《生命科学》B大纲1.docx

1、生命科学B大纲1全校性通识课生命科学导论（B区）教学大纲重庆工商大学环境与生物工程学院李鑫 张渝文编第一讲 生命系统与生命科学一、为什么要学习生命科学知识？1、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2、生命科学是21世纪自然科学的带头学科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 （1）分子生物学的发展是生物科学发展史上的一个重要的里程碑（2）DNA重组技术（3）原生质体融合技术（4）人类基因组计划3、生命科学充满未解之谜“猛犸之谜” “恐龙灭绝之谜”龟鳖家族的长寿之谜4、生命科学与人类社会的发展息息相关（1）农业方面（2）医药卫生方面（3）

2、轻工业、食品工业、酶工程（4）其他方面二、生命的起源和定义 1、生命的定义：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。 2、生命的起源：（1）宗教认为上帝创造了生命（2）古代人认为生命是自然发生的（3）达尔文的探索:达尔文用自然选择学说解释生物进化有以下5要点:a遗传b变异c繁殖过剩d生存斗争e适者生存（4）奥巴林的生命起源假说（5）米勒的实验生命起源于无机物 3、生命的本质特

3、征（1）化学成分的同一性: 生物体是由蛋白质、核酸、脂类、糖类、维生素等多种有机分子以及C、H、O、N、P、S等无机元素组成。（2）严整有序的结构|生命的基本单位是细胞整个生物界是一个多层次的有序结构：细胞 组织 器官 系统 个体种群群落生态系统（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（catabolism） 分解生命物质，将能量释放出来，供生命活动之用。（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

4、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。（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。（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。（8）适应 适应是生物界普遍存在的现象适应的含义：生物的结构功与功能相适应 生物的结构和功能与环境相适应。三、生物学发展阶段： 生物学经历了三个发展阶段： 描述生物学阶段 （19世纪中叶以前） 实验生物学阶段（19世纪中到20世纪中） 创造生物学

5、阶段 （20世纪中叶以后） 第二讲 生命的物质基础第一章 生物体的元素组成原子总共有100多种，大约30种元素参与生物体的组成常量元素：是指一些在生物体中含量较高的元素，至少占体重的万分之一以上。如：碳、氢、氧、氮，磷、硫、钠、钾、镁、钙、氯等；微量元素：是指一些在生物体中含量甚底的元素，一般在百万分之一级。如：铁、氟、锌、硅、硒、锰、碘、钡、锶等等。第二章 人体必需的微量元素微量元素的营养学研究困难大得多微量元素在营养学上是必不可少的第三章 生命的物质基础一、 遗传信息的存储和传递者核酸1、核酸的化学结构：碱基+戊糖 =核苷+ 磷酸=核苷酸聚合=核酸 （1）5种碱基：嘌呤类两种：腺嘌呤A和鸟

6、嘌呤G 嘧啶类三种：尿嘧啶U、胞嘧啶C和胸腺嘧啶T（2）2种戊糖：核糖、脱氧核糖2、核酸的分类核酸分为： 脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid DNA) DNA含G、A、C、T四种碱基和脱氧核糖核糖核酸(Ribonucleic acid RNA) RNA含G、A、C、U四种碱基和核糖3、DNA的结构（1）DNA的碱基组成A+G=C+T、G=C、A=T同种生物的不同组织的碱基组成相同，不同生物的同种组织的碱基组成不同。年龄、营养、环境不影响碱基组成。（2）DNA的一级结构（3）DNA的二级结构(双螺旋)：一种十分稳固的结构（4）DNA分子结构的某些特征4、RNA的结构（1）单

7、链 （2）局部碱基能配 对形成双螺旋，不能配对的区域形成突起(环) （3）核糖核酸(RNA)分为：信使RNA(mRNA) 、转运RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA)二、遗传信息的表达者蛋白质1、氨基酸（1）氨基酸的通式：组成蛋白质的常见氨基酸有20种，通式如右图R不同，组成的氨基酸就不同（2）氨基酸的分类：20种氨基酸中有8种不能由人体合成，必须从外界摄取，称为必需氨基酸，8种必需氨基酸为 缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、色氨酸、赖氨酸 2、蛋白质的结构（1）.一级结构：肽键，肽链，氨基酸排列顺序等（2）.二级结构：肽链的主链在空间的走向，螺旋，折叠和转角（3）三级

