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1、现代生物导论第一章 认识生物学1.1 学习生物学的意义v 认识自然v 提高生命质量讲课之前先回答两个问题v 1 谈谈你对生物学的认识。v 2 生物学有哪些分支学科？植物学 动物学 微生物学 植物生理学 动物生理学 人体解剖学 病理学 生物化学 遗传学 分子生物学 细胞生物学 基因工程 蛋白质工程 糖生物学 发育生物学 胚胎学 进化论 生态学 神经生物学 放射生物学 生物物理学 生物数学 实验生物学 中药学 毒理学 环境生物技术 细胞与组织培养 花卉学 兽医学 食品科学 营养学 古生物学 海洋生物学 生物分类学1.2 进化的重要性使生物学不同分支联系起来的唯一的重要主题便是进化。进化的理论v 1
2、801年，拉马克首次对进化的机制进行完整的阐述。他认为一个成熟的生物体为了生存的需要必须具备一些新的特征，然后再把这新的性状遗传给下一代。v 遗传是由基因控制的，因此后天获得的性状是不可能遗传给后代的。这一理论在今天看来显然是不对的。v 1859年，达尔文发表物种起源，提出了自然选择的原理。认为对周围环境具有良好适应能力的个体才能更好地生存下来。v 变异是进化的一个重要因素，生物体会产生有利于生存的变异，也会产生不利于生存的变异，为什么不利性状最终会从种群中消失呢？因为不利于生存的变异个体不能很好地适应环境，逐渐被自然环境所淘汰掉，联系到我们的自身和现状，我们更应该好好学习，掌握好生存的本领，
3、这样才能找到适合的工作在这个星球上生存下去。1.3 生命的组成所有生物分属5个界：即原核生物界；原生生物界；真菌界；植物界；动物界。界特征特征生物原核生物单细胞、原核，无核膜和其他特化区域细菌原生生物单细胞、真核，有核膜和许多特化内部结构原生动物植物多细胞，真核，自己制造食物蕨类、树真菌多细胞或单细胞、真核，类似植物，从环境中摄取食物酵母、霉菌动物多细胞、真核，必须捕获现成的食物进行内部消化下面我们一起来回答几个问题v 1 对生物学家来说，生命最本质的是 （A）精神上的；（B）物化上的； （C）机制上的；（D）以上均不正确这个答案应该是B，这体现了马列主义的物质第一性原则。v 2 谁认为物种是
4、不变的 （A）拉马克； （B）特创论学者 ；（C）进化学家；（D）生态学家这个答案是B，特创论者其实就是神学论者，他们认为上帝造人，其他的物种也都是与生俱来的。v 3 进化和自然选择是同一概念。 （A）对 （B）错这是错误的陈述，应该选择B。达尔文提出了自然选择的进化原理，但很显然这两个概念是不能等同的。而且新的进化论也不能只用自然选择来解释了。v 4 拉马克认为获得性状是可以遗传的。 （A）对 （B）错拉马克的确是这么认为的，所以选A。v 5 进化是发生在不再改变的地球上的过程。 （A）对 （B）错这显然是错的v 6 人和猿属于同一物种。 （A）对 （B）错v 7 细菌的细胞有很大的细胞核。
5、 （A）对 （B）错细菌是原核细胞生物，严格的讲没有真正的细胞核，因为没核膜，遗传物质只位于细胞的中心区域。第二章 生命的化学：无机的观点2.4 水的特殊性质v 1. 水是极性分子，它能促进许多分子分离为离子，它也能溶解许多无机和有机分子，提高了物质的复杂性。在控制生物特性如肌肉收缩、渗透性和神经刺激传导中起很重要的作用。如果水的摄入不足，人的运动能力就会下降。v 2. 水是自然界中比热最高的物质，即水能吸收大量热量而温度变化相对较小。这一性质有助于阻止温度的剧烈变化。温度的剧烈变化对细胞中的许多大分子具有破坏作用。海水相当于一个巨大的温度调节器，所以沿海地区的气候和内陆地区的气候有着明显的不
