生命科學導論

1、生命科學導論 劉貴忠思考題習題解答第一章1.生物同非生物相比，具有哪些獨有的特征 ？由于不可能對生命進行確切定義，但是我們可以將生命的基本特征總結如下：(1)生命的基本組成單位是細胞。(2)新陳代謝：生命體無時無刻都在進行著物質和能量的代謝，新陳代謝是生命的最基本特征。(3)繁殖：生物體有繁殖的能力。(4)生長：生物體具有通過同化環(huán)境中的物質來增加自身物質重量的能力。(5)應激性：生物體有對刺激物 一一內部或外部環(huán)境的改變做出應答的能力。(6)適應性：生物體可以通過其結構、功能或行為的變化來適應特定環(huán)境以生存下去。(7)運動：包括生物體內的運動(生命運動或新陳代謝)或生物體從一處移至別處。(8

2、)進化：生物具有個體發(fā)育和系統(tǒng)進化的歷史。2 .有些同學在高中階段對生物學課程并不十分感興趣，請分析原因。對如何學好大學基礎生命 科學課程提出你的建議。生命是一個未知的謎，學好生命科學最重要的是要合興趣，對生命奧秘的探索需要付出艱辛的 勞動，但一旦有所理解或有所啟示，興趣便會油然而生。學習生命科學不但要繼承前人總結的 寶貴經驗和理論.更需要創(chuàng)新。問題的提出必須基于觀察和實驗，面答案必須能被進一步的觀 察和實驗所證實。努力思考這些有意義的問題將會使學習逐漸深入。生命科學是實驗科學，實 驗是一個非常重要的方面，實驗使我們很好的理解這些基本概念與原理?？茖W實驗和觀察是假 設成為理論的橋梁。生命科學的

3、學習離不開實驗.生物學實驗可以提高我們的動手能力、分析 問題和解決問題的能力。3 . 一位正準備參加高考的學生家長問：生命科學類專業(yè)將來的就業(yè)前景如何？青您對這一問題作比分析和回答。21世紀生命科學的發(fā)展前景比任何其他的學科都要廣闊。生物已經進入了分子生物學時代，可 以從基因的角度進行研究開發(fā)。學習課程包括一般生物學、動物學、植物學、微生物學、生態(tài) 學、胚胎學和基因學。而化學、物理、數(shù)學方面的課程是其不可缺少的基礎科學，為理解生物 學提供必需的適當背景和方法理論。生物科學專業(yè)為學生提供廣闊的知識背景，其中包括許多其他專業(yè)的知識，進而為學生提供豐 富的就業(yè)機會。根據調查顯示，除了科研院所的專業(yè)人

4、員外，生物以及相關專業(yè)就業(yè)機會還有 以下相關產業(yè)：農業(yè)科學、植物保護、生物攝影、生物統(tǒng)計學、消費品研究、動物營養(yǎng)、獸醫(yī)、 環(huán)境教育、水產業(yè)、基因顧問、工業(yè)衛(wèi)生學、海洋生物、醫(yī)藥產業(yè)、醫(yī)學插圖、核能醫(yī)藥、公 眾健康、科學圖書管理員、科普作家、科技插圖畫家、科技信息專家、科技代表、銷售、科技 寫作、保險索賠、教育節(jié)目制作、職業(yè)雜志編輯等等。隨著國內生物產業(yè)的發(fā)展，需要更多的專業(yè)或交叉學科的人才。由于生物學正在高速發(fā)展，還 有很多未知領域等待人們去探索。只要有決心，就有可能在學術上取得成績。4 .什么是雙盲設計，科學研究中的假象和誤差是如何產生的？雙盲設計是指被試者和研究實施者(主試)都不清楚研究的

5、某些重要方面。雙盲的實驗設計有助于 預防偏見.消除觀察者偏差和期望偏差，加強了實驗的標準化?？茖W研究中的誤差包括：隨機誤差(因不確定因素引起誤差)和系統(tǒng)誤差(由方法、儀器和入為因 素而引起誤差)兩類。5 .科學研究一般遵循哪些最基本的思維方式和步驟？請用本書第六章圖6-8的實驗研究實例,總結出科學研究的一般步驟?？茖W研究中最基本的思維方式包括：(1)歸納和演繹；(2)分析和綜合；邏輯的和歷史的: 每一個人都應該學會科學的思維，這就需要遵循邏輯思維的要求，把握創(chuàng)新思維的能力，提升 自己的思維品質?？茖W研究遵循的一般步驟：發(fā)現(xiàn)問題；收集與此問題相關的資料(通過觀察、測量等)；(3)篩選相關資料，尋

6、找理想的聯(lián)系和規(guī)律；提出假設(一個總結)，此假設應能夠解釋已有的資料，并對進一步需要研究問題提出建設；(5)嚴格驗證假設；(6)根據新發(fā)現(xiàn)對假設進行證實、修訂或否定。6 .眾所周知，北京的中關村是中國計算機及信息技術的大本營，為什么在它的廣場上沒有計算 機模型或電子模型，卻樹立了一個 DNA雙螺旋模型(見教材圖5-2)?在原始的海洋孕育第一個生命之前， 裸露的DNA就存在于這個世界上了，而當今世界引領科技 潮流浪尖的信息技術相比于DNA來說卻是年輕了不知道多少倍。信息技術是當代人類用聰睿智 慧的大腦發(fā)展出來的；而人類本身，無論是遠古還是現(xiàn)今，直至將來，都無法脫離開 DNA的影 響。自然孕育了

