同分异构体。（2）天然单糖在C5位上羟基有固定结构方向，天然单糖大多数是D-型糖。（3）在水溶液中葡萄糖在C1---C5之间脱水通过

氧桥相联成环状－吡喃型（4）各个C上羟基位于环上或环下（5）C1上羟基位置不同出现α-，β-两种构型返回返回返回4、核苷酸核苷酸分子由三个部分组成：碱基：嘧啶、嘌呤五碳糖：核糖或脱氧核糖磷酸核苷酸碱基返回返回

(1)

碱基—糖之间是β—糖苷键

(2)糖—磷酸之间是磷酸酯键返回参加大分子核酸组成的共有8种核苷酸

DNA水解液中RNA水解液中腺脱氧核苷酸（dAMP）腺苷酸（AMP）鸟脱氧核苷酸（dGMP）鸟苷酸（GMP）胞脱氧核苷酸（dCMP）胞苷酸（CMP）胸腺脱氧核苷酸（dTMP）尿苷酸（UMP）另外还有一些重要的具有生物活性的核苷酸

具有生物活性的核苷酸返回cAMP,cGMP参与细胞信号传递

ATP参与能量代谢5、脂类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。葡萄糖－－－水溶性的油脂－－－脂溶性的脂类种类很多，分子结构相差较大

A、油脂：甘油三脂

B、磷脂和鞘脂

C、固醇返回甘油三酯分子结构磷脂分子结构返回（1）

磷脂分子可以看成是一个极性头，两条非极性尾巴。（2）

鞘脂分子和磷脂不同。但总体看来，也可看成一个极性头，两条非极性尾巴。返回（1）

固醇类的内核由4个环组成（2）

一些人体重要维生素和激素是固醇（3）胆固醇是细胞的必要成份（4）血清中的胆固醇太多会促使形成动脉硬化和心脑血管疾病三、生物大分子的形成

（本节见参考书第37-47页）

生物大分子主要有三大类：蛋白质、核酸、多糖它们都是由生物小分子单体通过特有的共价键联结而成。1、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10－20个氨基酸残基蛋白质：含几十个氨基酸残基注意：肽链有方向性，氨基端（N端），羧基端（C端）返回

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返回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。2、单糖通过糖苷键联成多糖链（1）贰糖对贰糖结构的了解包括弄清楚：

单糖基成份

α－还是β－糖苷键取代位置

麦芽糖

返回麦芽糖的结构

（3）注意：多糖链也有方向性，有还原端和非还原端（2）淀粉和纤维素都由葡萄糖组成，它们之间主要区别在于α－糖苷键和β－糖苷键的区别返回糖原淀粉纤维素

一条多糖链的两端有不同结构和性质：一端的糖基有游离的半缩醛羟基，称还原端；另一端的糖基没有游离的半缩醛羟基，称非还原端。返回3、核苷酸通过磷酸二酯键联成核酸（1）核酸链也有方向性（2）DNA和RNA在组成成份上有差别

DNA

RNA

脱氧核糖核糖有胸腺嘧啶，有尿嘧啶，无尿嘧啶无胸腺嘧啶

返回

一端的核苷酸，其5－C没有进入磷酸二酯键，称5’

末端；另一端的核苷酸，其3－C没有进入磷酸二酯键，称3’

末端。四、生物大分子的高级结构

（本节见参考书第37-47页）1、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：α－螺旋和β－折叠

由生物小分子到生物大分子，分子增大，出现新的性质。其中最主要的特点是：生物大分子有独特的立体结构、空间构型和分子整体形状。返回返回一级结构二级结构三级结构四级结构α－螺旋β－折叠

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。

蛋白质的三级结构是指整条肽链盘绕折叠形成一定的空间结构形状。如纤维蛋白和球状蛋白。图血红蛋白质的三级结构和四级结构返回2、维持生物大分子高级结构的重要因素－－非共价键C＝O

H－O

C－N

HC－O

H3N－

氢键盐键—+O返回非共价键的键强度很小，所以A、需要多个非共价键才足以维持高级结构的稳定；B、高级结构不很稳定。生物大分子变

性就是因为高级结构破坏，大分子性质改变，生物活性丧失。但是，

一级结构尚未破坏。

注意：双硫键也在维持蛋白质高级结构中起重要作用。RNase的变性和复性蛋白质变性使高级结构破坏变性后的蛋白质分子还能复性返回3、核酸的高级结构（1）DNA双螺旋A、两条反向平行的核苷酸链共同盘绕形成双螺旋，糖－磷酸－糖构成螺旋主链B、两条链的碱基都位于中间，碱基平面与螺旋轴垂直返回C、两条链对应碱基呈配对关系

A＝TG≡CD、螺旋直径20A，螺距34A，每一螺距中含10bp

DNA双螺旋可以看作是DNA的二级结构，DNA的三级结构的形成需要蛋白质帮助。

（2）RNA为单链盘绕，局部形成碱基配对。例如：转运RNA（tRNA）的三叶草结构返回转运RNA（tRNA）的三叶草结构4、多糖链的高级结构

不同高级结构带来不同的生物学性能淀粉形成螺旋状能源贮存

纤维素呈长纤维状结构支架返回淀粉糖元纤维素再见！

生物的新陈代谢

一、酶是生物催化剂二、生命世界的能量源泉是太阳能三、生物体主要从有机分子的氧化

取得能量四、生物体内有一个复杂的代谢网络

生命活动的原动力在于生物体内一刻不停的新陈代谢。通过新陈代谢不断把太阳能或食物中贮存的能量，转化为可供生命活动利用的能量，不断制造出各种大、小分子以供生命活动所需要。体内的新陈代谢过程又都是在生物催化剂----酶的催化下进行的。