6、同，在沿海昼夜的温差是很小的，而在内陆昼夜的温差极大，甚至可以相差几十度。v 3. 水是无色透明的。这一性质保证了光合作用和视觉的正常工作，因为这两个反应都需要光。眼睛玻璃体里就是房水，它能保证光的透过，把光照到视网膜细胞上，转化成神经冲动，在大脑里反映出人看到的物象。2.5 维持生命系统中pH值的稳定性v 大多数有机体中的pH值一般接近中性。人体血液的pH值是7.35，但只要变化0.1个单位，就会对人体产生严重的伤害。胃是比较特殊的器官。胃的pH只有2左右。v 代谢反应产生的过量的H+和OH-可被缓冲体系中和或吸收。这些缓冲体系常由一种弱酸和弱酸盐组成。如血液中是碳酸根离子系统，而在某些细胞
7、中是醋酸根离子系统。问题v 如果一种溶液对变形虫来说是等渗溶液，而对于螃蟹来说是高渗溶液，把变形虫和螃蟹都放在这种溶液中，水将流入哪种动物体内？ （A）变形虫； （B）螃蟹； （C）二者都不 （D）二者都这个题的答案是C。等渗溶液也就是说溶液的浓度和变形虫的体液浓度是样的，所以变形虫不会失水也不会吸水；高渗溶液也就是说外面的溶液浓度比螃蟹的体液浓度高，螃蟹将会失水。而问题问的是水将流入哪种动物体内，答案当然是C。第三章 生命的化学：有机水平在这一章我们将介绍三种重要的高分子化合物的结构和功能3.1 碳水化合物碳水化合物的一般通式CX（H2O）Y表示。碳水化合物包括糖。最基本的糖单位是单糖，包含
8、37个或更多个碳原子，但大多数的单糖含有6个碳原子，称为己糖，如常见的葡萄糖和果糖。有一段时间人们认为碳水化合物这个概念不正确，应该叫糖，后来人们又觉得糖的概念太小了，所以又重新将这类化合物称为碳水化合物，所以在生物学书籍上看到这两个概念时，要知道它们是差不多的意思。v 糖的缩合反应糖可通过缩合反应或脱水反应聚合起来，一个糖的OH和另一个糖的H结合失去一分子水形成两个糖之间的COC连接。缩合反应可不断进行以至形成二糖、三糖和多糖。多糖分为：1.糖原是存在于高等动物体内的多糖，是储存能量的主要分子由葡萄糖组成高度分支2.淀粉是植物中的多糖由葡萄糖组成有直链和支链两种3.纤维素是植物中的多糖长而无
9、分支是植物细胞壁的主要成分v 人的血糖调节血糖主要指血液中的葡萄糖。当血糖浓度升高时，人体会释放胰岛素到血液中去，它可促进葡萄糖糖原的合成；相反，当血糖水平低时，人体会释放肾上腺素和胰高血糖素，它们可以激活糖原磷酸化酶，促进糖原葡萄糖的降解。3.2 蛋白质构成蛋白质的基本单位是氨基酸，其结构式为：v 蛋白质的缩合反应一个氨基酸的羧基去掉一个OH，而另一个氨基酸的氨基去掉一个H，这样也是失去一分子水，形成羧基与氨基相连的肽键。可形成二肽、三肽和多肽与糖的聚合有相似之处，都是脱掉一分子水。v 蛋白质的结构一级结构指的是蛋白质中氨基酸的连接顺序，这是DNA编码决定的。现在大家看到的蛋白质是胰岛素，共
10、有两条链，我们分别把它们叫做A链和B链，两条链之间还有二硫键相连。胰岛素是我国科学家首先人工合成出来的。但是这发生在上世纪60年代，当时由于闭关锁国，我们的这一成就没能申请诺贝尔，据称这是我们国家自然科学中迄今唯一可能获得诺贝尔奖的研究成果。二级结构是一级结构中氨基酸的相互作用，从而导致氨基酸链的折叠、缠绕甚至打摺。典型的二级结构有-螺旋和-折叠以及胶原蛋白的三螺旋结构。引起这种变化的主要是分子间的氢键。三级结构是在二级结构基础上进一步发生显著的改变，形成超折叠或复杂的缠绕，从而是蛋白质分子成为高度复杂的球形三维结构。这种改变主要来自于分子间的氢键、二硫键和电荷的相互作用。四级结构：一些蛋白质