7、DNA,它一步步把無機物神奇的組成這個生命的載體，奇妙的雙螺旋夢幻般的 譜寫出人類的密碼.這其中所深藏的機理和極高的復雜程度是任何一塊集成電路板都無法比擬 的。DNA對人類進化的影響和貢獻是不言而喻的，只有越來越高等，越來越睿智的人類才能讓 科技浪潮不斷奔涌向前：之所以在中關村一街的十字路口要高聳起這樣一個DNA模型，在我看來，它的用意莫過于暗示大家：DNA的奧秘尚未解開，高新技術產業(yè)的未來發(fā)展空間也正像 DNA的奧秘一樣深不可測。DNA正以它顯妙的雙螺旋舞姿默默的引領著我們和我們的信息技術 在科技的浪尖上飛揚。7 .以本章每一節(jié)的標題為議題，進行分組討論。討論：（2）為什么要學習生命科學？（

8、3）生命科學涵蓋的主要內容有哪些？（4）如何學習生命科學？（5）闡述創(chuàng)新性在推動生命科學發(fā)展中的重要性。第二章1 .組成細胞及其生物體的主要原子有那些，它們在細胞中主要有哪些作用？組成細胞的主要元素有碳（C, 18.0%）,氫（H, 10.0%），氧（O, 65.0%）,氮（N, 3.0%）, 磷（P,1.1 %），硫（S, 0.25%）,鈣（Ca, 2.0%），鉀（K, 0.35%）,鈉（Na, 0.15%）。其中 C, H, O, N占了細胞質量的96%,它們是構成各種有機化合物的主要成分。C有4個外層電子，能與別的原子形成4個強共價鍵。C原子之間及其它原子間以共價鍵等形式 結合，可以形成

9、大量化學性質與相對分子質量不同的生物分子。O、H、N在構成有機化合物的羥基、染基、竣基、氨基上都是不可缺少的元素。N是蛋白質、核酸的重要元素。另外生物體內還有具有重要生物活性的含氮化合物，如多胺等。S是組成蛋白質的半胱氨酸和甲硫氨酸的組成元素。P是核酸、磷脂等分子的組成成分。另外磷酸根離子在細胞代謝活動中很重要：在各類細胞的能量代謝中起到關鍵作用；是核甘酸、磷脂、磷蛋白和磷酸化糖的組成成分；調節(jié)酸堿平 衡，對血液和組織液pH起緩沖作用。Ca對鈣調素、肌動球蛋白、ATP酶極為重要；鈣還是骨骼的重要成分。2+3+Fe或Fe是血紅蛋白、細胞色素、過氧化物酶和鐵氧蛋白的組成成分。+K、Na維持膜電位。

10、可見，各種元素在細胞中都起到很重要的作用。2 .請描述碳元素的核外電子軌道形狀和電子分布情況。為什么說在生命元素中，碳元素具有特別重要的作用？C原子的最外層電子有4個，具基態(tài)分別處在2s（兩個）和2P（兩個）軌道上，當C原子發(fā)生反應時， 首先一個2s電子被激發(fā)到2P軌道上，然后由一個2s電子軌道和3個2P軌道發(fā)生雜化，形成34個完全一樣的SP軌道.其立體形狀就像一個正四面體，4個軌道伸向4面，各軌道間的夾角 都是31090 28C原子采用SP雜化方式來反應有助于生成更穩(wěn)定的鍵。在生命元素中，碳元素具有 特別重要的作用，碳原子相互連接成鏈或環(huán)，形成各種生物大分子的基本結構。除了水以外，含碳化合物

11、是生物體中最普遍的物質。由細胞合成的含碳化合物是有機化合物或 生物分子。碳原子之間即與其他原子間以共價鍵等形式相結合，可以形成大量化學性狀與相對 分子質量不同的生物分子。碳原子是生物大分子的基本骨架：碳原子的不同排列方式和長短是 生物大分子多樣性的基礎。所有生物大分子都是以碳原子相互連接成鏈或成環(huán)作為基本結構， 并以共價鍵的形式與氫、氧、氮及磷相結合，形成了具有不同性質的生物大分子。3 .請舉例討論細胞中的原子具有可以做功的能量這一問題。在細胞內的生物化學反應過程中，高能電子可以從一個原子或化合物向另一個電子或化合物轉 移，即氧化還原反應，例如糖酵解中3-磷酸甘油醛被氧化生成1, 3-磷酸甘油

12、酸時，一對高能電 子+從3-磷酸甘油醛轉移到NAD . NAD得到電子對被還原并結合一個質子形成 NADH ,再經電 子傳遞鏈NADH上的高能電子最終交給氧原子形成水的同時生成 ATP,用于生物做功。4 .如何理解重斯學習或深化有關原子的結構與性質、化學鍵、有機化合物的碳骨架與功能團等 基本概念，對于理解生命運動的本質是非常必要的。以化學的理論研究生命運動的規(guī)律，即是生物化學。生物化學學習的3種境界為：第一種境界是記憶境界。對于絕大多數(shù)學習生物化學的學習者，記憶典型的生命化學過程是他 們的終極目標。他們可以對重要的生命化學運動的任何細節(jié)倒背如流，最典型的是諸如光合作用中的Calvin-Bens

13、on循環(huán)、呼吸作用中的糖酵解-三竣酸循環(huán)以及二者中的電子傳遞鏈.雖然 這些工作常常使他們筋疲力盡，尤其當遇到容易混淆的過程時。憑借這些條文，他們可以解決 諸如反應物生成物的種類及數(shù)量的簡單問題。第二種境界是機制境界。對化學的基本觀點（有機和無機）及題干中述及的基本概念有所了解的學 習者，除了知道生命化學運動所包含的主要過程，能夠以化學反應方程式的形式對其加以描述 外，還能從化學的觀點（如碳鏈和功能團或官能團）解釋這些過程為什么會發(fā)生，即理解了生命運 動的化學本質。這種境界有點拿來主義的意思，比上一種境界是很大的進步，因為它畢竟能把 化學的觀點用于生命運動的研究之中。第三種境界即所謂進化境界。需

