1、普通生物學(xué)GENERAL BIOLOGY第一章 緒 論 Introduction 生物學(xué)(biology)或生物科學(xué)(biological sciences)是研究生物體生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)的科學(xué)，因此，又稱為生命科學(xué)(life sciences)。 生物學(xué)研究生物體的形態(tài) 、構(gòu)造、行為、機(jī)能、演變及其與環(huán)境間相互關(guān)系等問(wèn)題的學(xué)科。一. 什么是生物科學(xué)？ 生物科學(xué)的研究對(duì)象正在日漸加深和擴(kuò)大， 不僅要研究肉眼看不見(jiàn)的微生物， 也要研究自然界的動(dòng)物、植物。生物學(xué)還要研究人類自己，因?yàn)槿祟愐彩且环N生物。 生物學(xué)還要研究小至生物大分子的基團(tuán)行為，廣至地球外表的生物圈bio-sphere)的將來(lái)動(dòng)態(tài)，延

2、伸至玄古生命的發(fā)生和宇宙中生命存在的問(wèn)題。研究對(duì)象生物科學(xué)的分科二 為何學(xué)習(xí)普通生物學(xué)現(xiàn)代生命科學(xué)的開(kāi)展1953年 Watson和Crick DNA雙螺旋1973年 斯坦福大學(xué) Cohn 加州大學(xué) Boyer 基因工程 重組DNA技術(shù)之父1950S 細(xì)胞生物學(xué)借助電鏡技術(shù)得以興起1983 Karry Mullis創(chuàng)造PCR技術(shù)1997年2月 蘇格蘭 Wilmut 綿羊“多莉的克隆 2000年6月 人類基因組方案2001年 干細(xì)胞研究20年后?Dolly and her daughterThe process of cloning DollyIs there any practical valu

3、e to such technology?二 為何學(xué)習(xí)普通生物學(xué)人類面臨最重大的問(wèn)題和挑戰(zhàn)人口膨脹；糧食短缺；疾病危害；環(huán)境污染；能源危機(jī)；資源匱乏；生態(tài)平衡破壞；生物物種大量消亡。解決人類生存與開(kāi)展所面臨的一系列重大問(wèn)題，在很大程度上將依賴于生命科學(xué)的開(kāi)展。生命科學(xué)對(duì)人類經(jīng)濟(jì)、科技、政治和社會(huì)開(kāi)展的作用是全方位的。新世紀(jì)的大學(xué)生不能沒(méi)有生物學(xué)知識(shí)生物學(xué)家: 大腦 / 癌癥 / 光合作用生物技術(shù)專家: 基因藥物 / 作物新品種理工科專業(yè): 生物芯片/ 火星生命 / 納米材料社會(huì)科學(xué)專家: 社會(huì)倫理 法律 / 生物技術(shù)和人 類社會(huì)的關(guān)系 人: 認(rèn)識(shí)自己 / 認(rèn)識(shí)生命生物研究方法觀察 思考 勤奮作

4、為大學(xué)生，應(yīng)當(dāng)具有什么樣的學(xué)習(xí)觀念和能力結(jié)構(gòu)？ 1. 學(xué)習(xí)觀念的延伸：“干糧型學(xué)習(xí)“獵槍型學(xué)習(xí)2. 能力結(jié)構(gòu)的延伸：“分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力“ 提出問(wèn)題的能力3.學(xué)習(xí)空間的延伸：“課堂教學(xué)“課外研究活動(dòng)三 如何學(xué)習(xí)普通生物學(xué)參考教材陳閱增普通生物學(xué) 高等教育出版社周云龍 植物生物學(xué) 高等教育出版社Biology,Sixth Edition (4). / Peter / George / / 2002-06-01 / 清華大學(xué)出版社 四 生物專業(yè)詞匯構(gòu)成法常用前后綴-ase 酶 macro- 大bi-/di- 二 micro- 小bio- 生物 mono- 單carb-/carbo- 碳 mu