这一讲先介绍酶的性质，然后着重介绍生命活动所需的能量，从何而来。至于新陈代谢中产生的大、小生物分子，种类甚多，这里仅介绍蛋白质大分子是如何合成的。

返回一、酶是生物催化剂

（本节见参考书第58-61页）1、酶的催化特点

催化剂可以加快化学反应的速度，酶是生物催化剂，它的突出优点是：

催化效率高、专一性质、可以调节。

先看看催化效率高

用简单的实验证明酶的催化效率：返回2H2O22

H2O+O2铁屑肝糜肝糜（煮）

2、酶的化学本质是蛋白质

有的酶仅仅由蛋白质组成，如：核糖核酸酶有的酶除了主要由蛋白质组成外，还有一些金属离子或小分子参与。这些金属离子或小分子是酶活性所必须的，称为辅酶/辅基或辅助因子。牛胰核糖核酸酶（RNase）返回

如：羧基肽酶以二价锌离子（Zn2+）为辅助因子又如：过氧化氢酶以铁卟啉环为辅助因子返回（黄色圆球是Zn2+）羧基肽酶下图铁卟啉辅基下图肌红蛋白返回血红蛋白3、酶催化作用的机理是降低活化能催化剂只能催化原来可以进行的反应，加快其反应速度。即使对可以进行的反应来说，反应物分子应越过一个活化能才能发生反应。酶作为催化剂的作用是降低活化能。

返回酶的催化机理是降低活化能酶是如何降低活化能的呢?

首先需要酶与底物分子结合，酶蛋白结构中有底物结合中心/活性中心。然后，酶蛋白分子以各种方式，作用于底物分子，使底物分子活化起来。酶与底物的专一结合，又是酶促反应专一性的体现。返回底物分子结合在酶的底物结合中心返回使底物靠拢使底物分子产生应力使底物分子电荷变化4、酶的活性可以调控

在代谢途径中调节酶活性几个酶或十几个酶前后配合，完成一系列代谢反应，形成一条代谢途径。在一条代谢途径中，常常是前一个酶促反应的底物，便是下一个酶促反应的底物。

一条代谢途径的终产物，有时可与该代谢途径的第一步反应的酶相结合，结合的结果使这个酶活性下降，从而使整条代谢途径的反应速度慢起来。这种情况称为“反馈抑制”。值得注意的是，发生反馈抑制时，代谢终产物与酶结合时，是非共价结合，是可逆的。返回第一个酶（有活性）第一个酶（无活性）终产物终产物（调节物）结合在调节中心

共价调节

有时候，酶蛋白分子可以和一个基团形成共价结合，结合的结果，使酶蛋白分子结构发生改变，使酶活性发生改变。例如，与磷酸根的结合。这种调节酶活性的情况称为酶的共价调节。返回糖元磷酸化酶有磷酸化位点

竞争性抑制

有的酶在遇到一些化学结构与底物相似的分子时，这些分子与底物竞争结合酶的活性中心，亦会表现出酶活性的降低（抑制）。这种情况称为酶的竞争性抑制。返回下图竞争性抑制剂在结构上与底物相似上图返回对氨基苯甲酸（细菌生长因子）对氨基苯磺酸（磺胺药）

磺胺类药物竞争性抑制细菌体内的酶二、生命世界的能量源泉是太阳能

（本节见参考书第61-81页）

1、生物体的代谢反应分为物质代谢和能量代谢两个侧面。

每一个反应都有两个侧面：

物质代谢――由底物分子变成产物分子

能量代谢――消耗能量或释放能量n氨基酸+能量蛋白质

2丙酮酸+

能量葡萄糖

从小分子合成大分子需要消耗能量。葡萄糖2丙酮酸+能量

从大分子分解为小分子会释放能量。返回2、ATP是生物体能量流通的货币一个代谢反应释出的能量贮入ATP，ATP所贮能量供另一个代谢反应消耗能量时使用。下图下图返回ATP作为能量流通的货币3、生物体把能量用在生命活动的各个方面

4、太阳能是整个生命世界的能量源泉绿色植物和光合细菌把太阳能转变为化学能，利用太阳能合成有机物；除了维持自身的生存还为其他生物提供食物。食物链

绿色植物和光合细菌利用太阳能的过程称为光合作用。返回食物链返回绿叶中的光合作用生物体把能量用在生命活动的各个方面返回叶绿体中的叶绿素是进行光合作用必不可少的成份。在叶绿体中进行的光合作用，又可以分为两个步骤：光反应：在叶绿素参与下，把光能用来劈开水分子，放出O2，同时造成两种高能化合物ATP和NADPH。暗反应：把ATP和NADPH中的能量，用于固定CO2，生成糖类化合物。这个过程不需要光。返回吸收光能靠叶绿素返回三、生物体主要靠有机分子的氧化取得能量

