普通生物学chapter1-2.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,学习普通生物学的,意义,：,生物界既有极大的多样性，又有高度的统一性。生命科学内容丰富，是完整的系统的知识体系。因此普通生物学应该成为生物学专业学生的一门基础课，一个首先必须达到的知识平台。,普通生物学是一门具有通论性质的课程，它帮助学生了解生命科学的,全貌,和获得,普遍,的,规律性,知识。,生物界是由多个结构层次组成的。既要重视分子、细胞层次的生物学知识，同样不可忽视宏观层次的生物学知识。,科学无国界，生物学没有国界。,生命科学博大精深,。,前言,考试和考查,本课程的考核分为平时成绩、期末成绩和实验成绩三部分：,平时成绩,30%+,期末考试成绩占,60%+,出勤率,10%=100%,计划学时数：,48,学时,任课教师：杨红,Tel:[phone] yanghongdzkd,生物圈,(biosphere),：生物和它所居住的环境共同组成生物圈。包括岩石圈（含土壤在内），水圈，大气圈。,1.,绪论：生物界与生物学,细胞,组织,器官,系统,个体,种群,群落,生态系统,生命圈,生物界是一个多层次有序结构：,新陈代谢,一些物质被生物体吸收后，在其中发生一系列变化，最后成为代谢过程的最终产物被排除体外，这就是新陈代谢,(metabolism),。,合成代谢,：从外界摄取物质和能，将它们转化为生命本身的物质和储存在化学键中的化学能。,分解代谢,：分解生命物质，将能量释放出来，供生命活动使用。,生物体的新陈代谢也是严整有序的过程，是由一系列酶促化学反应所组成的反应网络。,耗散结构,：生物体通过增加环境中的的熵值，使环境的无序性增加来创造并维持自身的有序性的。生物的这种有序结构称为耗散结构。,稳态,即稳定的状态。细胞，个体，群落，生态系统在没有激烈的外界因素影响下，也都是稳定的。,生物体有许多调节机制用来保持内部条件的相对稳定，并且在环境发生某些变化时也能做到这一点。这个特性称为稳态。,应激性,生物体感受变化或刺激并作出有利于保持其体内稳态，维持生命活动的应答，称为应激性。,包括两个过程：一是对刺激的感受，二是反应。反应的结果使生物趋吉避凶。这些就是应激性,(irritability),。如一块腐肉能招来苍蝇，植物的向光生长等。,生物界有多种多样感受刺激和作出反应的机制。,动物的感觉器官和运动器官是应激性高度发展的产物。,生殖和遗传,任何一种生物个体都不能长久存活，它们通过,生殖,产生子代使物种得以延续。,遗传,：子代与亲代之间，在形态构造、生理机能上都很相似，这种现象称为遗传,(heredity),。,变异,：亲代和子代之间，子代个体之间不会完全相同，总会有所差异，这种差异称为变异,(variation),。,生长发育,生物的生长是细胞体积或数量的增长。,从生物体吸收的营养物转化为细胞的组分，中间发生了一系列的变化，在精确调控下完成的。,发育是和生长密切相关的过程，在多细胞生物的生活史中，发生了一系列结构和功能的变化，包括组织器官的形态建成、性成熟、衰老等。,发育是一种被精确调控的程序性变化过程。,进化,：群体或物种在连续的世代中发生的遗传改变和相关表型变化，也包括在漫长历史时期中生物和环境的相互作用和它们之间协同进化,(evolution),。,进化和适应,选择使生物一代代更加适应它所处的环境。,适应,每一种生物都有自己特有的生活环境，它的结构和功能总是适合于在这种环境条件下的生存和延续。,适应,(adaptation),是生命所特有的现象。但适应也总是相对的。,1.2,生物界是一个多层次的组构系统,生物界的复杂性首先表现在它是一个多层次的组构系统。,这些层次是：细胞器、细胞、组织、器官、系统、个体、种群、群落、生态系统。,双名法,：,18,世纪林奈提出用两个拉丁名作为物种的学名。一个属名，一个种名。每个物种都有一个双名命名的学名，这种命名的方法就是双（二）名法。例如：家犬的学名是,Canis familiaris,。,Canis,是属名，,familiaris,是种名。,1.3,把生物界划分为,5,个界,分类阶元,有：界，门，纲，目，科，属，种，亚种等。,比如，家犬的分类学地位是：动物界，脊索动物门，哺乳动物纲，食肉目，犬科，犬属。,生物的分界,：,二界系统分类，五界系统分类，三界系统分类，其他分类。,五界系统分类，,1967,年生态学家惠特克（,R.H.Whittaker,）把生物分为五界：原核生物界、原生生物界，真菌界，植物界，动物界。