14、要在學習化學概念的過程中，把化學的觀點包容于進化的觀點 之中?？梢哉f，進化能夠解釋一切生命現(xiàn)象，下面是它對生命化學現(xiàn)象的解釋：自然選擇了那 些最出色完成各種生命必需功能的化學機制，變異與選擇是這些機制的設計師，這些機制因此 呈現(xiàn)出意義及目的性?？梢姡某掷m(xù)對其化學機制提出功能要求。簡單地說，進化設計出符合這些要求的物質基 礎和具體過程，這些過程的發(fā)生依賴于具有生物功能的功能團。因此.達到第三種境界的學習 者能夠深入理解所有生命化學過程為什么要發(fā)生。5 .整個水分子是電中性的，為什么又是極性化合物分子 ？在液體狀態(tài)，水分子問的氫鍵是如何 形成的？。由于水分子中的氧原子與氫原子之間的鍵角不是1

15、80,而是以共價鍵形成“圖構.致使整2+個水分子的正電荷中心與負電荷中心不重合，所以水分子雖然在整體上是電中性的，但又是極 性化合物分子。由于氧原于的電負性很強，在水分子中氫原子的電子距離氫核很遠，使得氫核外有很強的正電 場，而與此同時氧原子有一對孤對電子，容易受到氫核正電場的作用，一個水分子的氧原子的 孤對電子與另一個水分子的氫核之間的相互作用就形成了水分子中的氫鍵。6 .細胞內4種主要生物大分子單體的碳骨架與功能團各有哪些特征 ？哪些生物學功能？糖類化合物 糖分子含C、H、O3種元素，通常3者的比例為1: 2: 1, 一般化學通式為（CH20）n。糖類包括 小分子的單糖、寡糖和多糖。從化學

16、本質上來說，糖類是多羥醛、多羥酮或其衍生物。天然的單糖一般都是D型，重要的單糖包括葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、脫氧核糖等。重要 的二糖包括蔗糖、麥芽糖、乳糖等。麥芽糖由兩分子葡萄糖單體脫水縮合形成；蔗糖由一分子 葡萄糖和一分子果糖縮合形成；乳糖由一分子葡萄糖和一分子半乳糖縮合而成。重要的多糖有 淀粉、糖原、纖維素、氨基葡聚糖等，由葡萄糖單體聚合而成。糖類生物學功能：(1)作為生物體的結構成分：植物、真菌以及細菌的細胞壁，昆蟲和甲殼類的外骨骼等；作為生物體內的主要能源物質：生物氧化的燃料，葡萄糖和能量的貯存物質一一淀粉和糖原等；(3)生物體內的重要中間代謝物質：糖類通過這些中間物質為其他生物分子

17、如氨基酸、核甘酸以 及脂肪酸等提供碳骨架；(4)作為細胞識別的信息分子：許多膜蛋白、分泌蛋白和受體蛋白都是糖蛋白，即在特定部位結 合一定量的寡糖，這些糖鏈可能起信號識別的作用。脂類生物體內的脂類是指不溶于水的物質，包括三酰甘油、磷脂、類固醇等幾類。脂類可溶于乙醴、 氯仿等非極性溶劑。中性脂肪和油都是脂肪酸與甘油經過脫水縮合形成的脂類，由3個脂肪酸上的竣基與一分子甘油上的3個羥基分別脫水縮合形成的脂類又叫三酰甘油。三酰甘油分子中 甘油的1個羥基與磷酸及其衍生物結合便構成為磷脂，如卵磷脂 (磷脂酰膽堿)、腦磷脂等；磷脂 是生物膜的主要成分。類固醇也稱番類，以環(huán)戊烷多氫菲為基礎，不合脂肪酸，但具有脂

18、類性 質，也是細胞膜的重要成分。常見其他類型的脂類包括糖脂、多異戊二烯類、某些脂溶性維生 素等。脂類生物學功能：(1)是生物體的能量提供者，脂肪氧化時產生的能量大約是糖的二倍；(2)磷脂是生物膜的主要成分； (3)參與細胞的識別，作為細胞的表面物質，與細胞識別，種特異性和組織免疫等有密切關系;（4）某些菇類及類固醇類物質如維生素 A、D、E、K、膽酸及固醇類激素具有營養(yǎng)、代謝及調節(jié) 功能；（5）生物表面的保護層：保持體溫、水分、抗逆等。蛋白質蛋白質是重要的生物大分子，具組成單位是氨基酸。組成蛋白質的氨基酸有20種，均為aft基酸。每個氨基酸的a上連接一個竣基，一個氨基，一個氫原子和一個側鏈R基

19、團。20種氨基酸結構的差別就在于它們的 R基團結構的不同。根據R基團的極性，可將其分為4大類： 非極性氨基酸（8種）；極性不帶電荷氨基酸（7種）；帶負電荷氨基酸（酸性氨基酸）（2種）；帶正電荷 氨基酸（堿性氨基酸）（3種）。一個氨基酸的a基與另一個氨基酸的a卡基脫水縮合形成了肽鍵，通過肽鍵相互連接而成 的化合物稱為肽。蛋白質是由多個氨基酸單體組成的生物大分子多聚體。蛋白質結構分為 4個 結構水平，包括一級結構、二級結構、三級結構和四級結構。蛋白質的一級結構指多肽鏈中氨基酸的排列順序和二硫鍵的位置。在多肽鏈的含有游離氨基的一端稱為肽鏈的氨基端或N端，而含有游離竣基的一端稱為肽鏈的竣基端或C端。蛋

20、白質的二級結構是指多肽鏈骨架盤繞折疊所形成的有規(guī)律性的結構單元。最基本的二級結構 單元類型有a-螺旋、B-折疊、B-轉角和自由回轉。蛋白質的三級結構是整個多肽鏈的三維構象，它是在二級結構的基礎上，多肽鏈進一步折疊卷 曲形成復雜的球狀分子結構。蛋白質的四級結構指具有獨立的三級結構的數(shù)條多肽鏈相互聚集而成的復合體。在具有四級結 構的蛋白質中，每一條具有三級結構的膚鏈稱為亞基。四級結構涉及亞基在整個分子中的空間 排布以及亞基之間的相互關系。亞基本身不具有生物活性。按照功能，蛋白質可分為：（1）結構蛋白：生物結構成分，如膠原蛋白、角蛋白等；（2）伸縮蛋白：收縮與運動，如肌纖維中的肌球蛋白等；(3)防御