（本节见参考书第65-70页）

1、有机物氧化释放能量

一支火柴的燃烧是纤维素氧化（C6H12O6）n+O2nCO2+nH2O+能量

纤维素氧温度光和热（可燃物）

生物体也进行类似的反应（C6H12O6）n+O2nCO2+nH2O+能量

淀粉氧酶ATP

（氧化底物）把火柴燃烧和生物体内氧化相比，基本原则是相似的――有机物氧化释放出能量。

有哪些不同？

A、生物体内氧化比燃烧过程缓慢的多，不是猛然地发出光和热。

B、生物体内氧化在水环境中进行。

C、生物体内的氧化由酶催化。

D、生物体内氧化分步骤进行，产生能量贮存在ATP中。2、生物体内氧化分步骤进行淀粉葡萄糖丙酮酸CO2+H2OATP3、与葡萄糖氧化分解产生能量有关的三条代谢途径

A、

糖酵解途径六个碳的葡萄糖分解为两个三碳的丙酮酸，净得两个ATP，同时还产生

NADH。糖酵解途径可以在无氧情况下进行，但是要解决NADH变回到NAD＋问题。返回糖酵解途径返回乙醇乳酸B、

三羧酸循环

三羧酸循环一定需要氧才能进行。在三羧酸循环中脱下的氢，形成NADH和FADH2，然后再逐步传递给氧。返回丙酮酸三个二氧化碳三羧酸循环C、

呼吸链

脱下的氢可以看作是电子加上质子

2H2e＋2H＋在呼吸链起端，电子处在高能水平，传递到O2时，处于低能水平。传递过程中释出的能量，用于产生ATP。

总之，一个葡萄糖分子经过：

无氧糖酵解途径丙酮酸2个ATP

有氧

糖酵解途径、三羧酸循环途径、呼吸链完全氧化36个ATPCO2和H2O下图呼吸链：电子逐步传递到氧返回返回糖酵解三羧酸循环呼吸链生物体可利用各种有机分子作燃料。

除了葡萄糖，其他生物分子，包括脂类、氨基酸、核苷酸等，都可以通过三羧酸循环途径，彻底氧化为CO2和H2O，同时产生能量。

对于人体来说，最适宜的燃料是葡萄糖。四、生物体内存在着复杂的代谢网络

（本节见参考书第75-81页）

1、已介绍三条代谢途径：糖酵解途径、三羧酸循环和呼吸链，都与分解代谢，产生能量有关。生物体内还有许许多多其他分解代谢途径，和合成代谢途径，形成错综复杂的代谢网络。这些代谢途径分布于生活细胞的不同部位。（第九讲内容）现在，再介绍一下有关蛋白质合成的代谢途径。代谢网络代谢网络返回2、蛋白质合成也就是基因表达

决定合成什么样的蛋白质的遗传信息，贮存在细胞内的DNA大分子中，体现为DNA大分子中核苷酸排列次序，最终表达为蛋白质大分子中的氨基酸序列。返回基因表达：DNA序列到氨基酸序列

蛋白质合成的第一步，由DNA指导mRNA（信使RNA）的合成。DNA中的遗传信息通过转录体现在mRNA分子中核苷酸排列次序中。

蛋白质合成的第二步，由mRNA指导蛋白质合成。mRNA中携带的遗传信息通过转译转而体现为蛋白质大分子中氨基酸的排列次序。返回

转录核苷酸序列――核苷酸序列转译核苷酸序列――氨基酸序列3、蛋白质合成的第一步是mRNA的合成

mRNA合成需要：

以四种三磷酸核苷为原料ATP、GTPUTP、CTP；

以DNA（大分子中的一段）为模板；

由RNA聚合酶催化。

总反应式：（NTP）n＋DNAmRNA＋DNA

mRNA的合成在细胞核内进行；然后，mRNA从核内移至细胞质中。酶返回mRNA合成4、遗传密码和转运RNAmRNA分子中每三个核苷酸序列决定一个氨基酸，这就是通常所说的三联密码子。与遗传密码子相对应的反密码子在转运RNA（tRNA）分子中。

tRNA的二级结构呈三叶草形，它的任务是搬运氨基酸。在tRNA分子中，一方面联接着被搬运的氨基酸，另一方面通过反密码子把氨基酸安置到合适的位置上去。返回遗传密码表返回转运RNA（tRNA）

5、蛋白质合成的第二步需依托核糖体

核糖体由蛋白质和RNA组成，后者称为:

核糖体RNA（rRNA）。在细胞质中，mRNA先与核糖体结合。蛋白质合成第一个tRNA把一个氨基酸放在肽链起始位置上；另一个tRNA带来第二个氨基酸。下图

第一个氨基酸以羧基联到第二个氨基酸上，形成肽键。核糖体向右移三个核苷酸位置，第一个tRNA脱落,准备好位置迎接第三个tRNA及其所带的氨基酸。

下图合成过程连续进行下图

直到在mRNA上出现休止符号的密码子。于是，不再有新的tRNA上来，肽链合成结束。核糖体与mRNA脱开。下图返回

蛋白质合成中还有其他加工步骤。包括:

A、蛋白质大分子折叠；

B、糖基和其他基团的修饰；

C、蛋白质分子向细胞各部位的运送等等。返回蛋白质分子折叠

哇！

终于结束了。。。细胞——生物体的基本结构

单位一、细胞学说的建立二、细胞的结构与功能

三、细胞分裂和细胞周期

四、细胞分化、衰老与死亡

1、细胞学说的主要的内容

17世纪中叶，显微镜被用于生物学研究，用显微镜观察来自树皮的木栓，看到一个个“小室”结构，称之谓“Cell”（细胞）。

一、细胞学说的建立

(本节见参考书第16-17页）

人们用显微镜观察各种生物，包括微生物和动、植物的细微构造，到处都看到细胞结构。逐渐形成一个观念：各种生物都是由细胞组成的。图一返回

英国科学家霍克（R.Hook,1635-1703),27岁成为英国皇家学会领导成员,发表对木栓的观察,命名Cell。荷兰人列文虎克（AntonivonLeeuwenhoek,1623-1723）用自磨镜片做成显微镜第一次观察了活的细菌和原生动物。