11、实际上是由两个或多个肽链组成的，多个肽链聚集在一起形成一个单一功能蛋白质就是蛋白质的四级结构。与代谢有关的许多酶都是由46个多肽亚基组成。接下来我们在看一张图片从总体上再次对蛋白质的结果进行把握。v 特殊的蛋白质酶酶分子中具有一个特殊的区域，即活性位点，可以和底物结合，所以酶是有专一性的。酶在生物体内起催化作用，主要由蛋白质组成，其催化反应的速度是未催化反应速度的106108倍。v 必需氨基酸蛋白质是由20种天然氨基酸组成的，通常生物可将一种氨基酸转化为另一种氨基酸，因此生物所消化的食物不需要具有全部的20种氨基酸。然而有89种氨基酸，如色氨酸和苯丙氨酸，并不能由其他氨基酸转化，必须从食物中摄
12、取，这些氨基酸就叫必需氨基酸。之所以在这里我们说有8-9种是必需氨基酸是因为有一种氨基酸还没确定到底是不是必需的。v 缺乏必需氨基酸的后果缺乏必需氨基酸会导致合成错误的蛋白质，甚至不能合成某些蛋白质，这意味着关键酶和结构蛋白无功能或根本不存在。此外，生物体常将自身的蛋白质降解成组成氨基酸。如果这部分蛋白质的损失不能通过摄入蛋白质进行及时的补充，氮的摄入量低于降解量，将导致负氮平衡，逐渐地造成肌肉和其他重要器官的萎缩，最终导致死亡。许多非洲儿童因为饥饿长期得不到蛋白质的补充，肌肉和重要器官逐渐萎缩，这种病有时候是不可逆的，也就是说即使病后补充营养物质也很难消除已经出现的病症，最后患者将会在长期的
13、营养缺乏过程中病逝。接下来回答一个问题v 下列食品中哪些含必需氨基酸比较丰富？ （A）肉类； （B）乳制品； （C）蔬菜3.3 脂类的结构和功能v 脂类的的基团比碳水化合物和蛋白质更具多样性，因此也更难分类。在生物体内有功能的脂类主要有以下几大类： 1.中性脂（甘油三酯）2.磷脂3.类固醇4.蜡 v 甘油三酯是三个脂肪酸分别连接于甘油的三个羟基上。脂肪酸可根据他们的饱和程度分类。牛肉和猪肉中的脂肪酸都是饱和的，而鱼和蔬菜中的脂肪酸多是不饱和的。v 磷脂的结构和甘油三酯在化学结构上相似。甘油的前两个羟基分别与两个脂肪酸形成酯键，第三个羟基与磷酸相连。因此磷脂具有极性，这种特性可保证脂类在水相（如
14、血）中的运输。v 类固醇是由四个相互连接的碳环组成，三个为六元环，一个为五元环。胆固醇是细胞膜的重要成分而且与许多器官如神经和血液的正常功能有关如导致动脉硬化维生素D性激素肾上腺皮质激素v 蜡是高级醇与长链脂肪酸形成的醇酯。蜡是叶子、茎、毛发、皮的表面重要的结构脂类，有屏障的保护作用，防止水分蒸发，有时也能构成坚硬的结构，如蜂巢。我们一起看几个问题。v 脂肪有哪些功能？1.脂肪作为能量储存物质，其所含键能比碳水化合物和蛋白质都高，因此脂肪在储存能量的时候比碳水化合物占用更少的空间，具有更轻的重量，因为在碳水化合物的储存过程需要水的参与，而脂肪在中间转化和储存的过程中都不需要水。1g碳水化合物氧化约产生4.3kcal能量；1g蛋白质氧化约产生4.6kcal能量；1g甘油三酯氧化约产生超过9kcal能量2.脂肪形成垫保护身体的内部器官，在许多哺乳动物中，皮下脂肪可作为绝缘层抵御低温环境。因此从某种程度上讲，脂肪对于动物来讲是进化上的一个进步。更多思考题。v 三个单糖分子聚合成三糖产生多少个水分子？v 通常的食糖是一种二糖，由哪两种己糖组成？v 哪种多糖与动物体有关？v 自然界中存在多少种组成蛋白质的氨基酸？v 肽
