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1、生命科学导论,主讲： 邱勇隽,个人介绍,姓名：邱勇隽 Email： 电话：64253904 2001-2009年在凯赛生物研发中心工作9年,参考书籍,基础生命科学（II）吴庆余 高等教育出版社 生命科学导论 张惟杰 高等教育出版社 生物学导论 吴相钰等译 高等教育出版社,课程安排,成绩评定,平时占30%，满分30分，上课会点名签到，每次点名不到者扣5分，上课回答问题有加分； 期末考试占70%，考试为开卷，满分100分，考试题型为判断题20分/20题、单选题20分/20题、多选题30分/15题、名词解释15分/5题，这些考试内容主要考察本课程的基本概念，论述题15分/1题，主要考察本课程知识的应
2、用,第一章 绪论,什么是生命？ 为什么要学习生命科学？ 学习什么？ 怎么学？,什么是生命？,从生物学角度的定义 从物理学角度的定义 从生物物理学角度的定义 “生命”的完整的、系统的定义,从生物学角度的定义,由核酸和蛋白质等物质组成的多分子体系，它具有不断自我更新、繁殖后代以及对外界产生反应的能力。,从物理学角度的定义 “负熵”,热力学第二定律任何自发过程总是朝着使体系越来越混乱、越来越无序的方向，即朝着熵增加的方向变化。 生命的演化过程总是朝着熵减少的方向进行，一旦负熵的增加趋近于零，生命将趋向终结，走向死亡。,从生物物理学角度的定义,从生物物理学角度的定义的三要素：物质、能量、信息。 生命就
3、是在生物体的整个运动过程中，贯穿了物质、能量、信息三者的变化、协调和统一。,！,“生命”的完整的、系统的定义,生命是主要由核酸和蛋白质组成的具有不断自我更新能力的多分子体系的存在形式，是一种过程，是一种现象。,！,生命的物质基础是蛋白质和核酸 生命运动的本质特征是不断自我更新，是一个不断与外界进行物质和能量交换的开放系统 生命是物质的运动，是物质运动的一种高级的特殊存在形式,生命的涵义,！,生命的本质特征,化学成分的同一性 严整有序的结构 新陈代谢 应激性和运动 内稳态 生长发育 繁殖与遗传 适应 个体发育和系统进化,！,1.化学成分的同一性,生物体是由蛋白质、核酸、脂类、糖类、维生素等多种有
4、机分子以及C、H、O、N、P、S等无机元素组成 蛋白质：由20种氨基酸组成 核酸：由8种核苷酸组成 各种生物编制基因程序的遗传密码是统一的， 各种生物都是以ATP(三磷酸腺苷)为贮能分子,2.严整有序的结构,生命的基本单位是细胞 细胞的结构 整个生物界是一个多层次的有序结构,2、严整有序的结构,植物细胞结构图,个体,系统,器官,组织,细胞,亚细胞,分子,严整有序的结构,3.新陈代谢,生物体不断地吸收外界的物质，在生物体内发生一系列变化，最后成为代谢最终产物而被排出体外 合成作用（anabolism）：从外界摄取物质和能量，将它们转化为生命本身的物质和贮存在化学键中的化学能 分解作用（catab
5、olism）：分解生命物质，将能量释放出来，供生命活动之用,新陈代谢获得和利用能量,根据获得能量的方式，可将生物分为两大类： 自养生物：利用外界的太阳能或其它热能将CO2生成为有机化合物的生物，包括所有植物和某些细菌。 异养生物：自身不能利用外界的太阳能或其它热能将CO2合成为有机化合物，只能利用现成有机化合物作为能量来源的生物，包括所有动物和真菌，绝大多数细菌和病毒。,！,4.应激性和运动,生物接受外界刺激后会发生反应，生物的运动受神经系统的控制,5.内稳态,生物体在没有强烈的外界因素的影响下，有某些机制使其内环境能保持动态稳定性,具有稳定的内环境(homeostasis),体液pH值的生理
