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1、南京工业大学江苏南京浦口区浦珠南路30号2023年11月1日生物技术概论第一讲 绪论1、 非生物学专业的本科生为什么要学习生命科学课程?一、 生命科学与人类和社会的联系比其他任何学科都更紧密；二、 生命科学知识的普及是提高新世纪大学生整体素质的有效途径。三、 生命科学是21世纪自然科学的带头学科；四、 生命科学、生物技术与人类社会的发展息息相关（工业、农业、医药。）。2、 什么是生命？（生命或生物体的基本特性）细胞是生物的基本组成单位（病毒除外）；新陈代谢、生长和运动是生命的基本功能；生命通过繁殖而延续，DNA是生物遗传的基本物质； 生物具有个体发育和系统进化的历史；生物对外界可产生应激反映和
2、自我调节，对环境具有适应性。3、生命科学与生命技术的发展生命科学：是研究生物体及其活动规律的科学，广义的生命科学还涉及生物技术、生物与环境、生物学与其他学科交叉的领域。生物技术：也称生物工程是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础学科的科学原理，采用先进的工程技术手段，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需的产品或达成某种目的。生物技术一般分为：发酵工程，酶工程，细胞工程，基因工程，生物化学工程等。4、 生命科学的三大基石。细胞学说、进化论和遗传学。第二讲 生命的起源与进化宗教认为上帝发明了生命古代人认为生命是自然发生的达尔文的探索奥巴林的生命起源假说米勒的实验生命起源于无
3、机物1、 生命究竟是如何起源的，有机体能自发地由非生命物质随时形成吗？18世纪意大利科学家斯帕兰札尼(Spallanzan)的实验:置于烧瓶中的肉汤加热沸腾后让其冷却，开口的烧瓶中不久就繁殖生长出许多微生物；但加了瓶塞与外界隔离的烧瓶中就没有出现微生物。这一实验结果为解决上述的争论提供了重要的线索。巴斯德的实验：将烧瓶瓶口做成弯曲细长的玻璃管。巴斯德的实验结论：所有生物只能来源于生物，从非生命物质中绝对不也许随时自发地产生出新的生命个体。2、 地球上的第一个生命是如何而来的？ 在生命物质与非生命物质之间没有不可逾越的鸿沟；地球初期化学演化的结果。3、奥巴林的生命起源假说。 192023苏联生物
4、化学家奥巴林院士提出“化学进化”假说：原始地球环境可以产生组成生物体的糖、脂类、蛋白质和核酸等大分子结构单元，甚至到生物多分子体系，但还没有出现真正的生命，这一时期称为化学演化期或前生物期。4、从化学演化期到产生最简朴的生命形式涉及4个阶段：一、氨基酸、核苷酸等有机单体分子的非生物合成和积累；二、有机单体分子在非生物体系中聚合成多聚体；三、多聚体整合为多分子体系颗粒（原球体）；四、代谢与遗传体系的形成和进化，最终产生出最简朴的生命形式原核细胞。5、原始地球条件：一、没有氧气，最初形成的生命物质不会被氧化降解；二、能量输入紫外线辐射；三、其他因素如粘土矿物的化学催化作用、太阳和紫外线辐射对有机分
5、子的浓缩作用、火山爆发形成的特殊环境和条件等。（模拟原始地球条件进行实验-Miller实验）6、生命起源的基本条件：原始大气、能源(热能)、原始海洋。原始大气：海洋是生命的摇篮，但是生命化学演化的最初舞台是原始大气，而不是海洋。具有还原性。能源(热能)：热能、太阳能、放电。原始海洋：同原始大气一起，由地球内部产生的。7、生命起源的重要阶段：一）无机小分子生成有机小分子（米勒实验，1953）；二）有机小分子生成生物大分子（蛋白质、核酸）陆相起源说：由有机小分子物质聚合成大分子的反映，是在火山附近局部地区的高温条件下发生的，生成的大分子再经雨水冲刷到海洋中。因此这一派的模拟实验重要是将氨基酸或核苷