,原核生物：都是单细胞生物，原核细胞，营养方式多样,。,原生生物：大多数是单细胞生物，也有一些简单的多细胞生物，它们被认为是单细胞原生生物的直接后裔。营养方式多样。,原生生物：,green algae,綠藻、,Chromista,原藻界、,radiolaria,放射蟲、,alveolate,蜂窩狀的,(ex,：,foraminifera,有孔蟲,),、,Rhodophyta,紅藻植物門、,slime molds,黏菌、,Plantae,植物界、,Animalia,動物界、,Fungi,真菌,(,蕈,),類。,植物界、真菌界、动物界都是多细胞真核生物，营养方式的差异是分类的依据。,病毒是非细胞形态的生物。,生产者,消费者,分解者,食物链（网）,物质循环,能量流动,1.4,生物和它的环境形成相互联结的网络,化学成分的同一性,元素成分,：构成生物体的元素有,C,，,H,，,O,，,N,，,S,，,P,，,Ca,等元素，普遍存在自然界，并不存在生命所有特有的元素。,分子成分,：生物体含有多种无机化合物，还含有糖，脂，核酸，蛋白质，维生素等多种有机分子。,这些有机分子都是生命过程的产物，因此被称为生物分子。这些有机分子在各种生物中有着相同的结构模式和功能。它们的单体是相同的，并以相同的连接方式组成大分子。,这些都说明了生物界在化学成分上存在着高度的同一性。,DNA-RNA-,蛋白质的遗传系统是生物界统一的基础。,生物有一个共同由来，各种生物之间都有或近或远的亲缘关系，整个生物界是一个多分支的物种进化谱系。,1.5,在生物界巨大的多样性中存在着高度的统一性,1.6,研究生物学的方法,科学观察,感觉器官的观察，显微镜，先进仪器辅助观察,观察要客观，结果可检验，观察需要科学知识，尊重客观事实,。,假说和实验,实验不仅是某种精确的操作，而且是一种思考方式。,提出某种设想或假说，然后设计实验来验证这个假说。假说必须是可验证的，这是科学实验的重要原则。作为假说仅仅是对已知事实（实验结果）做出解释还是不够的。人们还必须能根据假说对新的未知现象作出预测，并在新的实验中得到验证。,假说,实验方法是生物学的基本研究方法之一。,With the scientific method,we pose and test hypotheses,The main steps of the scientific method,Observation,Question,Hypothesis,Prediction,Test:,Experiment oradditionalobservation,Test,does notsupport,hypothesis;revise hypothesis or pose new one,Test,supports,hypothesis;make additional predictions and test them,模型实验,不能直接用研究对象进行实验时，用模型代替研究对象来进行实验。,模型和原型必须有某种相似性，才有可能把模型的研究结果外推到原型客体。,模型可以是物质形式的，也可以是思维形式的。,动物模型代替人；,机械和电子模型对动物功能进行模拟实验,-,仿生学；用模型研究时间上极为遥远的事件；,抽象模型；计算机模拟。,生物学的分科,分类学和按生物类群或研究对象划分的科学：植物学，动物学，微生物学等。,按结构机能以及各种生命过程划分的科学：形态学，生理学，遗传学，胚胎学，生态学等。,按不同层次研究生物学的学科：种群生物学，细胞生物学等。,用物理学的化学的，数学的手段研究生命的科学或交叉学科有：生物化学，生物物理学，生物数学，仿生学等。,1.7,生物学和现代社会生活的关系,生物学对农业和医学的贡献。,生物学与环境问题。,人口，粮食，能源，环境,问题。,学习方法,内容繁杂，教科书内容丰富，,可读性强，图文并茂，,课外阅读内容多。,课程结构脉络理清楚，抓重点，重,概念,。在理解的基础上记忆。,1,抓重点，突出基础性,2,融会贯通，突出综合性、整体性和统一性,3,联系实际，灵活运用,4,增强多学科交叉意识，为跨学科学习和研究奠定基础,5.,了解人类自身，增强健康意识，建立科学的世界观,2.,生命的化学基础,The Chemical Basis of Life,2.1,原子和分子,2.1.1,生命需要约,25,种元素,元素由原子组成，原子是物质的最小单位，比原子再小的颗粒就失去了元素的特性。