5、lti- 多cyto- 細(xì)胞 -oxide 氧化物extra- 外 oxy- 氧化hetero- 異 -peptide 肽homo- 同 poly- 多、聚tri- 三 五 生命根本特征Characteristics of life 至今還沒(méi)有一個(gè)為大多數(shù)科學(xué)家所接受 的關(guān)于生命的定義。 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化學(xué)成分的同一性構(gòu)成形形色色生物體的元素都是普遍存在于無(wú)機(jī)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。各種生物體還含有蛋白質(zhì)、核酸、脂、糖、維生素等有機(jī)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 嚴(yán)整有序的結(jié)構(gòu)生命的根本單位是細(xì)胞細(xì)胞的結(jié)構(gòu)整個(gè)生物界是一個(gè)多層次的有序結(jié)構(gòu)：細(xì)胞 組織 器官 系統(tǒng) 個(gè)體 生態(tài)系統(tǒng) 群落 種群atoms, molecules, cells, tissues, organs, systems, organisms, population, community, eco systems 3 新陳代謝metabolism 生物是開(kāi)放系統(tǒng)，生物

7、和周圍環(huán)境不斷進(jìn)行著物質(zhì)的交換和能量的流動(dòng)，這些物質(zhì)在生物體內(nèi)發(fā)生一系列變化，最后成為代謝過(guò)程的最終產(chǎn)物而被排出體外。4生物的應(yīng)激性和運(yùn)動(dòng)Living things are sensitive, meaning they are able to respond to stimuli.生物體對(duì)刺激發(fā)生反響的特性，叫做應(yīng)激性。 在大多數(shù)情況下，生物體都會(huì)以某種形式的運(yùn)動(dòng)來(lái)對(duì)刺激作出反響。5穩(wěn)態(tài)盡管外界環(huán)境波動(dòng)很大，哺乳動(dòng)物總有某些機(jī)制使內(nèi)環(huán)境的性質(zhì)維持不變。 細(xì)胞、個(gè)體、群落和生態(tài)系統(tǒng)在沒(méi)有劇烈外界環(huán)境的影響下，也保持穩(wěn)態(tài)Internal functions are coordinated and

8、 regulated so that the internal environment of a living thing is relatively constant, referred to as homeostasis.6 生長(zhǎng)發(fā)育任何生物體在其一生中都要經(jīng)歷從小到大的生長(zhǎng)過(guò)程，單細(xì)胞生物的生長(zhǎng)主要是依靠細(xì)胞體積與重量的增加。多細(xì)胞生物的生長(zhǎng)，主要的是依靠細(xì)胞的分裂來(lái)增加細(xì)胞的數(shù)目。生物能繁殖，能復(fù)制出新的一代。Living things are able to grow, develop, and reproduce 胎兒發(fā)育過(guò)程7遺傳和變異heredity and variation

9、遺傳：遺傳物質(zhì)從上代傳給下代, 但是，上代和下代之間以及后代個(gè)體之間總有些差異，這種現(xiàn)象叫做變異。All known living things use the hereditary molecule, DNAor RNA8 適應(yīng)性 adaptation普遍現(xiàn)象，形態(tài)適應(yīng)、結(jié)構(gòu)適應(yīng)、神經(jīng)適應(yīng)南極Vostok湖冰芯樣品中的微生物第一篇 細(xì)胞與生物大分子part 1 cell and macromolecule2 生命的化學(xué)根底2.1.1 element 元素Essential element: C H O N P SMicroelement: Fe Zn Mn Cumacroelement常量元

10、素又稱宏量元素，有11種。它們共占人體總質(zhì)量的99.25%。它們是：O，C，H，N，Ca，P，S，K，Na，Cl，Mg微量元素18種，它們是：Fe，氟F，Zn，Cu，釩V，錫Sn，硒Se，Mn，I，鉬Mo，鉻Cr，鈷Co，硅Si，B)等。由于環(huán)境污染或從食物中攝入量過(guò)大，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，對(duì)人體健康有害的元素稱為有害元素或有毒元素Cd，Hg，Pb等。2.1.2 Water 水Essential for life 水占生物體的 60 以上的重量，水對(duì)生物體非常重要Life evolved in water地球上生命起源于水中，陸生生物體內(nèi)細(xì)胞也生活在水環(huán)境中2.2 組成細(xì)胞的分子小分子 大分子 復(fù)合大分

