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1、从事某一种职业 的训练和准备,1高等教育的目标,有一定专业方向的全面素质的培养，面对多方面的挑战,一.非生物类大学生为什么要上生命科 学知识课？,人是物的附件,以人为本,职业教育,全面素质教育,着重点: 人格的养成; 思辨能力和思维习惯的养成; 分析、把握和解决问题能力的养成。,哈佛大学核心课程主要包括六大门类,公共基础, 各国文化 历史研究 文学美术 道德伦理 科学（数学、生命科学） 社会分析,17世纪中叶牛顿经典力学， 18世纪中叶(蒸汽机)工业革命 19世纪中后电气革命 20世纪初量子、相对论和核物理标志物理学革命性飞跃。 20世纪上半叶被称为 “现代物理学黄金半世纪” 物理学主导着工业
2、革命和经济发展 带动了天文、地质、气象、化学等学科发展,二、21世纪是生命科学的世纪,1、带头学科 17-20世纪物理学一直作为带头学科！,1） “牛顿以来的物理学把宇宙统一为一个整体，同时却把世界一分为二物理世界和生物世界”。,2、二十一世纪生命科学成为带头学科,近代物理学家薛定谔（Erwin Schrodinger,1887-1961），试着跨越物理世界/生命世界之间难以逾越的鸿沟；所写的小册子生命是什么是一个伟大尝试。,2）面对复杂系统的许多问题，科学界把目光转向生命科学，寻求 新的概念、新的观点、新的思路。,维纳（N、WRENER）控制论的 奠基人 控制论（关于在动物和机器中控制 和通
3、讯的科学） 贝塔朗菲（L、BERTALANFFY）生物学家，系统论的奠基人机体生物学 申农 （SHENAN） 信息论的 奠基人 信息论在生命科学中得到广泛应用,棘手的社会问题,生物学经历了三个发展阶段： 描述生物学阶段 （19世纪中以前） 实验生物学阶段（19世纪中到20世纪中） 现代或创造生物学阶段 （20世纪中以后）,3）面对工业发展所带来的愈益严重的社会问题 3、从传统生物学到现代生命科学 生命科学能够迎接21世纪的挑战,主要从外部形态特征观察、描述、记载各种类型生物，寻找他们之间的异同和进化脉络 达尔文 物种起源（1859）,1） 描述生物学阶段（19世纪中以前）,2）实验生物学阶段（
4、 19世纪中到20世纪中） 利用各种仪器工具，通过实验过程，探索生命活动的内在规律 巴斯德曲颈甑实验证明“种质论”批驳“腐生论” 3）创造生物学阶段（20世纪中以后）分子生物学和基因工程的发展使人们有可能“创造”新的物种。,4、生命科学如何才能发挥它的重要作用？,现代仪器设备的武装是生命科学发展的必要条件（仪器设备）,生命科学必须和物理科学、工程科学等其他学科相结合（其他学科结合）,从我国科学发展规划看生命科学的重要性（资金支持）,1）从我国科学发展规划看生命科学的重要性,2）生命科学必须和物理科学、工程科学等其他学科相结合,21世纪是生物的世纪，但生物学要有大突破必须寻求物理学科等其他学科的
5、支持。,世界著名大学着手组建生命科学和其他学科交叉渗透的综合实验中心。,斯坦福大学 朱棣文(物理学)和詹姆斯斯布迪许(生物学)等建立一个研究中心，50名成员。（Bio-X计划） 3）现代仪器设备的武装是生命科学发展 的必要条件,普林斯顿大学 以发育生物学家谢利蒂夫曼为首，集中12名资深教授 (生物学、物理学、化学、数学、工程)成立崭新的研究中心,三 生命科学向我们每个人走来,1、生存与健康 2、交叉学科和边缘领域同时提供机会与挑战 3、生命科学渴求各个领域优秀人才的参与,1、生存与健康,另一方面人类面临一批新型疾病的威胁 心血管病 糖尿病 艾滋病 癌症 新传染病(03，SARS；04 、12禽