19世纪初，两位德国生物学家施莱登和施旺正式明确提出：

细胞是植物体和动物体的基本结构单位。

这个观点，经过后来的丰富和发展，形成公认的细胞学说：

（1）细胞是所有动、植物的基本结构单位。

（2）每个细胞相对独立，一个生物体内各

细胞之间协同配合。

（3）新细胞由老细胞繁殖产生。2、细胞学说的科学意义

细胞学说的提出先于进化论约20年，它与进化论一起，奠定了生物科学的基础。细胞学说使生命世界有机结构多样性的统一，从哲学推断走向自然科学论证。

细胞学说被认为是19世纪自然科学的重大发现之一。

值得注意的是，从两篇经典的论文看来，细胞学说不但关系到生物体的构造，也关系到生物体的生长与发育。

最初提出细胞学说观点的两篇论文是:

德国植物学家施莱登1838年发表的论文:『论植物发现』;

德国动物学家施旺1839年发表的论文:『动、植物结构与生长相似性的显微研究』。返回有没有非细胞生命？19世纪末，人们逐渐发现比细菌还小的“传染性的活性成份”，称为病毒。

1930s－1940s期间弄清病毒的化学本质和电镜结构。看来，病毒是一类不具细胞结构的生命形态。

最简单的病毒仅由核酸大分子和蛋白质大分子组成。但是，病毒颗粒必需进入寄主活细胞才能表现出生命的各方面特性。二、细胞的结构和功能

（本节见参考书第47-57页）1、动物细胞的典型结构

细胞膜和生物膜

磷脂和鞘脂分子具有一个共同的特征――一个极性的头两个非极性的尾巴。在水环境中，这类分子会自发形成脂双层微囊。返回动物细胞模式图返回在水中的脂双层微囊

细胞膜的框架，就是脂双层，还有蛋白质“镶嵌”其中。1970s提出的流动镶嵌学说,强调了生物膜中脂分子和蛋白质分子的运动。

这样的膜结构不但用以组成细胞膜，还用以分割形成各种细胞器，所以,统称生物膜。返回细胞膜结构

内质网

由单层生物膜围成。是蛋白质合成、修饰和分泌；脂类合成的场所。

细胞核由两层生物膜围成，遗传信息贮藏在核内，是DNA复制和RNA合成场所。返回细胞核结构返回内质网结构

溶酶体

由单层生物膜围成，是生物大分子分解的场所。

高尔基体

由单层生物膜围成，与蛋白质修饰和分泌有关。

返回溶酶体结构返回高尔基体结构

细胞质

有多种蛋白质和酶，是糖酶解和糖元合成等反应的场所。

线粒体

由双层生物膜围成，是生物氧化、产生能量的场所。返回线粒体结构

细胞骨架

由蛋白质亚基组装成，和细胞形状、迁移、信息传导等有关。

核糖体

由RNA和蛋白质形成的大颗粒，是蛋白质合成的场所。

返回微管微丝中间纤维细胞骨架结构2、植物细胞的典型结构

与动物细胞相比,有几点不同:

植物细胞动物细胞

有细胞壁没有细胞壁

有叶绿体没有叶绿体

有中央液泡没有中央液泡

返回植物细胞结构3、真核细胞和原核细胞

细菌细胞结构与动、植物细胞不同，要简单的多。最主要的差别是细菌没有细胞核结构，核物质－DNA还是有的，形成类核区(又称拟核)。并且细菌细胞也没有其他各种细胞器。返回细菌细胞结构

依据有无细胞核，整个生命世界可以区分为两大类：

原核生物真核生物

细菌植物

放线菌动物

蓝藻真菌（霉菌、酵母)

等等原生动物

藻类

三、细胞分裂和细胞周期

（本节见参考书第81-86页）1、为什么会有细胞分裂？

随着细胞生长，细胞体积增大，而细胞表面积和体积之比(表面积/体积)却在变小。

活细胞不断进行新陈代谢，细胞表面担负着输入养分，排出废物的重任。

表面积/体积

比值的下降，意味着代谢速率的受限和下降。所以，细胞分裂是细胞生长过程中保持足够表面积，维持一定的生长速率的重要措施。

随着体积增大,表面积/体积比值下降下图半径增大

4倍体积增大

64倍表面积增大

16倍表面积/体积从3/1下降到

0.7/1表面积/体积比值老鼠>大象返回老鼠重25

克,大象重

4

吨表面积/体积老鼠是大象的24

倍所以,老鼠的代谢速率大于大象2、

原核生物的细胞分裂

原核生物以细菌为例，细胞分裂比较简单。

细胞生长增大到一定程度，DNA复制，形成两个DNA分子，分别移到拉长了的细胞两端，中间形成新的细胞间隔，进而形成细胞壁，成为两个细胞。这个过程称为二分分裂。细菌细胞分裂返回3、

真核细胞的有丝分裂

大多数真核生物是多细胞生物。体细胞的分裂称为有丝分裂；生殖细胞形成过程中，则有与之不同的减数分裂。

细胞从前一次分裂开始到后一次分裂开始，这段时间称为一个:

细胞周期。（1）细胞分裂周期细胞周期返回

通常,细胞周期可以区分为四个阶段：

M期——

分裂期，在这个阶段

可以在显微镜下看到

细胞分裂过程。

G1期——

S期——

DNA合成期

G2期——

G1期，S期和G2期又总称为:

分裂间期。（2）有丝分裂过程

前期

染色质浓缩，折叠，包装，形成光镜下可见的染色体。每条染色体含两条姊妹染色单体。

中期核膜消失，染色体排列在赤道板上。返回分裂间期有丝分裂前期中期

后期

姐妹染色单体分开，被分别

拉向细胞两侧

末期重新形成核膜，染色体消失

细胞质分裂

胞质形成间隔，最终

分开为两个细胞

返回中期后期末期细胞质分裂有丝分裂

现在集中看一下在M期发生的有丝分裂过程：

前期:

染色质浓缩，折叠，包装，形成光镜下可见的染色体，每条染色体含两条染色单体。

中期:

核膜消失，染色体排列在赤道板上。

后期:

姐妹染色单体分开，被分别拉向细胞两侧。

末期:

重新形成核膜，染色体消失。

细胞质分裂:

胞质形成间隔，最终分开为两个细胞。返回有丝分裂（3）染色质和染色体

处于分裂间期的细胞，细胞核内的DNA分子，在一些蛋白质的帮助下，有一定程度的盘绕，形成核小体。多个核小体串在一起形成染色质。所以，染色质是在细胞分裂间期遗传物质存在的形式。核小体和染色质返回

核小体直径10nm，光镜下看不到。当细胞进入M期时，染色质折叠包装，大约压缩8400

倍，形成光镜下可以看到的染色体。染色体返回

应记住，在染色体出现时，细胞已经过S期完成DNA复制，已由原来的每个DNA分子复制出两个DNA分子。所以，每条染色体由两条姐妹染色单体组成。

通常把体细胞称为双倍体细胞，体细胞的遗传物质的总含量为2n。在细胞分裂中，在光镜下可以看到染色体时，已经过DNA复制，这时遗传物质的总量已经是

4n了。细胞分裂完成时，出现的两个子细胞又都回复为

2n。

不同物种的细胞，染色体数目不同。所以，染色体数目也是不同物种细胞的特征。因为，对大多数物种来说，体细胞是2n的，所以染色体数目通常为偶数。

物种染色体数目物种染色体数目

人

46

豌豆

14

小鼠

40

玉米

20

爪蟾

36

小麦

42

果蝇

8

酵母

32

4、

真核细胞的减数分裂

（1）减数分裂发生在产生生殖细胞的过程中。生殖细胞包括卵细胞和精子细胞。它们的遗传物质总量仅为体细胞的一半，称为n细胞。

由2n的体细胞产生

n

的生殖细胞，需要经过减数分裂。返回减数分裂

（2）、减数分裂后，细胞中染色体数目减少一半。

减数分裂可以分为两个阶段：

第一次减数分裂：DNA复制一次，

细胞分裂一次。第二次减数分裂：DNA不复制,细胞再分裂一次。

结果，子细胞染色体数目减半，遗传物质总量由2n变为n。

总之，减数分裂就是DNA复制一次，细胞连续分裂两次，结果由一个2n细胞分出4个

n细胞。（3）、减数分裂丰富基因组合

减数分裂的特点:

一是子细胞染色体数减半;

二是子细胞基因组合大为丰富。

基因组合的丰富由两个原因造成。

首先，体细胞的染色体实际上是由两套同源染色体组成。人的细胞有4６条染色体，实际上可以看作2２对同源染色体加上两条性染色体。返回人的体细胞染色体

在减数分裂的第一次分裂时，每对同源染色体分别分配至两个子细胞。于是父源的同源染色体和母源的同源染色体以不同组合，分配到两个子细胞中去。这样，产生不同染色体组合的配子种型大增。

其次，在第一次减数分裂中，还发生同源染色体配对，配对后还发生同源染色体之间的染色体交叉和基因重组。这使基因组合状况更为复杂化。同源染色体配对和染色体交叉,造成基因重组下图返回染色体交叉的电镜图

所以，经由减数分裂产生的生殖细胞，其基因组合表现极大的丰富和多样化。结果是,有性生殖的后代具有更丰富的基因组合，具有更强的适应性和进化潜能。四、细胞的分化、衰老与死亡

（本节见参考书第86-94页）1、

细胞的分化

成年人全身细胞总数约1012个。

细胞种类有200多种。这么多种类细胞均来自

一个受精卵细胞。

细胞分化的定义：发育过程中细胞后代在形态、结构和功能上发生差异的过程称为细胞分化。上皮细胞脂肪细胞平滑肌细胞心肌细胞下图返回神经元细胞正在受精的卵细胞返回

细胞分化不但发生在胚胎阶段和发育过程中，亦发生在成人阶段。如：人体血细胞的产生。

分化以后不同种类的细胞，

形态不同，

功能不同，

基因表达不同，

代谢活动也不同。红血球白血球血小板返回好多种血细胞都由生血干细胞分化而来。返回胰脏细胞眼晶体细胞（胚胎）神经细胞糖酵解酶基因晶体蛋白基因胰岛素基因血红蛋白基因不同种类细胞，形态、代谢和基因表达都不同