11、子 單糖 多糖 糖蛋白 氨基酸 蛋白質(zhì) 糖脂 核苷酸 核酸 脂蛋白 脂類 2.3 糖 carbohydrates單糖 Monosaccharides多羥基醛或多羥基酮稱為糖。The general chemical formula of an unmodified monosaccharide is (CH2O)n單糖的生物功能：A、作為多糖的組成元件B、作為燃料C、組成寡糖參與細(xì)胞信號(hào)傳遞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-呋喃果糖單糖葡萄糖、核糖、脫氧核糖 雙糖蔗糖、麥芽糖 多糖淀粉、纖維素、果膠、半

12、纖維素 貯藏物質(zhì)淀粉、糖原 結(jié)構(gòu)物質(zhì)纖維素、幾丁質(zhì)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-麥芽糖 -型乳糖 -型 纖維二糖 -型麥芽糖的結(jié)構(gòu)單糖通過(guò)糖苷鍵聯(lián)成多糖鏈多糖PolysaccharidesPolysaccharides :starch, glycogen, cellulose .淀粉糖原纖維素淀粉和糖原結(jié)構(gòu)NRERE直鏈淀粉支鏈淀粉或糖原分支點(diǎn)的結(jié)構(gòu)RENRE(1

13、6)分支點(diǎn)支鏈淀粉或糖原分子示意圖直鏈淀粉的螺旋結(jié)構(gòu)0.8nm1.4nm6個(gè)殘基糖原淀粉纖維素2.4 脂質(zhì) lipids脂類是指生物體內(nèi)不溶于水而溶于有機(jī)溶劑的各種小分子。Lipids are broadly defined as any fat-soluble , naturally-occurring molecule, such as :fats脂肪, 蠟 waxes, 類固醇sterols, fat-soluble vitamins (such as vitamins A, D, E and K), 磷脂phospholipids, and others. 生 物 體 內(nèi) 的 脂 類脂

14、類單純脂類復(fù)合脂類非皂化脂類?；视王ハ灹字侵?、硫脂萜 類甾醇類含有脂肪酸不含脂肪酸?；视王H2OCR1OCH2CHOCR2OOCR3O甘油三酯分子結(jié)構(gòu)幾種糖脂和硫酯2,3-雙?；?1-D-葡萄糖-D-甘油6-亞硫酸-6-脫氧-葡萄糖甘油二酯(硫酯)2,3-雙酰基-1-(-D-半乳糖基-1，6- -D-半乳糖基-D-甘油磷脂分子結(jié)構(gòu)脂類 結(jié)構(gòu)物質(zhì)、能量物質(zhì) 貯存脂類甘油脂脂肪、油 結(jié)構(gòu)脂類蠟、磷脂 功能脂類Va、Vd、各種類固醇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 與蛋白質(zhì) 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 氨基酸是同時(shí)具有氨基和羧基的小分子1 碳原子2具有 氨 基 和羧基 是各種氨基酸的共性3各種氨基 酸的區(qū)別在 側(cè)鏈基團(tuán)R甘氨酸 Gly,G丙氨酸 Ala,A纈氨酸 Val,V亮氨酸 Lue,L異亮氨酸 Ile,I中性脂肪族氨基酸含羥基或硫脂肪族氨基酸絲氨酸 Ser,S蘇氨酸 Thr,T半胱氨酸 Cys,C甲硫氨酸 Met,M 一個(gè)氨基酸的羧基和另一個(gè)氨基酸的氨基脫水縮合形成肽鍵蛋白質(zhì)中氨基酸的連接方式肽單位肽鍵肽平面氨基酸通過(guò)肽鍵聯(lián)成肽鏈 寡肽：含有 10 左右氨基酸殘基 如二肽、五肽、八肽 多肽：含 1020 個(gè)氨基酸殘基 蛋白質(zhì)：含幾十個(gè)氨基酸殘基 氨基端 N 端 羧基端 C 端一條肽鏈的兩端有不同結(jié)構(gòu)和性質(zhì)： 一端的氨基酸殘基帶有游離氨基，稱氨基端；另一端的氨基酸殘基帶有游離羧基，稱羧基端。 蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指肽鏈中氨基 酸的排列順序Primary structure: 一級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指鄰近幾個(gè)氨基酸形成的一定的結(jié)構(gòu)形狀。 如：螺旋和折疊Secondary structure:二級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)是指各條肽鏈之間 的位置和結(jié)構(gòu)。所以，四級(jí)結(jié)構(gòu)只存 在于由兩條肽鏈以上組成的蛋白質(zhì)。Quaternary structure: 四級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)