21、蛋白：如免疫球蛋白、金屬硫蛋白等;(4)貯存蛋白：貯存氨基酸和離子等，如酪蛋白、卵清蛋白、載鐵蛋白等；(5)運輸?shù)鞍祝哼\輸功能，如血液中運送 O2與CO2的血紅蛋白和運送脂質的脂蛋白；控制離子 進出的離子泵等；(6)激素蛋白：調節(jié)物質代謝、生長分化等，如生長激素；(7)信號蛋白：接受與傳遞信號，如受體蛋白等；(8)酶：催化功能，包括參與生命活動的大多數(shù)酶。核酸核酸可分為DNA和RNA兩大類。除病毒外，所有生物細胞都含有這兩類核酸。核酸是由核甘 酸單體連接形成的大分子多聚體。每一個核昔酸單體由3部分組成：戊糖、磷酸和含氮堿基。堿基包括腺喋吟、鳥喋吟、胸腺喀噬、胞喀呢和尿喀呢5種。組成DNA的堿基

22、中有胸腺喀呢、RNA中有尿喀噬，兩者均有腺喋吟、鳥喋吟和胞喀呢；一個核甘酸單體戊糖第5位碳的磷酸根與另一個核甘酸單體戊糖第3位碳相連，形成3, 5獻酸二酯鍵，如此重復連接形成核酸鏈 的磷酸戊糖基本骨架，構成DNA分子的為D 2一脫氧核糖，構成RNA的為核糖。堿基則與骨 架上戊糖的第1位碳相連。DNA分子是由兩條脫氧核糖核酸長鏈以堿基相互配對連接而成的螺旋狀雙鏈分子。 RNA分子多 是單鏈分子，有局部的堿基配對所形成的雙鏈，這樣雙鏈和單鏈相間形成 發(fā)夾結構”。根據功 能的不同RNA分為信使RNA(mRNA)、轉移RNA(tRNA)和核糖體RNA(rRNA)。核酸生物學功能主要有：貯存遺傳信息，控

23、制蛋白質的合成，從而控制細胞和生物體的生命過 程。7 .舉例說明蛋白質的空間結構對于其功能具有決定性的作用。各種生物大分子主要有蛋白質結構與其功能有著密切的關系。蛋白質的特定構象即蛋白質的三 維空間結構和形態(tài)對于蛋白質的功能起決定性的作用。蛋白質變性(構象發(fā)生變化)使得其特定的功能立即發(fā)生變化。例如瘋牛病(牛海綿狀腦病，即BSE)和新型克雅氏病的發(fā)病與骯蛋白(抗蛋 白酶傳染性因子)的變異有關。其實，人體內都存在骯蛋白，但由于感染了變異的骯蛋白等原因.使得正常的骯蛋白的結構由螺旋型變形為片狀。結構發(fā)生了變化的骯蛋白聚合起來，逐漸在腦中沉積為蛋白質分解酶不能分解的斑塊。8 .戊糖、堿基、磷酸、核甘

24、、核甘酸、核酸、DNA和基因之間有什么樣的關系和結構上的順序 ?基因是可編碼一條肽鏈的DNA片段。其相互關系為：9. DNA的結構特征對于遺傳信息的傳遞具有什么特殊的作用？DNA雙螺旋結構可以很好地保護內部的脫氧核甘酸，使其免受外界因素的影響，使 DNA的內 部脫氧核甘酸排列順序基本穩(wěn)定，就保持了生物體性狀的穩(wěn)定性，給生物體的穩(wěn)定遺傳提供了 先決條件。在DNA復制(邊解旋邊復制)的時候，雙螺旋結構又成為了精確的模板，加上堿基互補配對的高度精確性(即只能A與T配對.C與G配對)，使遺傳信息得以穩(wěn)定的復制傳遞，再經轉錄將遺傳信息準確地傳遞給mRNAo10. Watson與Crick發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋

25、結構的故事可以給我們哪些啟示 ？知識創(chuàng)新常常來源于知識的交流、共享和融合?？茖W創(chuàng)新是一個知識不斷積累，認識不斷 深化的過程。要善于總結和借鑒別人的經驗和成果，站在巨人肩膀上獲取成功。正確選擇發(fā) 展的方向和研究的課題。創(chuàng)新需要想象力和主動性，需要強烈的興趣和自由思考的空間，要 有內在的緊迫感和自主的動力。失敗是成功之母。敢于競爭，善于合作。第三章1 .試分別比較原核生物與真核生物、 植物細胞和動物細胞、葉綠體與線粒體，它們各有什么共同 點，有哪些不同點？(1)真核與原核比較原核細胞代表生物細胞大小 細胞核細胞膜細胞器細胞壁核糖體染色體DNA核外DNARNA與蛋白質的合成細菌、藍細菌1-10 沒有

26、真正的細胞核有真核細胞原生生物、植物、動 物和真菌3-100Nm與核膜、核仁和核質組成的細胞核有沒有線粒體、葉綠體、內質網、有線粒 體、葉綠體、內質網、溶酶體等細胞器溶酶體等細胞器多數(shù)有細胞壁70s（由50s和30s兩個亞基組成）僅有一條裸露雙鏈DNA環(huán)狀，存在于細胞質中有的細胞有質粒 RNA沒有內含子，DNA 轉錄為植物細胞和真菌有細胞壁，動物細胞無細胞壁80s （由60s和40s兩個亞基組成）有兩個以上的染色體，DNA與蛋白質結合線狀，存在細胞核中有線粒體 DNA和葉綠體DNARNA有內 含子和外顯子，DNA植物細胞細胞質無細胞骨架有細胞骨架和動細胞分裂二分裂，無有絲分裂有絲分裂和減數(shù)分裂