6、酸的混合物在无氧的干燥条件下，加热到一定的温度使其发生热聚合。如福克斯等的实验。海相起源说：认为在原始海洋中，氨基酸和核苷酸可附着在粘土等物的活性表面上，在有适当的缩合剂（如当时也许有羟胺类化合物）的条件下，可发生聚合反映。8、 关于最简朴生命形式起源的几个假说：Oparin的团聚体学说： 蛋白质和核酸等生物大分子聚合在团聚体内并具有类似于膜那样的边界，其内部的化学特性显著区别于外部的溶液环境。团聚体是一种多分子体系，它具有一定的生命现象。Fox的微球体学说： 微球体可以从外界吸取更多的生物多聚体分子，使得微球体上产生出芽，甚至形成新的微球体脂球体学说： 磷脂与蛋白质混合在一起形成外形类似于细
7、胞并具有双层膜的结构。9、代谢系统的进化一、最原始的生命形式或最早出现的细胞应当是异养的。二、光合作用的进化产生出光能自养细胞（条件：自然选择压力）。自养细胞出现的意义：不仅可为异养细胞提供继续生存的营养物质及能量，更改变了地球的环境（氧气和臭氧层的出现）。10、RNA最也许成为最早的遗传物质（因素）：一、实验显示，试管中RNA链可以自发地延伸和复制；二、Cech和Altman发现，某些RNA具有像酶同样的化学催化活性；三、RNA组成及三维空间结构的多样性和稳定性；四、偶尔以RNA为模板合成了DNA链，后者贮存和复制遗传信息比RNA更稳定也更有效，生命起源初期RNA发挥重要作用的时代便让位于D
8、NA-RNA-蛋白质共同作用的时代。11、Darwin主义包含了两方面的基本含义：（1） 现代所有的生物都是从过去的生物进化来的；（2） 自然选择是生物适应环境而进化的因素。核心思想：自然选择,适者生存。12、 生物性状和特性变化往往是环境和遗传互相作用的结果。13、 自然选择导致生物进化生物进化：是指地球上的生命从最初最原始的形式通过漫长的岁月变异演化为几百万种形形色色生物的过程。自然选择：实质上是自然环境导致生物出现生存和繁殖能力的差别，一些生物生存下去，另一些生物被淘汰。14、自然选择和基因库：自然选择作用下群体水平的进化实质上反映了生物基因库的变化。基因库是一种生物群体所有遗传基因的集
9、合，它决定了下一代的遗传性状。生物细胞中同源染色体上的一对等位基因可以决定生物个体的某一性状。物种形成的机理物种：是生物分类的单元，更是遗传生殖和进化的单元。种群：是同一物种的一群个体，享有共同的基因库。同一种群生物个体之间的交配便导致了彼此间的基因交流并保持着基因库的稳定。地理隔离：Darwin将某些地理障碍如大的山脉、峡谷、海洋等把生物互相隔开称为地理隔离。生殖隔离：地理隔离导致小种群间基因交流的阻断使基因库的差异越来越大，最终出现了生殖隔离，即不同小种群间的个体不能彼此交配和产生有生殖能力的后代。1、生物进化的证据比较解剖学证据：退化器官痕迹、反祖现象；比较胚胎学证据：亲源关系相近的生物
10、在它们发育过程中有相同的发育阶段；分子生物学证据：亲源关系近的生物，其DNA或蛋白质有更多相同性。反之亦然。2、人在生物界的地位和特性：一、人的细胞结构属于真核细胞；二、人种或种族：根据肤色、发型、鼻型等体质特性，人类通常被划分为4种类型（黄、白、黑、棕）；三、不同人群存在地理隔离和文化隔离，但是并没导致生殖隔离。3、人类文化发展的阶段狩猎与积聚 农业的发展 工业革命 信息技术革命 生物技术革命4、身体内细菌作用一、帮助我们消化食物；二、合成维生素等必需的营养素；三、调节免疫系统，帮助战胜癌细胞。5、人类在进化中发明了不断发展的文化一、人类在进化中发明了不断发展的文化，反过来，人类文化的发展又