8、结构：亲水基位于球体表面，疏水基位于球体内部，球状蛋白溶于水（4）.四级结构：多亚基构成的寡聚蛋白结构，均一寡聚蛋白由相同亚基构成；非均一寡聚蛋白由不同亚基构成（5）蛋白质的空间作用力：氢键、盐键(离子键)、疏水键、范德华力 、二硫键和脂键三、生命过程的催化剂酶1、酶的概念：酶是生物活体细胞产生，以蛋白质为主要成分，具催化功能的一类生物催化剂。2、酶的作用机制：（1）只催化热力学允许的反应（2）只加快反应速度，不改变反应平衡点（3）对正逆反应催化作用相同（4）降低反应活化能3、酶的催化特点：（1）反应条件温和（2）高效（3）专一（4）多样（5）受多因素影响四、生命过程的碳源和能源糖类1、单糖丙

9、糖 戊糖 己糖2、寡糖（1）麦芽糖 (maltose)：两分子葡萄糖由糖苷键连接，具还原性（2）蔗糖 (sucrose)： 由一分子葡萄糖和一分子果糖通过糖苷键连接而成，无还原性（3）乳糖(lactose)3、多糖（1）均一多糖：淀粉 糖原 纤维素（2）非均一多糖：透明质酸 软骨素五、生命体的重要构件和储能物质脂类一、 1、脂肪（三酰甘油） (fat)：甘油和脂肪酸结合而成，室温下，液态的称为油，固态的称为脂2、类脂(lipoid)：（1）细胞膜的主要结构成分，有极性的头部和两条疏水的尾部（2）磷脂 糖脂 固醇 萜类六、维持生命的重要小分子物质维生素1、维生素A （视黄醇）2、维生素D 3、维

10、生素E 4、维生素K （血凝维生素）5、维生素C （抗坏血酸）6、维生素B 七、水：生命体的重要组成（生物体内所占比例最大的化学成分） 八、无机盐第三讲 细胞一、 细胞的化学组分水: 85% ；无机盐: 1.5%；蛋白质 : 10% 脂质 : 2% 糖类: 0.4% DNA : 0.4% RNA : 0.7% 1、原核细胞：支原体、细菌、蓝藻（1）遗传物质仅一个环状DNA（2）无核膜（3）无细胞器, 无细胞骨架（4）以无丝分裂或出芽繁殖2、真核细胞：有三大结构体系（1）生物膜系统 质膜、内膜系统（细胞器）（2）遗传信息表达系统 染色质(体)、核糖体、mRNA、tRNA等等（3）细胞骨架系统 胞

11、质骨架、核骨架3、植物细胞特有的结构：（1）细胞壁（cell wall)（2）叶绿体（chloroplast)（3）大液泡（vacuole)（4）胞间连丝（plasmodesmata)4、真核细胞和原核细胞的区别原核细胞真核细胞细胞核有明显核区，无核膜、核仁有核膜，核仁细胞器无线粒体，能量代谢和许多物质代谢在质膜上进行有线粒体，能量代谢和许多合成代谢在线粒体中进行核糖体分布在细胞质中，沉降系数为70S分布在内质网膜上，沉降系数为80S 二、细胞学说的主要内容和生物学意义主要内容（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）新细胞由老细

12、胞繁殖产生。生物学意义细胞学说的提出先于进化论约20年，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。三、生物膜系统1、质膜：由磷脂双分子层和膜蛋白组成2、内质网：靠近细胞核外侧，由单层生物膜折叠而成（1）基本类型：糙面内质网和光面内质网（2）功能：蛋白质的合成、脂质的合成、蛋白质的修饰和新生多肽的折叠与组装（3）信号假说3、高尔基体：远离核的一组小囊和小泡，单层生物膜功能：蛋白质修饰与加工（糖基化等），蛋白质的分选、蛋白质和脂质的运输和蛋白质分泌等4、溶酶体：是胞质中一类包着多种水解酶的小泡 ，从高尔基体断裂而来。溶酶体的功能：消化

13、细胞内吞的食物，为细胞提供营养清除衰老的细胞器防御功能乳腺和蝌蚪尾巴，靠溶酶体吞噬5、线粒体：由双层膜的内膜折叠而成（1）形态结构：有外膜、内膜、脊、基质和膜间隙等组成（2）主要功能：线粒体是细胞进行氧化呼吸，产生能量的地方，在线粒体中进行的代谢途径主要有氧化磷酸化参与脂肪酸代谢6、叶绿体（1）形态结构：由双层膜组成，包括：基粒、类囊体、内膜和外膜（2）功能：光合作用四、细胞核与染色体1、核被膜： 核外膜 面向胞质，表面附有核糖体颗粒，与内质网相连 核内膜 面向核质，表面无核糖体颗粒，有核纤层的结合位点 核孔复合体 核膜上的选择性双向亲水通道2、染色质和染色体 染色质 (chromatin)