27、細胞組織主要是單細胞生物體，不形成大多數(shù)是多細胞生物體并形物細 胞比細胞組織成細胞組織較: 相同點：都有細胞質膜、DNA和RNA、核糖體等等，各種細胞都可以通過細胞，使生命得以延 續(xù)。不同點：植物細胞有而動物細胞所沒有細胞壁，細胞壁主要由纖維素和果膠組成，對植物細胞起到支 持和保護的作用。植物細胞中動物細胞中所沒有的質體.其中以綠色植物的葉綠體最為重要，它能通過對太陽 能的吸收和轉化，為自身及其他生物提供賴以生存的有機物和氧氣。大多數(shù)植物細胞中含有一個中央大液泡或幾個小液泡，它作為植物細胞貯藏和轉運的重要場 所也是動物細胞所沒有的。植物細胞中含有動物細胞所沒有的乙醛酸循環(huán)體、胞間連絲、細胞分裂

28、時的細胞板等動物細胞中含有植物細胞中所沒有的溶酶體、中心體、細胞分裂時的收縮環(huán)等。（3）葉綠體與線粒體比較：相同點：都是由雙層腔包被而成.具有很大的膜面積，內部含有DNA可完成一定量的自主復制， 都是能量的轉化場所，都具有核糖體和許多反應所需的酶蛋白，都具有電子傳遞體系。都是細 胞即整個生物體得以生存的重要基礎。不同點：除兩者所包含的酶系及電子傳遞系統(tǒng)不同外，還有以下區(qū)別。葉綠素色素增大膜面積的方式意義大小不同有葉綠素，葉黃素，胡蘿素等類囊體堆疊而成的基粒進行光合作用， 合成能量1 10Nm 線粒體沒有內膜折疊成崎進行呼吸作用，分解能量 2-5 mRNA與蛋白質的合成（翻譯）轉錄 為RNA在核

29、中進行，蛋白都在細胞質中進行質的合成（翻譯）都在細胞質中2 .有些植物種子的細胞里有貯存油脂的脂肪顆粒.這些顆粒被一層磷脂膜包被，而不像細胞器 那樣具有雙分子層膜。試描述這種單分子層膜的形態(tài)，解釋它比雙層膜穩(wěn)定的原因。磷脂是一種由甘油、脂肪酸和磷酸所組成的具有雙重極性的分子。 一端是極性的（親水性的）頭” 部，一端是非極性（疏水的）尾”部。在雙層膜組成的細胞器中，細胞器內外均為極性溶液，兩層 膜的親水的 頭”部分別向著細胞質和細胞器內的極性溶液，疏水的尾”端則背離水相而相對排列，從而形成相對穩(wěn)定的狀態(tài)。而在植物種子細胞里的脂肪顆粒中的油脂為非極性溶液，單層 磷脂膜的磷脂分子疏水的 尾”端向著內

30、側脂肪分子排列，而磷脂分子親水的 頭”向著外側排列， 暴露于細胞質的極性溶液中，從而形成了比較穩(wěn)定的結構。3 .構成膜的蛋白質與磷脂雙分子層的相互關系怎樣 ？鑲嵌在磷脂分子個的蛋白質有哪些結構特 點和功能？細胞膜主要由脂類和蛋內質組成，此外還含有少量糖類。脂類構成了細胞膜的基本結構一一脂質雙層，蛋白分子以不同的方式鑲嵌在脂雙分子層中或結合在其表面，完成膜的主要功能。膜 蛋白分布呈不對稱性，有的鑲在膜表面，稱為外在膜蛋內；有的嵌入或橫跨脂雙分子層，稱內 在膜蛋白；蛋白質分子在膜內外兩層分布位置和數(shù)量有很大差異，膜內、外側面伸出的氨基酸殘基的種類 和數(shù)目也有很大差異。另外，糖脂與糖蛋白上的糖基一般

31、只分布于膜的非細胞質側，多糖鏈往 往具有分叉，它們對于接受和識別外來受體或信號起重要作用。膜蛋白的主要作用有：為運轉蛋白，起物質運輸作用，輸送無機或有機分子跨膜進入膜的另 一側；作為酶，催化發(fā)生在膜表面的重要代謝反應；作為細胞表面受體或天線蛋白，敏感 地接收膜表面的化學信息；作為細胞表面的標志，被其他細胞所識別；作為細胞表面的附 著連接蛋白.與其他細胞相互結合；作為錨蛋白，起固定細胞骨架的作用。4 .試從生命特征的不同方面說明細胞是生命的基本單位。從生命的層次上看，細胞是具有完整生命力的最簡單的物質集合形式；細胞是生物體進行新陳 代謝的功能體系，作為一個外放系統(tǒng)，細胞不斷與環(huán)境交換著物質與能量

32、；細胞是生物體生長 發(fā)育的基礎，盡管數(shù)目眾多的各種細腦形態(tài)和功能各個相同，它們都是由同一個受精卵分裂和 分化而來的；細胞還是生物繁殖和遺傳的基礎，因為生物的繁殖與遺傳離不開細胞分裂；不同 組織細胞在信息傳遞過程中表現(xiàn)出分工合作的相互關系，各種精細的分工和巧妙的配合使復雜 多細胞生物的各種代謝活動有序地進行。5 .舉例說明細胞中膜的重要性和各項功能。為什么說生物膜系統(tǒng)是最重要的物質和能量代謝場 所？生物膜的重要性表現(xiàn)在以下幾個方面:(1)界膜和區(qū)室化：胞膜最重要的作用就是勾劃了細胞的邊界，并且在細胞質中劃分了許多以膜 包被的區(qū)室。(2)信息處理：常用質膜中的受體蛋白從環(huán)境中接收化學和電信號。細胞