,生命需要约,25,种元素,其中，,C,，,H,，,O,，,N,，,P,，,S,，,Ca,的含量约占细胞总重的,99.35%,；,Fe,，,Mn,，,Cu,，,Zn,，,Mo,，,Mg,等含量很少，是酶的辅助因子，在生命活动中有重要作用。,缺碘造成的甲状腺肿大,原子由质子（,proton,），电子,(electron),，中子,(neutron),组成。,电子云：运动着的电子占据的空间，形成所谓的电子云。,A.Helium atom,2,2,2,Protons,Neutrons,Electrons,Nucleus,6,B.Carbon atom,6,6,6,Protons,Neutrons,Electrons,Nucleus,同位素：质子数和电子数都相同，但中子数不同的原子称为同位素。,放射性同位素：原子核会自行衰变，产生粒子和能量，为放射性同位素。如,14,C,。,同位素示踪：放射性极易用照相底片或计数器检测出来，所以可利用放射性同位素显示某种原子在生物体内的来踪去迹。这种技术称为同位素示踪。,PET scanners use radioactive isotopes to create anatomical images,2.1.2,化合物由元素组成,原子之间由于电子的共用或得失，即化学键形成而生成化合物。化学键基本有两类：离子键和共价键,Na,Cl,NaCl,共价键由两个原子间共用一对或多对电子而形成，这样连接起来的两个或多个原子就是分子。,2.1.3,水是细胞中不可缺少的物质,(1),水是极性分子。水分子的共价键是极性共价键，水分子中的氧略带一点负电荷，氢略带一点正电荷，也就是说，水分子一端较正，另一端较负，是一个极性分子。,O,H,H,+,+,(2),水分子之间会形成氢键，从而连成一片。,Hydrogen bond,(3),由于氢键的作用，液态水中的水分子具有内聚力，表面张力也很大。,Insects can walk on water due to surface tension created by cohesive water molecules,(4),水分子之间的氢键使水能缓和温度的变化。所以只要温度上升几度，水就会吸收并储存很多能量。当水冷却时，又会形成更多的氢键，这时就会有热能释放出来，使冷却过程变慢。,氢键也使水分不易蒸发，使水的沸点高达,100,度，使地球上保持着大量的水，利于生命的存在和发展。,(5),冰比水轻。固态水比液态水的密度低有利于生物的生存。,(6),水是极好的溶剂。由于水是极性分子，所以带有极性的分子也非常容易溶于水。水是生命系统中各种化学反应的理想介质。,Ions in solution,Salt crystal,Cl,Na,+,Cl,Na,+,+,+,+,+,(7),水能够电离。生物体内带正电荷,H,+,的和带负电荷的,OH,必须处于某种平衡。,水的电离反应式：,H,2,O+H,2,O H,3,O,+,+OH,可以简化为：,H,2,O H,+,+OH,所以水是生命的介质，没有水就没有生命,。,酸雨来源于矿物燃料的燃烧，燃料中的硫和氮经燃烧变成氧化物，再与水蒸汽形成硫酸和硝酸，随雨水降落到地上就成了酸雨。,These acids can kill fish,damage buildings,and injure trees,2.1.4,化学反应使原子重组,生命现象的特点之一是新陈代谢，新陈代谢包括无数的化学反应。这些化学反应使生物体内众多物质千变万化。,化学反应并不能创造或破坏原子，它只能将原子重新组合，破坏已有的化学键，形成新的化学键,2 H,2,+,O,2,2 H,2,O,2.2,组成细胞的大分子,2.2.1,碳是组成细胞中各种大分子的基础,碳氢化合物：像甲烷这样的分子，仅由碳、氢两种元素组成，称为碳氢化合物。,碳骨架,(carbon skeleton):,含碳化合物的碳链称为碳骨架。碳骨架是许多有机化合物的基础。,Carbon skeletons vary in many ways,乙烷,丙烷,丁烷,异丁烷,1-,丁烯,2-,丁烯,环己烷,苯,功能团是参加化学反应的由原子组成的原子团。,重要的功能团有：羟基（,OH,），碳基（,CO,），羧基（,COOH,），氨基（,NH2,）。,2.2.2,细胞利用少数种类小分子合成许多种大分子,生物大分子有四类：蛋白质、核酸、多糖、脂类。前三类都是多聚体。