2、细胞的衰老

衰老是人们永恒的议题，至今仍是一个迷。

人体衰老时，身体各部分功能都发生衰老。返回早衰症是人体衰老中的一种病症一名男子从36岁到75岁味觉丧失64％肾小球减少44％肾小球过滤率减少31％脊神经元减少37％神经传导速度减慢10％脑供血量减少20％肺活量减少

44％返回

身体的衰老是以细胞衰老为基础的。实验证明，细胞有着明显的衰老过程。

体外培养成纤维细胞来自胎儿可传代50次（与供体年龄

来自成人可传代20次有关）来自小鼠可传代14－28次（与供体物种来自乌龟可传代90－125次特性有关）返回

亦有人强调，人体衰老时，并非全身细胞均衡衰老，而是部分细胞衰老，导致整体机能失调。激素系统和神经系统的衰老对全身的影响最大。

衰老的机理，尚不清楚，有各种学说。自由基假说是其中广为人们接受的一种假说。

生物氧化中产生自由基，自由基破坏生物大分子——蛋白质、核酸、脂类等。使得细胞结构破坏，基因突变，导致细胞衰老。

人体存在着清除自由基机制，这些淬灭自由基机制受遗传控制。H2OH•＋OH•返回带有不成对电子的基团称为自由基自由基的反应活泼性特别强

3、

细胞凋亡

多细胞生物个体的一生中，不断发生构成身体的细胞的死亡。

有两种细胞死亡：

因环境因素突变或病原物入侵而死亡，称为病理死亡，或细胞坏死。

因个体正常生命活动的需要，一部分细胞必定在一定阶段死去，称细胞凋亡。细胞凋亡是普遍存在的

变态：

蝌蚪

青蛙

昆虫、卵

幼虫

成虫

哺乳类:

皮肤，指（趾）甲

红细胞：

分化成熟

失去细胞核

凋亡

淋巴细胞：95%以上在成熟之前死去，不到5%成熟后只存活一至几天

T—细胞杀伤靶细胞的机制之一，

就是诱使靶细胞凋亡

癌细胞亦可看作是凋亡失控了的细胞。细胞凋亡和细胞坏死有明显区别:

细胞凋亡细胞坏死

ApoptosisNecrosis

细胞变圆,与周围细胞脱开细胞外形不规则变化核染色质凝聚溶酶体破坏细胞膜内陷细胞膜破裂细胞分为一个个小体胞浆外溢被周围细胞吞噬引起周围炎症反应

细胞凋亡受基因控制。线虫是研究细胞凋亡的理想材料。

每条线虫具有1090个细胞，其中131个细胞在发育过程中凋亡。从线虫中找到若干控制细胞凋亡的基因。(CaenorbabditisElegans)

1031个细胞，131个细胞凋亡找到一系列与细胞凋亡有关的基因

ced-3、ced-4

诱发、启动凋亡

ced-9

抑制凋亡

①

ced-3、ced-4

基因突变或缺失，使凋亡受阻②移入ced-9

使凋亡受阻③失去ced-9

使细胞凋亡秀丽隐杆线虫秀丽隐杆线虫返回谢谢大家的合作！再见！从基因到基因工程

一、

孟德尔学说奠定了遗传学基础二、

基因是一段DNA序列

三、

基因工程的操作和应用

生命最重要的本质之一是性状特征自上代传至下代——遗传。

今天，从遗传学研究衍生出来的基因工程技术，已构成生物技术的核心，在实际应用中显示出极大的潜力。一、孟德尔学说奠定了遗传学基础

（本节见参考书第101-107页）

在孟德尔以前，人们看到遗传现象，猜想遗传是有规律的，甚至在农牧业育种中实际运用了遗传规律，但是，一直找不到研究遗传规律的恰当方法。

孟德尔（1822－1884）从1856年起开始豌豆试验。

孟德尔的基本方法是杂交。他挑选了七对性状。

经过近10年的潜心研究，孟德尔发表了他的研究报告。其内容可概括两个定律。

返回孟德尔(1822-1884)返回豌豆杂交操作孟德尔研究的七对性状1、孟德尔第一定律－－分离律

他用一对性状杂交，子一代全为显性性状，子一代之间自交，子二代为：

显性性状：隐性性状＝3：1

返回孟德尔分离律2、孟德尔第二定律－－自由组合律

他用两对性状杂交，子一代全为显性性状，子一代之间杂交，子二代出现四种性状，其数量比例为9：3：3：1

返回孟德尔自由组合律黄圆绿圆黄皱绿皱3、孟德尔学说的要点

依据上面的试验结果，孟德尔认为，每株豌豆植株中的每一对性状，都是由一对遗传因子所控制的，遗传因子有显性因子和隐性因子之分。

当一株植株中控制某一对性状的一对遗传因子均为隐性因子时，该植株才表现出隐性性状（如白花或绿色豆粒）。其他情况下，包括一对遗传因子均为显性，或一个显性一个隐性，均表现出显性性状（如紫花或黄色豆粒）。这一点在分离律实验中看的很清楚。