11、改变了生物进化的进程；二、人类出现及迅速发展成为地球上最庞大的种群，大大加快了地球环境的改变；三、人类文化发展随着的负面效应与人类文明相背离，是当今人类社会面临的最严重挑战。第三讲 生命的单位细胞细胞是组成生物体的基本单位细胞学说：由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。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）新细胞由已经存在的细胞分裂产生。1 为什么说细胞是生命的基本单位？细胞是生命的基本结构单位，所有生物都是由细胞组成的；细胞是生命活动的功能单位，一切代谢活动
12、均以细胞为基础；细胞是生殖和遗传的基础与桥梁；具有相同的遗传语言；细胞是生物体生长发育的基础；形状与大小各异的细胞是生物进化的结果；没有细胞就没有完整的生命（病毒的生命活动离不开细胞）。2 细胞学说的科学意义 细胞学说的提出先于进化论约2023，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。3 细胞的基本概念原核细胞、真核细胞.在真核细胞中，按照细胞的营养类型，可分为自养与异养，还可将大部分真核细胞分为植物细胞和动物细胞。原核细胞 遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状DNA构成；细胞内没有核膜和具有专门结构与功能的细胞器的分化 。
13、4、 细胞的基本结构与功能细胞膜和细胞壁细胞膜 又称质膜，具有半透性，可选择地让物质通过；它尚有一些细胞辨认位点如激素的受体、抗原结合点等，具有接受外界信息、与外界通讯等功能。细胞壁 植物细胞的细胞膜外尚有细胞壁，具有支持和保护植物细胞的功能。细胞核核被膜 包在核外的双层膜，外膜可延伸与细胞质中的内质网相连。一些蛋白质和RNA分子可通过核被膜或核被膜上的核孔进入或输出细胞核。染色质 是核中由DNA和蛋白质组成并可被苏木精等染料染色的物质，染色质DNA具有大量基因片段，是生命的遗传物质。核仁 是核中颗粒状结构，富含蛋白质和RNA，核糖体的装配场合。染色质 和核仁都被液态的核基质所包围。细胞器细胞
14、膜内是透明粘稠并可流动的细胞质基质，细胞器分布在细胞质基质中。细胞器重要涉及：内质网、核糖体、高尔基体、溶酶体、线粒体、质体、微体、液泡、微管、微丝等。有的细胞表面尚有鞭毛或纤毛。线粒体 是细胞呼吸和能量代谢中心。有两层膜，线粒体基质中还具有DNA分子 和核糖体。叶绿体 植物光合作用的细胞器。有两层膜，也具有环状的DNA和核糖体。内质网 光面内质网与脂类合成和代谢有关。糙面内质网膜上附有颗粒状的核糖体。糙面内质网合成并运送蛋白质。核糖体 是细胞合成蛋白质的场合。高尔基体 是细胞分泌物的加工和包装场合，最后形成分泌泡将分泌物排出体外。还与植物分裂时的新细胞壁和细胞膜的形成有关。溶酶体 是单层膜小
15、泡，由高尔基体断裂而产生, 内含多种水解酶, 可催化蛋白质、核酸、脂类、多糖等生物大分子，消化细胞碎渣和从外界吞入的颗粒。细胞骨架 由微管、肌动蛋白和中间丝构成的，维持着细胞的形态结构和内部结构的有序性。生物膜及其假设模型生物膜各类细胞器的膜（如内质网膜、内囊体膜等）、质膜和核膜在分子结构上基本相同，它们统称为生物膜流动镶嵌模型：有序性、流动性、不对称性（生物膜的结构是与其功能相一致的。）物质的跨膜运送被动运送 自由扩散、协助扩散积极运送 钠钾泵（动）、质子泵（植）、协同运送胞吞和胞吐作用生物大分子或颗粒物质的运送物质的跨膜运送比较类别被动运送积极运送方式自由扩散协助扩散运送方向高低高低低高载体蛋白不需要需要需要能量不需要不需要