33、質膜中具有各種不同的受體，能夠識別并結合特異的配體，產生一種新的信號激活或抑制細胞內的某些反應。如 細胞通過質膜受體接收的信號決定對糖原的合成或分解。膜受體接收的某些信號則與細胞分裂 有關。(3)能量轉化：細胞膜的另一個重要功能是參與細胞的能量轉換。例如葉綠體利用類囊體膜上的結合蛋白進行光能的捕獲和轉換.最后將光能轉換成化學能貯存在糖類中。同樣，膜也能 夠將化學能轉換成可以直接利用的高能化合物ATP,這是線粒體的主要功能。(4)調節(jié)運輸：膜為兩側的分子交換提供了一個屏障，一方面可以讓某些物質 自由通透”.另一方面又作為某些物質出入細胞的障礙。(5)功能區(qū)室化：細胞膜的另一個重要的功能就是通過形

34、成膜結合細胞器，使細胞內的功能區(qū)室 化。例如細胞質中的內質網、高爾基體等膜結合細胞器的基本功能是參與蛋白質的合成、加工 和運輸；而溶酶體的功能是起消化作用，與分解相關的酶主要集中在溶酶體。又如線粒體的內 膜主要功能是進行氧化磷酸化，與該功能有關的兩種蛋白復合體集中排列在線粒體內膜上。另 一個細胞器葉綠體的類囊體是光合作用的光反應場所.所以其類囊體膜中聚集著與光能捕獲、 電子傳遞和光合磷酸化相關的功能蛋白和酶。(6)參與細胞間的相互作用：在多細胞的生物中，細胞通過質膜進行多種細胞間的相互作用，包 括細胞識別、細胞粘著、細胞連接等。如動物細胞可以通過間隙連接，植物細胞則可以通過胞 生物膜的這些基本

35、功能也是生命活動的基本特征，沒有膜的這些功能，細胞不能形成，細胞的 生命活動就會停止。6 .請用草圖表示，由構成染色質的長鏈DNA分子經過緊密纏繞、折疊、凝縮、并與蛋白質結合形成了染色體，同時表示出染色體上的特征結構名稱。7 .有絲分裂和減數(shù)分裂的共同點和差別是什么？共同點是兩者都進行一次染色體復制。不同點是：有絲分裂發(fā)生在所有正在生長的組織中，從合子階段開始，繼續(xù)到個體的整個生活周期，無聯(lián)會，無交 叉和互換；每個周期產生兩個子細胞，產物的遺傳成分相同，子細胞的染色體數(shù)與母細胞相同。減數(shù)分裂只發(fā)生在有性繁殖組織中，高等生物限于成熟個體；許多藻類和真菌發(fā)生在合子階段；由聯(lián)會， 可以在有基因交叉和

36、互換；后期I是同源染色體分離的減數(shù)分裂；后期R是姐妹染色單體分離 的均等分裂；產生4個細胞產物（配子或抱子），產物的遺傳成分不同，是父本和母本染色體 的不同組合，為母細胞的一半。8 .列舉出你所知道的細胞器和它們各自的功能。核糖體（ribosme）:由rRNA和蛋白質組成的粒狀小體細胞器，常散在于細胞質中（游離核糖體）或附著于內質網上，由大小兩個亞基構成，是蛋白質合成的場所，大小亞基結合成完整的核糖 體行使翻譯功能。線粒體（mitochondria）:細胞中重要而獨特的細胞器，是呼吸作用進行的主要場所；在線粒體 中，通過Krebs循環(huán)和氧化磷酸化作用將營養(yǎng)物質氧化分解，并進一步將分解獲得的能量

37、轉化 為化學能貯存在ATP中，供給生物生命活動之用，因此線粒體被稱為生物體的動力工廠”。溶酶體（lysosome）：溶酶體是由單層膜包圍成的小球體細胞器，內含多種水解酶；具有吞噬外 來異物并將其分解的異溶作用和對細胞內衰老、死亡細胞器進行消化處理的自溶作用。高爾基體（Golgiapparatus）：高爾基體是內質網合成產物和細胞分泌物的加工和包裝的場所。最 后形成分泌泡將分泌物排出。新合成的蛋白質在被運送到高爾基體后，由于糠類或其他輔基的加入而使其發(fā)生了變化。隨后這些產物在高爾基體盤的邊緣被包裝于小泡，這些小泡又以出芽 的方式脫離高爾基體盤的邊緣，釋放入細胞質。高爾基體是由細胞內其他膜系轉變而

38、來的。質體(plastid)：是植物細胞的細胞器，包括白色體和有色體。植物根或莖細胞中的白色體含有 淀粉、油類或蛋白質。植物色彩豐富的花或果實的細胞具有有色體，有色體內含有各種色素。 葉綠體是一類最重要的有色體。微管(microtubule):是細胞骨架的主要成分之一，其主要化學成分為微管蛋白，許多微管蛋白 分子排列成原絲，13條原絲圍成的中空管即為微管；其主要功能包括保持細胞形狀、纖毛和鞭 毛的運動、原生質與染色體運動、胞內運輸?shù)?。微絲(micro巾lament):指細胞內直徑5-9nm,長短不一、散布、成束或交織成網的蛋白質纖維。 是細胞骨架的主要成分之一，其主鏈蛋白由肌動蛋白組成。中心粒

39、(centriole):為圓筒狀小體，通常成對存在，由 9組三聯(lián)微管排列而成，與細胞分裂時紡錘體的形成密切相關，一般由兩個相互垂直的中心粒構成中心體。9 .為什么在膜的雙分子層中，脂肪酸碳原子間的雙鍵越多，膜的流動性就越大？膜的流動性是指脂分子的側向運動，主要是由脂分子中脂肪酸碳鏈的長短和不飽和程度決定的。 碳鏈越短，不飽和鍵越多，膜脂的流動性越大。相同碳鏈長度的脂肪酸，不飽和鍵越多熔點越 低，因此膜的流動性越大。10 .物質的跨膜運輸分為被動運輸和主動運輸，其主要差別是什么 ？主動運輸是指由細胞供給能量，將某種物質分子從膜的低濃度一側移向高濃度一側的過程。自 由擴散和協(xié)助擴散都屬于被動運輸，