6、功能,6.生长发育,生物体能通过新陈代谢的作用而不断地生长、发育，其中遗传因素起决定性作用，而外界环境也有很大影响,发育个体的生活史,非细胞形态的病毒和单细胞的细菌。 多细胞动植物都有特征性的生活史： 蝴蝶的羽化：幼虫变蛹，羽化后变为成虫。 青蛙的变态: 由蝌蚪转变为青蛙。 哺乳动物的发育: 青春期，进入性成熟。 冬小麦的春化: 由营养生长进入生殖生长。 个体的阶段发育伴随着形态和生理变化。 个体发育的过程是物种进化过程的演示,7.繁殖与遗传,生物体能不断地繁殖下一代，使生命得以延续 生物的遗传是由基因决定的，生物的某些性状会发生变异；没有可遗传的变异，生物就不可能进化,自组织：病毒的结构,8
7、.适 应,适应的含义： （1）生物的结构都适应于一定的功能 （2）生物的结构和功能适应于其在一定环境条件下的生存和延续 适应是生物界普遍存在的现象,适应,生态水平：随季节气候变化的居群调节。 种群水平：阿拉斯加旅鼠为种群的延续采取集体自杀行为。 个体水平：为适应气候变化冷血动物的冬季休眠。 细胞水平：炭疽芽孢杆菌在恶劣条件下的细胞生成芽孢。 分子水平：热激条件下，细胞合成分子伴侣蛋白保护蛋白质使其不发生变性。 逆境调控：逆境条件诱导特别的基因表达。,旅鼠种群的自我调节自杀,个体发育和系统进化,西番莲是热带藤本植物，展足蛾产卵于叶面，西番莲的蜜腺象卵，起到保护叶子的作用。,人类的眼睛存在重大的“
8、设计” 错误，结构不合理。,进化眼睛的演变,生命科学,教材P9 生命科学是研究生物体及其活动规律的科学，广义的生命科学还包括生物技术、医学、农学、生物与环境、生物学与其它学科交叉的领域。,！,生物与生命,生命泛指所有的生物和广义或抽象的生物活动现象 生物特指某一种具有生命特征的个体或群体,！,为什么要研究生命科学,生命科学与社会可持续发展； 生命科学与了解自我； 生命科学自身发展的需要; 生命科学与人类社会的发展息息相关。,！,生命科学与社会可持续发展,社会发展带来许多严重问题：人口爆炸、粮食短缺、环境污染和资源枯竭等全球性问题困扰着人类，可持续发展已成为全球的呼声。在这种大背景下，人们对生命
9、科学寄予很大希望。 生命科学与农业可持续发展，能源问题，人类健康，维持地球生态环境，与伦理道德问题等都发生着十分密切的关系。,21世纪将面临的许多世界性的难题,人口膨胀 粮食紧张 环境污染 能源紧缺 遗传疾病,！,生物能源,能源危机是人类即将面临的巨大挑战。 煤炭资源尚可开采100年、天然气40年、石油50年。 全球石化能源消耗量在1992年至1999年间增加了10，能源消费在未来20年内还将以平均2的速度增长。 随着社会与经济的发展，我国对能源的需求将会不断增加，2000年能源消费总量达12.8亿吨标准煤，比1990年增长30。,能源危机,温室效应,过去1000年地球表面温度,碳的循环,化石
10、燃料的使用不可再生,太阳能,大气（CO2）,燃烧（利用）,开采,化石燃料,形成（数百万年）,生物质 （数百年）,热能进一步转化成其它能量形式,碳的循环,生物能源的使用可再生,太阳能,大气（CO2）,转化（利用）,生物质 （一年数年）,热能进一步转化成其它能量形式,生物能源的种类,生物乙醇 生物汽油 生物柴油 生物制氢 ,二、生命科学与了解自我,人类自身健康的需求： 传染疾病：SARS、AIDS、肝炎、流感等； 遗传疾病：色盲、白化病等； 代谢疾病：高血压、高血脂、高血糖等。 保健品、健康饮食、食品安全和安全用药等 人类自身的未解之谜 起源、进化与灭绝； 寿命,生命中有待揭示的奥秘,确定蛋白质的
11、结构； 合成人工生命； 预防、诊断和治疗医学； 人类种群史的再建； 重构生命进化步骤。,三、生命科学自身发展的需要基础科学,生命科学研究生命体的生命活动现象及其本质，以及生命与环境之间的相互关系。 生命科学和数学、物理、化学一样是一门基础学科，只有了解了基础才可能进一步开发各种应用技术。,生 物 学,生命科学与其它学科的关系,生命科学是发展迅速的一门学科。它的发展与其它学科的发展密切相关，也推动了其它学科的发展。 比如化学、物理学、机械学、数学、信息学、电子学、资源学、环境科学等等。 表现出在生命科学范围内的大综合、大交叉的特点。,生命科学与化学,化学向生物学渗透产生了生物化学、生物无机化学、