当两对性状一起加以研究时,显性和隐性的基本规律仍与上面相同,但要加上一条,控制不同性状的遗传因子,在传代中各自独立,互不干扰,出现自由组合现象。

返回孟德尔自由组合律黄圆绿圆黄皱绿皱4、孟德尔学说的重要意义

（1）孟德尔第一次明确提出遗传因子的概念,并且提出了遗传因子控制遗传性状的若干规律：



大多数生物体通常由

一对遗传因

子（后来称为两个等位基因）控

制同一性状。这样的生物体称为

2n个体。



遗传因子可以区分为显性和隐性。



控制不同性状的遗传因子是各自

独立的。

（2）孟德尔提出了杂交、自交、回交等一套科学有效的遗传研究方法，来研究遗传因子的规律。孟德尔创立的这套方法一直沿用到1950s，才被分子遗传学方法取代。

思考题

已知：控制鹦鹉羽毛颜色的有四个等位基因（即两对基因）：B、b、C、c。

B－使羽毛颜色呈黄色

C－使羽毛颜色呈蓝色

b和c是隐性基因，不产生色素。

下图返回

问：

（1）写出图中四个鹦鹉的基因型。

（2）基因型为BbCc的鹦鹉应为什么颜色？

（3）两只基因型为BbCc的鹦鹉所产生的后代是什么情况？二、基因是一段DNA序列

（本节见参考书第107-113页）

“遗传因子/基因”的设想一经提出，便推动人们去寻找，去探索

基因在哪里？基因是什么？

1、基因在染色体上

显微镜技术与染色技术的发展，使人们注意到，细胞分裂时，尤其是减数分裂中，染色体的行为和孟德尔提出的等位基因的分离规律相当一致，所以，确定基因在细胞核中，在染色体上。返回同源染色体分别带着控制同一性状的两个等位基因显性等位基因纯合子隐性等位基因纯合子杂合子

摩根实验室用果蝇为材料的工作，确定了基因在染色体上的分布规律。圖下图果蝇有4对染色体下图野生果蝇没有现成的成对性状摩根在长期饲养中找到各个性状的突变株。控制不同性状的等位基因在2#染色体上的位置触须长/短身体灰/黑眼睛红/紫翅长/短下图减数分裂时发生：染色体交叉/基因重组。返回g－身体c－

眼睛l－翅灰/黑红/紫长/短基因重组服从这样的规则：两个基因在染色体离得越远，重组频率越高；两个基因在染色体上离得越近，重组频率越低。重组频率

随着生物化学的发展，蛋白质、核酸等生物大分子逐渐分离、纯化出来。各方面的实验证据表明，基因的化学本质不是蛋白质，而是DNA。格里菲斯的实验证明遗传物质可以转化进入细菌，改变细菌特性。爱弗莱的实验证实，进入细菌改变特性的遗传物质是DNA，而不是蛋白质。

2、遗传物质是DNA

圖下图格里菲斯的肺炎双球菌转化实验爱弗莱证实转化物质是DNA下图分别用放射性同位素标记噬菌体35S－标记蛋白质32P－标记DNA返回35S标记外壳蛋白质,感染后放射标记不进入大肠杆菌细胞32P标记DNA,感染后放射标记进入大肠杆菌细胞

3、华生和克里克提出DNA双螺旋模型。

DNA双螺旋模型说明DNA分子能

够充当遗传的物质基础。

按照双螺旋模型，在细胞分裂时，DNA的合成应是“半保留复制”的模式。DNA双螺旋模型返回下图半保留复制返回证实半保留复制的实验细菌培养在含15N

的培养基中细菌培养在含14N

的培养基中一代两代

4、DNA作为遗传物质的功能

（1）贮藏遗传信息的功能

（2）传递遗传信息的功能

（3）表达遗传信息的功能

由此，克里克提出中心法则,确定遗传信息由DNA通过RNA流向蛋白质的普遍规律。DNADNARNA蛋白质中心法则遗传信息储存在核酸中遗传信息由核酸流向蛋白质返回

5、基因理论中的许多复杂情况

以孟德尔学说为开端的遗传理论，发展到以DNA分子结构为基础的分子遗传学，使我们对遗传规律有了确切的理解。

应该看到，实际上生命世界的遗传现象远比上面谈到的要复杂得多。

一个基因一个性状？不一定。例如肤色的控制至少有三个基因参与。

基因决定性状，环境还起不起作用？在基因型确定的基础上,环境常常会影响表型。

遗传和变异是遗传学的重要内容。子代总是与亲代相像，又有一些不像。返回人的肤色至少由三个基因控制返回产生黑色素的酶在较高温度下失活，所以毛色在端点位置呈黑色环境影响表型三、基因工程技术和应用