14、间期细胞内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构 染色体（chromosome） 细胞在分裂过程中，由染色质聚缩而成的棒状结构3、核糖体：核糖体是合成蛋白质的细胞器，主要成分蛋白质，RNA功能 按照mRNA 的指令合成多肽链五、细胞的增殖与分化细胞分化（cell differentiation）：胚胎细胞分裂后的未定型细胞或简单可塑性细胞，在形态和化学组成上向专一性或特异性方向转化，演变为特定细胞类型的过程。细胞分裂方式：1、无丝分裂：原核生物以细菌为例，细胞分裂比较简单。 细胞生长增大到一定程度，DNA 复制，形成两个 DNA 分子，分别移到拉长了的细胞两端，中间形成新的细

15、胞间隔，进而形成细胞壁，成为两个细胞。这个过程称为二分分裂。2、有丝分裂: 有丝分裂过程： 分裂间期：细胞内进行着大量的生物合成。如DNA、蛋白质的合成期前期: 染色质浓缩，折叠，包装，形成光镜下可见的染色体，每条染色体含 两条染色单体。 中期: 核膜消失，染色体排列在赤道板上。 后期: 姐妹染色单体分开，被分别拉向细胞两侧。 末期: 重新形成核膜，染色体消失。 细胞质分裂:胞质形成间隔，最终分开为两个细胞。3、减数分裂: 减数分裂发生在产生生殖细胞的过程中。生殖细胞包括卵细胞和精子细胞。它们的遗传物质总量仅为体细胞的一半，称为 n 细胞。减数分裂后，细胞中染色体数目减少一半。减数分裂可以分为

16、两个阶段： 第一次减数分裂：DNA复制一次，细胞分裂一次。 第二次减数分裂：DNA不复制,细胞再分裂一次。总之，减数分裂就是 DNA 复制一次，细胞连续分裂两次，结果由一个 2n 细胞分出 4 个 n 细胞减数分裂丰富基因组合 减数分裂的特点: 一是子细胞染色体数减半; 二是子细胞基因组合大为丰富。经由减数分裂产生的生殖细胞，其基因组合表现极大的丰富和多样化。结果是, 有性生殖的后代具有更丰富的基因组合，具有更强的适应性和进化潜能。减数分裂的分期：第一次减数分裂：前期、中期、后期（染色体减半）、末期第二次减数分裂前期、中期、后期、末期高等生物形成体细胞时进行有丝分裂，形成生殖细胞时进行减数分裂

17、第四讲 遗传学 遗 传：生物世代间的延续 变 异：生物个体间的差异 遗传学：研究生物的遗传与变异的学科一、孟德尔学说的重要意义 1、孟德尔第一次明确提出遗传因子的概念, 并且提出了遗传因子控制遗传性状的若干规律：1）大多数生物体通常由 一对遗传因子（后来称为两个等位基因）控制同一性状。这样的生物体称为2n 个体。 2）遗传因子可以区分为显性和隐性。 3）控制不同性状的遗传因子是各自独立的。2、孟德尔提出了杂交、自交、回交等一套科学有效的遗传研究方法，来研究遗传因子的规律。孟德尔创立的这套方法一直沿用到 1950s，才被分子遗传学方法取代。二、遗传的中心法则：遗传信息储存在DNA中，DNA通过转

18、录生成 mRNA，mRNA再通过翻译生成蛋白质，从而完成遗传信息的表达过程。三、DNA的半保留复制 DNA在自我复制的过程中，两条双链打开，以形成的两条单链为模板，各自合成一条与之互补的新链。新形成的两条双链DNA中各含有一条旧链和一条新链，所以称为半保留复制。四、性状是由基因与环境共同作用的结果显性基因 显性性状隐性基因 隐性性状致死基因 致死作用1、常染色体上的显性基因遗传：人类耳垂人类多指软骨发育不全2、常染色体上的隐性基因遗传：白化病先天性聋哑先天性高度近视3、伴性遗传连锁的显性遗传病抗维生素性佝偻病X连锁的隐性遗传色盲X连锁的隐性遗传血友病Y连锁遗传(限雄遗传)人类的耳道长毛症4、从