,多聚体，是由相同或相似的小分子组成的长链，这种小分子称为单体。细胞利用单体组成多聚体。,单体组成多聚体的方式是脱水合成反应；多聚体通过水解反应形成单体。,Cells link monomers to form polymers by dehydration synthesis,（脱水合成）,1,2,3,Unlinked monomer,Removal ofwater molecule,1,2,3,4,Longer polymer,Short polymer,Polymers are broken down to monomers by the reverse process,hydrolysis,（水解反应）,1,2,3,Addition ofwater molecule,1,2,3,4,2.3,糖类,2.3.1,单糖和双糖,糖类（,carbohydrates,）是一大类化合物，从最简单的单糖到很大的多糖。,多糖是由单糖聚合而成的长链。,单糖,的分子式：,(CH,2,O)n,，其中,n3,。碳原子构成单糖的主要骨架。,葡萄糖,果糖,最常见的单糖是葡萄糖和果糖。细胞中用作燃料分子的主要是葡萄糖。,葡萄糖和果糖是异构体。以两种形式存在，醛糖和酮糖。醛糖分子中有醛基，酮糖分子中有酮基。,重要的单糖有：,丙糖,含三个碳原子的单糖，如甘油醛，二羟丙酮等。,戊糖，如核糖，脱氧核糖，核酮糖等。,己糖又称六碳糖，是最常见的单糖，如葡萄糖,果糖，半乳糖，甘露糖等。,葡萄糖的线状结构，环状结构和简化式,Many monosaccharides form rings,as shown here for glucose,双糖,在细胞中是由两个单糖通过脱水作用合成的。两个葡萄糖形成麦芽糖。一分子葡萄糖和一分子果糖形成蔗糖。,麦芽糖,2.3.1,多糖,多糖分子是由很多单糖分子（通常为葡萄糖分子）缩合脱水而成的分支或不分支的长链分子。常见的多糖有淀粉，糖原，纤维素。,淀粉,淀粉分子的通式为（,C,6,H,10,O,5,）,n,，,n,为,-D-,葡萄糖的数目，从数百到数千不等。淀粉是植物细胞中以贮藏状态存在的多糖。,根据链的分支与否可将淀粉分为直链淀粉和和支链淀粉。,直链淀粉遇碘变深蓝色，这是鉴定淀粉的简便方法。,糖原,糖原是动物细胞中贮藏的多糖。,纤维素,还有其他类型的多糖，如几丁质，果胶等。,糖原,淀粉,纤维素,2.4,脂类,2.4.1,油脂是脂质中主要的贮能分子。,脂质包括多种多样的分子，其特点是主要由碳和氢两种元素以非极性的共价键组成。由于这些分子是非极性的，所以脂类不溶于水，是疏水的。但都能溶于非极性溶剂，如乙醚，氯仿，苯中。,脂肪酸,Fats(,脂肪,),are also called triglycerides.,A triglyceride,（甘油三酯）,molecule consists of one glycerol,（甘油）,molecule linked to three fatty acids,脂类在细胞中有独特的生物学功能：是生物膜的重要成分；是储存能的分子；构成生物表面的保护层，如皮肤和羽毛以及果实外表的蜡质；是很好的绝缘体，能保持体温；有些脂类是重要的生物活性物质，如,VA,，,VD,，肾上腺皮质激素等。,2.4.2,脂类包括中性脂肪，油，蜡，磷脂，类固醇和萜类等。,Phospholipids are a major component of cell membranes,Waxes form waterproof coatings,Steroids,（类固醇）,are often hormones,胆固醇,类固醇药物称为促蛋白合成类固醇，是人工合成的类似雄性激素的药物。它能促进肌肉发达，增强体力，但有严重的副作用。,Use of these substances can cause serious health problems.,2.5,蛋白质,2.5.1,蛋白质为生命活动所必需,蛋白质在机体内的功能：,结构蛋白,是组成细胞和生物体结构的基础。,收缩蛋白,贮藏蛋白,防御蛋白,如抗体,转运蛋白,信号蛋白,酶,无论是生物体的结构还是每一种生命活动，都离不开蛋白质。,Proteins are the most structurally and functionally diverse of life,s molecules,Their diversity is based on different arrangements of amino acids,Each amino acid has specific properties,2.5.2,氨基酸,氨基酸（,amino acid,）是蛋白质的结构单体。