12、分子生物学。 化学所提供的理论和方法，在生命科学众多领域中发挥了重要作用。 对生命过程中的化学问题的研究正在成为化学发展的主要方向之一。 生物的物质和能量转换、生物膜与物质定向转运、酶的定向设计和功能模拟、生物大分子的组装和功能等。,生命科学与数学,数学作为方法工具和数学模型，在遗传学和生态学研究中曾发挥过重大作用。 如生物统计学、生态学等。 对生命系统 (脑，发育，生态系统) 中非线性问题研究，需要分维几何，混沌和分叉理论等新兴数学。 破译人类基因组的 “遗传语言” 等，是对数学的又一个挑战。,生命科学与环境科学,异生物质的降解降解物种的分离和构建； 超级细菌清除石油污染 环境检测分子探针、
13、生物传感器； 生物修复水葫芦的治理。,生命科学与信息技术,大规模数据处理和信息储存、交换能力也是未来生命科学研究的必要保障。 生物信息学、计算生物学、DNA计算机。 “信息高速公路”，使各地的生物学家、化学家、物理学家和计算机专家通过基于计算机的网格分享和分析数据。,生命科学与材料科学,生物材料的开发； 生物材料的生物相容性； 细胞亲和性好； 降解速度可控制。 可降解塑料； 抗菌材料。,生命科学与社会学,克隆人技术； 食品安全； 基因工程食品的安全； 新物种带来的生态灾难； 人类基因组计划会不会威胁个人隐私； 试管婴儿、器官移植等； 需要从法律、法规的角度研究和规范，把生命科学与生物技术研究纳
14、入人们可接受的法制轨道，从而产生一些交叉学科，其中包括生命法学和医学伦理学等，以适应社会发展需要。,生命科学将成为中心学科,近300年来（1720世纪），物理学一直作为带头学科。 20 世纪后期分子生物学取得突破性成就。 生命科学将成为21世纪自然科学的带头学科，在多学科领域发生交叉，正在逐渐成为一门中心科学。 当前自然科学的带头学科开始从物理科学向生命科学转移,生命科学与人类社会的发展息息相关,农业方面 医药卫生方面 轻工业、食品工业、酶工程 其他方面,农业方面,遗传育种农作物、畜牧业的优良品种 生物杀虫剂 生物肥料,无籽西瓜,医药卫生方面,新的抗菌素、疫苗 免疫学：提高了异体器官移植的成功
15、率，并发现了自体免疫疾病的病因 基因工程菌与基因疗法：胰岛素、干扰素、生长激素、淋巴细胞活素、血纤维蛋白溶解剂、白蛋白、血因子、单克隆抗体、DNA探针等,轻工业、食品工业,酶工程 食品、医药、发酵、日用化工、轻纺、制革、水产、木材、造纸、能源、农业、环保等经济部门 发酵工程 酿酒制曲、味精、抗菌素、维生素等,其他方面,细菌造雪 细菌保护古建筑 无法假冒的生物笔 微生物采矿,细 菌 造 雪,美国科学家发现假单胞菌能在寒冷的环境中将水雾凝结成雪花,细菌保护古建筑,在含钙的情况下能够形成钙的微晶体，以保护古建筑,学什么,生命的化学、细胞、代谢、遗传、分子生物学、进化、生态、健康与疾病、生物技术,学什么,生命的化学组成 生命的基本单位：细胞 能量与代谢 生物的遗传和变异 生物与环境：生态学 传染与免疫：人类健康与重大疾病预防 现代生物技术：生物技术与人类未来,学什么,基本概念和理论 通过实例学习解决问题的方法 最新进展,几个简单的问题,生物题：先有鸡还是先有蛋？,几个简单的问题,数学题：1+1=？,非生物专业学生学习本课程的意义,知识交叉是创新的基础，只有创新，事物才能发展。 非生物类专业的学生学习生命科学知识将会拓宽自己的知识面和思考问题、解决问题的思路。 找到所学专业与生命科学知识的结合点，有所收获。 通过这门课的学习，增强环境保护、生态平衡、可持续发展的意识。,