19、性遗传:常染色体上的基因，表现受个体性别的影响. 人类的秃顶：男性显性，女性隐性 羊角： 雄性显性，雌性隐性5、性别决定 型 雄性有两个异型性染色体， 人类，哺乳动物，果蝇等 型 雌性有两个异型性染色体， 鸟类，蝴蝶等 型 雄性只有染色体，没有染色体。 蝗虫：雄性是， 雌性是1单倍体决定性别蜜蜂 雄性为单倍体(n),由未受精卵发育而来, 无父亲 雌性为二倍体(2n),由受精卵发育而来环境决定珊瑚岛鱼：在3040条左右的群体中,只有一条为雄性,当雄性死后,由一条强壮的雌性转变为雄性.6、性别畸形：（1）Klinefetter综合症(先天性睾丸发育不全) 外貌男性,睾丸萎缩,具有乳房,不育, 低智

20、商 身高183 cm 占1/260; 染色体组成: 47, XXY 在男性不育中占1/100（2）Turner综合症（性腺发育不全） 外貌女性，个矮（1.3m左右）第二性征发育不良，原发性闭经，肘外翻，盾状胸，35%有心血管病，智力低下或正常. 染色体组成：45, X0（3）XYY或多个Y个体 占男性的1/2501/500，个高（1.80 m以上) , 外貌男性,病症类似 47,XYY,智力一般较低,性格粗暴,易冲动,生殖器官发育不良,多数不育 ,有人认为患者有反社会行为.（4）多X女性 表现为女性,眼距宽,外生殖器及第二性征多正常,有的月经失调,类似21三体,智力发育迟缓.（5）男性阴阳人

21、具有正常男性的染色体组成（46，XY).外观多呈女性，不育病因： 雄性激素受体基因突变（6）女性阴阳人 第二性征多呈男性病因：基因突变导致雄性激素产生五、生物的变异 染色体的畸变 基因突变1、染色体的数量变异Down氏综合症（21三体）群体发病率1/650症状:眼裂小，舌常外伸并有舌裂，掌纹异常，生长迟缓，智力低下病因：47（2n+1),21号染色体多一条2、染色体的结构变异人类的猫叫综合症： 患儿发出咪咪声，耳位低下，智商仅2040.病因：第5号染色体缺失（短臂缺失）3、基因突变基因的结构发生改变，编码氨基酸的DNA碱基发生变化，通常有碱基替换，移码突变等。三联体密码改变，编码的氨基酸、蛋白

22、质的结构功能随之改变。诱发基因突变的因素又称诱变剂. 常见的诱变剂有： （1） 烷化剂：引起DNA中A和G，T和C碱基转换 （2） 碱基类似物：以假乱真，如：5-Bu，2氨基嘌呤 （3） 造成DNA增加或减少一、二个碱基：丫啶类染料，氮芥类衍生物等六、遗传与优生 遗传病：是指遗传物质改变而导致的疾病 遗传病诊断与治疗遗传病：人类中有约10%的人患有单基因遗传病，约20%的人患有多基因遗传病，还有染色体病等，粗略估计，约25%的生理缺陷、30%的儿童死亡和60%的成年人疾病都是由遗传疾病引起的，约1/3的人受遗传病所累。由于表现程度不同，往往不大注意。我国每年出生的1500多万个婴儿中，3%（约

23、36万）出生缺陷，其中80%是遗传因素造成的。智商（IQ）低于70者占总人口的2.2%，其中严重智力低下者约占0.2%（约200多万）。遗传病也是造成人类寿命缩短的主要因素.遗传病诊断：临床水平细胞水平染色体、细胞、组织检查分子水平一是检测基因产物-蛋白质、酶的量和活性。二是检测酶促反应底物或产物的变化.基因水平核酸分子杂交法、PCR法、限制性内切酶法、核酸测序法等.优生学（1）预防性优生学（负优生学）： 研究降低产生不利表现型的不利基因的途径。A、开展婚前检查B、禁止近亲结婚C、提倡适龄生育：20岁以下年轻母亲所生子女中，先天畸形发生率比2534岁者要高50%，40岁以上母亲所生子女中，先天

24、愚型的发病率要比2534岁者高10倍。D、开展遗传咨询E、开展产前诊断F、妊娠早期避免接触致畸剂：如链 霉素可致胎儿听神经受损，氯霉素可致灰色综合症，电离辐射可致胎儿生长缓慢（2）演进性优生学（正优生学）： 研究增加产生有利表现型的有利基因频率的方法第五讲 现代生物技术（上）一、生物技术的概念与特点：概念：生物技术，是生物科学与工程技术有机结合而兴起的一门综合性科学技术。特点：以生物科学为基础，运用先进的科学原理和工程技术手段来加工或改造生物材料，如DNA、蛋白质、染色体、细胞等，从而生产出人类所需要的生物或生物制品。二、生物技术的类型：现代生物工程： 基因工程 发酵工程 酶工程 细胞工程三、