6、流感；) 8t 2、交叉学科和边缘领域同时提供机会与挑战,一方面医疗保健的发展,生活质量的提高, 使人均寿命延长,机会和挑战,3、生命科学渴求各个领域优秀人才的参与,物质运动形式有机械、物理、化学和生命运动。 机械运动最简单，所以力学最先走向成熟成为近代科学的带头学科；由于现代科学对物理与化学运动的研究已有长足的进展（分析仪器和手段），进军最复杂的生命运动已是科学发展的必然。,天然生物和生物医学材料，仿生和组织工程材料，模仿生物学（信息仿生、控制仿生、拟态仿生、建筑仿生、化学仿生、整体仿生），生物传感器（酶、免疫、微生物、声波生物、光生物传感器）涉及生命方面的研制都需要多领域的通力合作。,生命
7、？,四、生命是什么？,活的？ 海水，河流，火山，树，鸡；都属生命？ 生命应该具备以下基本特征： 1.新陈代谢(metabolism) 2.生长、发育和繁殖(growth,reproduction and development) 3.遗传、变异与进化(heredity, variation and evolution) 4.感应性和运动(irritability and movement) 5.内环境稳定(homeostasis) 上述的五个特征是生命与非生命的本质区别!,生命神秘，神妙和神圣(支原体1/10细菌，1/100哺乳动物细胞，千倍于H原子大小，内含2万个大分子，具完善的代谢和遗传功
8、能，独立生活),生物与自然界和它周围环境进行物质交换和相互作用的过程新陈代谢。,涉及物质代谢和能量代谢， 包括同化作用和异化作用 （合成和分解） 蜡烛燃烧产生 CO2+H2O 岩石风化变成 土壤 ？,1、新陈代谢,2生物的生长、发育和繁殖,(生物体一生所经历的从小到大生长；从幼到成熟，经衰老而死亡总的转变过程发育；发育到一定大小和程度时，产生后代繁殖）,3、遗传、变异和进化 (产生与自身相似后代的现象遗传；彼此与亲代及后代出现差异的现象变异;) (生物通过遗传、变异和自然选择，从低高，水陆，简复；逐渐的演变生物的进化),生物体对刺激发生反应并以某种运动形式应答外界刺激 感应性（应激性）和运动；
9、 所有生物都有，无论低等、还是高等生物，动物还是植物。,4、感应性和运动,第二章 生命的物质基础 一、生命的元素组成,在生物学和其他学科交叉的边缘学科中,生物化学在过去的几十年中发展特别快。 研究生物体的化学组成和研究生命过程中的化学变化，所得到的丰硕成果，是构成分子生物学和生物技术发展的重要基础。,组成生物体的元素有限，虽然在人体体中已检出60多种元素，但参与生物体组成和活动必需元素仅有26种。,1 哪些元素参与生物体的组成？,主要元素（11种）在人体中含量较多（含量在0.05%以上)。 微量元素（15种）在人体中含量很少（含量在0.05%以下)。,以人体为例，各种元素在人体中含量,用实验动
10、物饲养实验，研究元素在营养学上的必要性。证明某一种微量元素是生命必不可少的，至少需要做下面三个方面的实验，才能确定！,2、人体元素成分的营养学意义,1）让实验动物摄入缺少某一种元素的膳食,观察是否出现特有的病症。,2）向膳食中添加该元素后，实验动物的上述特有病症是否消失。 3）进一步阐明该元素在身体中起作用的代谢机理。,对主要元素重要性比较容易认识，微量元素的营养学研究很困难！ 一些元素1950或 1970年 以后才确证为人体必需微量元素。,3、元素生理作用的几个例子,例一、钙 (占体重0.3%) 1） 成年人体每天需要摄入多少钙？ 从粪、尿、汗中排出 320450 mg,吸收率约 40% 3
11、20 x 100/40=800 mg,婴儿（10个月） 400 mg 幼儿（3岁） 600 mg 少年（10岁） 800 mg 青年（1218岁） 1000 mg 老年 1200 mg 孕妇/哺乳 1500 mg,2）其他人体每天需要补充钙的数量,钙的作用？,3）钙参加几乎每一种生理代谢过程,Ca 在体内的分布 骨骼及牙齿 血浆和其它细胞 99% 1% 需要 Ca 参与的生理过程 肌肉：肌肉收缩 免疫： 白细胞吞噬功能 循环： 血液凝固 内分泌：激素分泌 毛细血管通透性 骨骼： 骨骼形成 微循环改善 神经： 神经肌肉应激性 泌尿： 生殖：,1% 为什么重要？,4）影响钙吸收的因素：维生素和激素