天然氨基酸有,20,种。氨基酸的结构通式：,氨基,羧基,一个氨基酸中的,-,氨基和另一氨基酸中的,-,羧基脱水缩合，形成肽键。生成的化合物称为二肽。更多的氨基酸以同样方式加上去，形成的产物就是多肽。,多肽是由数个（几个至数千个）单体（氨基酸残基）组成的多聚体。,脱水合成,肽键,多肽发生水解作用时，一个水分子加上去，破坏一个肽键，于是一个氨基酸被释放出来，剩下的是比原来少一个氨基酸的多肽。,肽链有方向性，即一条肽链的两端有不同结构和性质：,一端的氨基酸残基带有游离氨基，称氨基端；,另一端的氨基酸残基带有游离羧基，称羧基端。,A protein,such as lysozyme,（溶菌酶）,consists of polypeptide chains folded into a unique shape,The shape determines the protein,s function,A protein loses its specific function when its polypeptides unravel,（拆开）,2.5.3,蛋白质的结构决定其功能,一级结构 氨基酸的排列顺序。,二级结构 有,-,螺旋，,-,片层结构等。,三级结构,一条多肽链的总的三维形状。,四级结构 由两条或多条肽链组成的蛋白质，有四级结构。组成这种蛋白质的各个多肽，称为亚基。四级结构是由各亚基之间形成的键所维持的。,-,片层结构,-,螺旋,肌红蛋白的三级结构,hGM-CSF,的三级结构,血红蛋白的四级结构,蛋白质的变构作用和变性,变构作用：蛋白质分子的空间结构发生变化，这一现象称为变构作用或别构作用。,变性：蛋白质在某些化学因素如重金属盐，酸，碱，有机溶剂作用下，或物理因素如加热，射线，紫外线的作用下，其空间结构发生变化和破坏，失去生物活性，这种现象称为变性。,蛋白质变性使高级结构破坏,变性后的蛋白质分子还能复性,2.6,核酸,核酸是生物大分子中重要的一类。分为核糖核酸,(RNA),和脱氧核糖核酸,(DNA),。,Nucleic acids such and DNA and RNA serve as the blueprints for proteins,They ultimately control the life of a cell,DNA,和,RNA,的结构单体是核苷酸。,一个磷酸分子,一个核苷酸分子 一个戊糖分子（核糖或脱氧核糖）,一个碱基 嘌呤（,A,G,）核苷,嘧啶（,C,T,U,）,糖,-,磷酸主链,磷酸基团,糖,含氮碱基,A,核苷酸的结构,核糖,脱氧核糖,核苷酸的结构,核糖核酸,(RNA),和脱氧核糖核酸,(DNA),DNA,分子是双链分子，其碱基包括,AGTC,。,RNA,分子是单链分子，其碱基包括,AGUC,。,基因：是,DNA,中特定的一段，它编码特定蛋白质中氨基酸序列。,2.6.2 DNA,的双螺旋结构,James Watson and Francis Crick worked out the three-dimensional structure of DNA,based on work by Rosalind Franklin,DNA,的双螺旋结构,两条互补链以反向平行的方式围绕同一个中心轴相互缠绕，组成双螺旋,带状模型,部分化学模型,计算机模型,DNA,三种模型,（,1,）两条互补链以反向平行的方式围绕同一个中心轴相互缠绕，组成双螺旋。两条链均为右手螺旋。,（,2,）,DNA,长链有方向性的，脱氧核苷酸通过,3,-5,磷酸二酯键连接在一起，形成脱氧核苷酸的聚合体。一端是,5,端（,5CPO,4,），另一端是,3,端（,3COH,）。,(3),嘌呤碱和嘧啶碱在双螺旋内部，磷酸根和核糖在外部。碱基的平面与轴垂直，糖的平面又与碱基的平面几乎垂直。,（,4,）螺旋的直径约为,2nm,，相邻碱基之间相距,0.34nm,并沿轴旋转,36,度。因此，整个螺旋每隔,10,个碱基后，每一个螺旋为,3.4nm,，又转回原位置。即每一个螺旋内有,10,个碱基对。,（,5,）,DNA,碱基配对原则是碱基互补。,AT,之间以,2,个氢键连接，,GC,之间以,3,个氢键连接。,（,6,）多核苷酸中碱基的序列不受限制。碱基对携带着遗传信息。,