（本节见参考书第138-151页）1、基因工程技术

基因工程是生物技术的核心部分。基因工程的操作可以简述如下：基因工程的操作流程返回

将外源基因（又称目的基因，是一段DNA片断）组合到载体DNA

分子中去，再把它转到受体细胞（亦称寄主细胞）中去，使外源基因在寄主细胞中增值和表达，从而得到期望的由这个外源基因所编码的蛋白质。

所以，基因工程的操作包含以下步骤：

获得目的基因

构造重组DNA分子

转化或转染

表达

蛋白质产物的分离纯化

到哪里去找目的基因？一般来说，人的基因，要从人体的组织细胞中去找；小鼠的基因要从小鼠的组织细胞中去找。

从组织细胞中可以分离得到人/小鼠的全套基因，称为基因文库。文库中基因总数就人来说约有3万个基因。如何从中把需要的基因找出来？

采取“钓”的办法。这个办法通常称为印迹法。

（1）获得目的基因

返回印迹法内切酶切开DNA电泳印迹转移放射性探针杂交胶片显影印迹法的主要步骤：

（1）基因文库－DNA用限制性内切

酶处理。

（2）DNA片断混合物通过电泳分离。

（3）电泳后，通过印迹技术转到酯酰

纤维薄膜上，以便操作。

（4）用已知小片断DNA作为探针，

互补结合需要找的基因片断。

（5）探针DNA片断已用放射性元素

标记，使胶片感光后可看出。

印迹法的关键是“分子杂交”，利用碱基配对的原则，用一段小的已知的DNA片断去寻找（“钓”）大的未知的基因片断。

探针DNA片断从何而来？

根据目的蛋白的氨基酸序列，只要其中N－端15－20个氨基酸序列，按三联密码转为40-60核苷酸序列，人工合成，即为探针DNA片断。

（2）目的基因的扩增

用上面的方法“钓”出的目的基因，数量极少，所以，接下来必须经过扩增，亦称为基因克隆。获得相当数量的目的基因后，才能继续下一步操作。

克隆——生物分子，细胞，生物个体的无性增殖过程都称为克隆。返回

（3）PCR——

把寻找目的基因和扩增目的基因两步操作并成一步。

PCR法，又称多聚酶链式反应，是近年来开发出来的基因工程新技术，它的最大优点是把目的基因的寻找和扩增，放在一个步骤里完成。PCR操作流程90

0C500C700C返回PCR反应分三步完成：

第一步

——90

0C高温下，使混合物的DNA片断因变性而成单链。

第二步

——500C温度下，引物DNA结合在适于配对的DNA片断上。

第三步

——700C温度下，由合成酶（DNA高温聚合酶）催化，从引物开始合成目的基因DNA。

PCR的三个步骤为一次循环，约需5－10分钟。每经一次循环，所找到的目的基因扩充一倍。经过20次循环，即可扩增

106

倍，总共只需几个小时。

（4）构造重组DNA分子

首先要有载体。

载体有好几种，常用的有：

质粒－－环状双链小分子DNA，适于做小片断基因的载体。

噬菌体DNA－－线状双链DNA，适于做大片断基因的载体。返回用质粒构建重组DNA分子返回用噬菌体DNA构建重组DNA分子

其次要把目的基因“装”到载体中去。“安装”的过程，需要好几种工具酶，其中关键的酶叫

限制性内切酶。

此酶识别一定碱基序列，有的还可切出“粘性”末端，使得目的基因和载体的连接非常容易。图一图二下图限制性内切酶识别特定的碱基序列返回重组DNA分子的构建限制性内切酶造成粘性末端有利于

（5）转化/转染—表达—蛋白质分离

把构造好的重组DNA分子送进寄主细胞，亦需要适当的技术方法。若受体细胞是细菌，通常称转化；若受体细胞是动/植物细胞，通常称转染。

重组DNA分子进入寄主细胞后，其中的目的基因能否表达，表达效率高低，还有很大差别。表达通常是指目的基因编码的蛋白质合成。基因工程的最后一步，是把所获得的蛋白质分离纯化，得到蛋白质产品。返回生产基因工程产品的生物反应器

2、基因工程的应用

基因工程技术已经在医学、工业、农业等各个领域得到了广泛的应用。

（1）在医学上的应用

基因工程被用于大量生产过去难以得到或几乎不可能得到的蛋白质－肽类药物。胰岛素1000磅牛胰10克胰岛素200升发酵液10克胰岛素干扰素1200升人血1升发酵液2－3万美元/病人200－300美元/病人返回

（2）用于提高奶酪产量

生产奶酪的凝乳酶传统上来自哺乳小牛的胃。现在可以通过基因工程办法，用酵母生产凝乳酶，大量用于奶酪制造。哺乳小牛凝乳酶基因胃转入啤酒酵母

凝乳酶凝乳酶

制造奶酪返回

（3）转基因动物和植物

转基因动物首先在小鼠获得成功。现在转基因动物技术已用于牛、羊，使得从牛/羊奶中可以生产蛋白质药物。称为“乳腺反应器”工程。

转基因植物亦已在大田中广为播种。转基因植物获得新的性状返回返回把大鼠生长因子转入小鼠得到巨大型的转基因小鼠。

（4）工程菌在环境工程中应用

美国GE公司构造成功具有巨大烃类分解能力的工程菌，并获专利，用于清除石油污染。喷洒工程菌清除石油污染下图无冰晶细菌帮助草莓抗霜冻返回哈哈，

下课了

!遗传病和人类基因组计划

一、遗传病的特征与分类二、遗传病的诊断与治疗

三、人类基因组计划（HGP）一、遗传病的特征与分类

(本节见参考书第114-134页）1902年英国医生加洛特（A.Garrod）从家族病史，发现并研究了第一例遗传病――尿黑酸症，并发现该病在家族中的遗传遵循孟德尔规律，是由单个隐性基因控制的。1、第一例遗传病的发现

尤其难得是，加洛特预测，尿黑酸病病人缺乏一种酶，而正常人有，加洛特把这种遗传病症状称为“先天性代谢差错”。

后来的研究证明加洛特的预见是对的。苯丙氨酸代谢途径关系到三种遗传病返回尿黑酸病苯丙酮尿症白化病

加洛特的工作推动了对一系列遗传病的发现。

当时，对遗传病的认识是：

由于某个基因的缺失、突变或异

常，导致一定病症的出现。

可以遗传给下一代子女。

这类病的遗传遵循孟德尔规律。

2、遗传病的类型和特征

迄今已记录的遗传病有

3000

多种，找到了200

多个与遗传病有关的基因。根据基因的位置与病症，把遗传病分为三类：类型

基因在常染基因在常染基因在X－染

色体（隐性）色体（显性）色体

只有在父母均父母一方有母/女常常是

特

携带缺陷基因病症，