40、其特點是物質分子進行順濃度梯度的移動，所需要的能量 自高濃度溶液本身所包含的位能，不需要另外供給能量。11 .請以酵母細胞為例，簡單介紹細胞周期控制的機制。在酵母菌細胞進入G1期到達G1期檢驗點時，該檢驗點通過比較細胞質體積與基因組的大小，決定是否讓新合成的G1周期蛋白與Cdk結合，激活稱為啟動點激酶(startkinase)的二聚體引擎 分子。即在G1期，隨著細胞的生長，細胞的體積增大到一定程度而其 DNA總量仍保持穩(wěn)定，G1 周期蛋白便與Cdk結合，激活啟動點激酶，使周期性細胞通過 G1檢驗點進入S期，DNA的復 制便開始啟動，G1周期蛋白接著便解離和自我降解。但是，如果G1檢驗點檢查該周

41、期性細胞不具備進入 S期的條件，這時這些細胞便進入G0期。完成了 DNA復制后進入G2期的細胞首先開始逐漸積累 M周期蛋白，該周期蛋白與Cdk結合形 成稱之為有絲分裂促進因子(mitosis-protomotingfactory, MPF)的二聚體。最初， MPF在其磷酸 化之前并沒有活性。當非常少量的 MPF被磷酸化以后，它們具有正向反饋調節(jié)作用，即少量磷 酸化的MPF反過來可以增強催化MPF磷酸化的酶活性，促進細胞內被激活的 MPF濃度急劇增 加，最終導致細胞通過G2檢驗點的檢查，進入M期，有絲分裂過程開始啟動。細胞進入M期以后，MPF可進一步催化核小體組蛋白H1磷酸化，再使核纖層蛋白和微

42、管結合 蛋白磷酸化，促使核纖層結構解體，從而促進紡錘體組裝及染色單體的分離，保證一系列有絲 分裂的正常進行。M期的時間長短取決于活性 MPF濃度變化，因為MPF本身會使二聚體上的周期蛋白自我降解。 雖然Cdk的濃度始終不變，但新合成的 M周期蛋白降解后，活性 MPF濃度減少到一定程度， M期結束，有絲分裂過程完成，細胞有開始下一次以 G1期為起點的周期循環(huán)。第四章1生物代謝的本質是什么？生物代謝就是發(fā)生在生物體內的由酶控制的全部化學反應和能量的轉化過程。2 .請從熱力學原理出發(fā)，討論為什么生命活動需要不斷地輸入能量。熱力學第一定律告訴我們能量是守恒的，生命體自身不能產生能量，所有的能量來源與外

43、部的 輸入。而根據熱力學第二定律的描述宇宙或系統(tǒng)的各種過程總是向著嫡增大的方向進行。事實 上，生命一直與熱力學第二定律.即與自發(fā)過程作著斗爭。對于細胞和生命體而言，需要不斷的輸入能量，否則系統(tǒng)的有序化的程度就要下降。嫡不斷增加的結果就是細胞或者生命體的死3 .放能反應與吸能反應有什么區(qū)別？哪一種反應能夠自發(fā)進行？為什么？在一個反應中，如果產物比反應物含有更少的自由能，這個反應便趨于自發(fā)進行。自發(fā)反應可 釋放自由能，稱為放能反應。相反，另一些反應需要從外界輸人自由能才能進行，稱為吸能反 應。熱力學第二定律指出，系統(tǒng)的各種過程總是向著嫡值增大的方向進行。放能反應能夠使細胞內 嫡增大，所以會自發(fā)的進

44、行。4 .什么叫活化能？為什么酶具有高的催化效率？酶是一種生物催化劑。它與普通催化劑一樣，是通過降低反應所需的活化能促進細胞代謝的生 化反應的，但是酶比普通催化劑有更高的催化效率，這是由酶分子的特殊結構所決定的。影響 酶高催化效率的有關因素有：鄰近定向效應、底物的變形與誘導契合、共價催化、酸堿催化金屬離 子催化和活性部位微環(huán)境。5 .根據酶的特性和催化原理說明蛋白質空間結構對于功能的重要性。酶的高效性、專一性等特點均與酶的空間結構有關。在一定的構象下，酶才能形成底物結合部 位和催化反應的活性中心，使酶與底物專一性結合，并在反應活性中心降低反應活化能，使反 應更易進行。如果失去空間結構，酶將失去

45、催化活性，因此一定的空間結構是蛋白質執(zhí)行其生 理功能所必需的。6 .為什么說細胞呼吸與汽油的燃燒在本質上是 一樣的？細胞呼吸和汽油燃燒都是一種氧化反應，在能量本質上是相同的，只是底物的種類不同。可以 用一個通式來表達這兩種反應：有機化合物 +O2CO2+能量7 .簡述細胞呼吸各階段化學反應反其發(fā)生的部位。有氧細胞呼吸的化學過程大致可以分成以下幾個階段: 第一階段為糖酵解。將一分子葡萄糖分解成兩分子丙酮酸。反應發(fā)生在線粒體外的細胞質中。第二階段為丙酮酸氧化。丙酮酸氧化為乙酰輔酶 A,并釋放一分子C02。反應在線粒體中進行。第三階段為三竣酸（Krebs）循環(huán)。將乙酰輔酶 A氧化為CO2并產生NAD