25、基因工程的概念和步骤：20世纪70年代随着DNA重组技术的出现而发展出来。对基因进行加工，使生物体发展成为新的有机生物体。是生物工程四兄弟中发展最迅速，威力最大的一个。 基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。这种技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。基因工程通常包括如下五个步骤： （1）获得需要的目的基因（外源基因）。 （2）经过限制性内切酶酶解和连接酶作用，形成重组DNA分子，并对其加以克隆和筛选。 （3）用重组DNA分子（重组质粒）转化受体细

26、胞，使之进入受体细胞并能够在受体细胞复制和遗传。（4）对获得外源基因的受体细胞（转化子）进行筛选和鉴定。（5）对获得外源基因的细胞或生物体通过发酵、细胞培养、养殖或栽培等，最终获得所需的遗传性状或表达出所需的产物。 基因操作的工具基因的剪刀限制性内切酶（一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子）分布：主要在微生物中。作用特点：特异性，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。结果：产生黏性未端（碱基互补配对）。被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，它们之间正好互补配对，这样的切口叫做黏性末端。举例：大肠杆菌的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在

27、G和A之间切开基因的针线DNA连接酶 基因的运输工具运载体（如质粒、噬菌体和动植物病毒等） 基因的运载体：外源基因（如抗虫基因）导入受体细胞（如棉花细胞）需要运输工具运载体。运载体的作用： 1、作为运载工具，将外源基因转移到受体细胞中去。 2、利用运载体在受体细胞内，对外源基因进行大量复制。运载体必须具备的条件： 1、能够在宿主细胞中复制并稳定地保存； 2、具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接； 3、具有某些标记基因，便于进行筛选。（如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等 ） 质粒是基因工程最常用的运载体，它广泛地存在于细菌中，是细菌染色体外能够自主复制的很小的环状DNA分子，大小只有

28、普通细菌拟核DNA的百分之一。质粒能够“友好”地“借居”在宿主细胞中。一般来说，质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性的作用。但是，质粒的复制则只能在宿主细胞内完成。基因工程常用的受体细胞有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。四、基因工程的成果与发展前景 1、基因工程与医药卫生 生产基因工程药品 用于基因诊断与基因治疗 2、基因工程与农牧业、食品工业培育高产、稳产和具有优良品质的动植物新品种（转基因番茄，转基因大豆， 转基因棉花等）培育具有各种抗逆性的动植物新品种为人类开辟新的食物来源：转基因食品转基因食品（genetically modified foods, GMF) 是

29、由细胞DNA中经非生殖方法插入了特定外源基因或基因片段，并获得某种良好性状的动物、植物或微生物制成的食品。 例如抗虫害、抗病毒、抗杂草的转基因玉米、黄豆、油菜、土豆、西葫芦等。全球种植的转基因作物主要是大豆、玉米、棉花和油菜。目前，国际上进行实验室研究和田间实验的转基因作物种类较多，但批准商业化种植的转基因作物种类却只有几十种。转基因食品的安全性问题 美国宣称转基因食品与传统食品一样，是安全的，对人体无害，迄今没有报告表明转基因农产品给人体健康造成了危害。 欧盟等国家认为转基因食品应用于生产和消费的时间尚短，食品的安全性和可靠性都有待于进一步的研究和证明，转基因食品可能会导致一些遗传学或营养成

30、分的非预期改变，可能会对人类健康产生危害。1）转基因产品对人体健康可能产生的影响： 该类食品携带的抗生素基因有可能使动物与人的肠道病原微生物产生耐药性，这是人们最关心的问题。 抗虫农作物体内的蛋白酶抑制剂和残留的抗虫内毒素，可能对人体健康有害。有人认为，抗虫农作物体内的蛋白酶抑制剂和抗虫内毒素，既然能使咬食其叶片的昆虫的消化系统功能收到损害，那么谁又能担保其叶片、果实、种子不会对人畜产生类似的伤害呢？ 随着基因改造的抗除草剂农作物的推广，可能导致除草剂的用量增加，从而导致除草剂在食品种残留量加大。 转基因作物中病毒基因有可能与浸染该植物的其他病毒进行重组，产生新病毒或超级病毒。 转基因生物作为食品进入人体，可能使人出现某些毒理作用和过敏反应，国外已有