12、 维生素D,促小肠吸收钙 促骨骼钙化 促肾细胞回收钙,Ca 作为第二信使：肩负调节细胞内多种酶的活性，参与信息传递的功能！,血清钙,甲状旁腺素（PTH） 促骨骼释放钙 促肾细胞回收钙 促小肠吸收钙,血清钙,降血钙素（Calcitonin) 抑骨骼释放钙 抑肾细胞回收钙,血清钙,5）缺钙引起的疾病 婴、幼、少儿-佝偻病 老年人-骨质疏松症,三、生物小分子简介,1、水,地球上生命在水中孕育，陆生生物体内细胞也生活在水环境中。,2）水的特性和对生命活动的作用 较强的内聚力和表面张力，分子间以不稳定氢键连成网（维持时间短，脆、易裂开） 水是优质的溶剂，亲水分子电解质，疏水分子膜稳定； 较高的比热和蒸发
13、热 ,水占生物体的 60 以上的重量；,1）水是生命活动的必要条件！,无机盐,1）细胞中的无机盐一般以离子的形式存在 Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, HCO3-, HPO42-. 2）作用：调节渗透压 缓冲能力保证细胞和机体pH稳定 酶的调节因子和激活因子 合成有机物的原料,2、无机盐,人体各种体液的正常pH值,细胞中的各种离子具有一定的缓冲能力，使各器官组织细胞内的pH（在一定程度上）保持不变，以利于维持正常的生命活动。,生命存在真正基础 生物体的六种主要元素：占97%以上（C、H、O、N、P、S），六种元素按特定的方式结合在一起，组成生命的基本物质；它们具有一定的结构并
14、执行一定的功能。 这些元素是围绕“C”形成的特殊结构（以碳原子为主构成生物体的有机物）。,？,3、碳原子,2）“C”与“C”之间能连接成稳定的链式或环式结构。（自身） 3）“C”也能与H、O、S、P等形成共价键，成为特定的功能团，使含碳化合物具有不同的特性。氨基酸，单糖，脂类，核苷酸,1）“C”外层具4个电子，容易形成共价键,and,20 种天然氨基酸除甘氨酸外，都带一个不 对称碳原子碳原子，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。,成人体内有8种不能合成，称为必需氨基酸， Val（缬）、Leu（亮）、Ile（异亮）、Thr（苏）、Phe（苯丙）、Met（蛋）、T
15、rp（色）、Lys（赖） 除上述8种 婴儿(His)； 大白鼠(His，Arg)； 高等植物(自身全部能合成)； 玉米(Lys含量低)！,功能,氨基酸的功能： 1）组建蛋白质的元件 2）有些氨基酸或其衍生物：-丙氨酸，泛酸；酪氨酸衍生物，甲状腺素；r-氨基丁酸)具 有生物活性（代谢调节、信号传递等）,单糖,5、单糖(丙，戊，己，庚糖.）,多羟基醛或多羟基酮称为糖(多糖碳水化合物）。 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,结构,3）C1上羟基位置不同出现-，-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6碳糖在 C5 位上羟基有固定结构方向， 天然单糖大多数是 D-型糖。,4）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 5）各个 C 上羟基位于环上或环下,6、核苷酸,苷核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,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（C