46、H、FADH2和GTP。反 應發(fā)生在線粒體的基質中。第四階段是電于鏈傳遞的氧化磷酸化。 將NADH、FADH2的還原型電子傳遞給氧，并產生ATP。反應在線粒體內膜上進行。8 .將葉綠體置于pH為4的酸性溶液里，直到基質的pH也達到4.然后將葉綠體取出，再置于 pH為8的溶液里，這時發(fā)現(xiàn)葉綠體開始合成 ATP。請解釋上述實驗現(xiàn)象。由于葉綠體的基質pH值為4而外界溶液的pH值為8,造成叫綠體內外的質子濃度差.即跨膜 的氫離子梯度，而這一濃度梯度導致質子順濃度梯度從叫綠體內經 ATP合成酶出到外界溶液中， 這個過程中所釋放的能量使ADP與磷酸結合生成ATP。9 .請設計一個實驗來證明，光合作用中產生

47、的 O2來源于H20,而非來源于CO2。1818用O同位素示蹤實驗。（參見教材用O同位素標記水中的O元素，檢測到光合作用產物O2中181818含有O,用O同位素標記CO2中的O元素，檢測光合作用產物中的 O2,未發(fā)現(xiàn)O。 則可證明光合作用中的O2來源于H2O。第五章1 .為什么孟德爾和摩爾根等科學家提出了遺傳因子的概念，卻不可能認識遺傳因子是由什么物質組成的？答：孟德爾和摩爾根使用的實驗材料是豌豆和果蠅，它們都是一些非常復雜的多細胞生物，當 時人們不知道遺傳物質是由什么組成的，而且其研究技術不可能直接從豌豆和果蠅等復雜的生 物中獲得線索，因此沒有人能夠想到遺傳因子是由 DNA組成的。2 .舉例

48、說明伴性遺傳現(xiàn)象和基因的連鎖和交換現(xiàn)象，并用經典的遺傳學作出解釋。性別是由染色體決定的，人類屬于 XY型，即雌雄染色體異型，性染色體上的基因所控制的性 狀遺傳，必然和性別有一定的關系，即伴件遺傳。比如說，如果基因在Y染色體上，則該性狀只能遺傳給男性；如果在x染色體上且為隱性基因控制的，則一般男性患者比女性患者多。人 類最常見的兩種伴X隱性遺傳病是血友病和色盲。基因的連鎖反應可用果蠅的雜交實驗說明.果蠅灰身 G對黑身g是顯性，長翅L對殘翅l是顯 性，兩對性狀是處在向一對同源染色體的兩對等位基因控制的。如果讓灰身長翅果蠅 GL/GL 和黑身殘翅果蠅gl/gl雜交，第一代都是灰身長翅果蠅 GL/gL

49、若讓灰身長翅果蠅GL/gl和雙隱性親本黑身殘翅果蠅 gl/gl果蠅回交，則出現(xiàn)4種類型的果蠅：兩種親本性灰身長翅 GL/gl和黑身殘翅gl/gl兩種重組的新類型，灰身殘翅 Gl/gl和黑 身長翅gL/gl。出于兩對等位基因處在一對同源染色體上，G和L在一條染色體上，g, l在另一條染色體上，染色體到哪里他們就到那里，但由于第一代雌果蠅GL/gl有互換，就是在一部分染色體上的基因之間發(fā)生了相互交換，形成了兩種新配子，雜交后就產生了兩種新類型，由 于這兩個基因互換比率不大，所以這的種重組的新類型比兩個親本類型少得多。即兩個或兩個 以上的基因位于同一個染色體上，在遺傳時，染色體上的基因常連在一起不相

50、分離，即基因的 連鎖遺傳，若出現(xiàn)互換就是不完全連鎖。3 .從結構和功能兩方面說明 DNA與RNA的差別。兩者組成上的差別：DNA中合有胸腺喀呢，RNA含有尿喀噬，個別情況下有胸腺喀呢。 DNA 的核糖體2位無羥基，RNA的核糖上2位有羥基。核糖的2位羥基對RNA來說，不僅是折疊成 固有三維結構的關鍵因素，也是 RNA具有催化作用的重要組成部分。核糖 2位羥基是DNA和 RNA在遺傳學上的本質差別。空間結構上與功能的差別：DNA分子是雙螺旋結構，進行半保留復制，保證遺傳信息的穩(wěn)定遺 傳。RNA二級結構為發(fā)夾結構或莖環(huán)結構，RNA單鏈局部回折形成2條反向平行的片段，2片 段中堿基互補的地方就形成右

51、手雙股螺旋， 符合A-DNA模型，不互補的地方就形成環(huán)狀結構。RNA;不同種類的RNA具有各自不同的功能。mRNA是從基因上轉錄下來去指導蛋白質合成的tRNA在蛋白質合成過程中運輸氨基酸：rRNA是核糖體的組成部分。4 .試解釋下述現(xiàn)象：一位生物學家把從人的肝細胞中提取的基因植入一種細菌的染色體中，該 基因通過轉錄和翻譯合成蛋白質。然而這種在細菌體內合成的蛋白質其氨基酸序列上發(fā)生了很 大的變化，與肝細胞合成的蛋白質完全不同。真核生物基因中包含有不編碼肽鏈的內含子， 轉錄為hnRNA后需要進一步加工去掉內含子，拼 接外顯子，形成mRNA;而原核生物沒有轉錄后加工的過程，因此轉錄形成的 mRNA里

52、面包含 有內含子的序列，同時這些序列也被翻譯而合成肽鏈。簡單說就是肝細胞基因中的內含子也被表達為蛋白質了。5 .在合成蛋白質的過程中，細胞內的什么機制保讓一次只增加一個氨基酸到正在合成的肽鏈上？又是什么機制保證每個氨基酸都處于正確的位置上 ？指導合成蛋白質的信息在 mRNA上，核糖體每次沿5-昉向移動一個密碼子的距離，其上的 密碼子具有連續(xù)性，無間隔和重疊現(xiàn)象，因此同一段mRNA序列所編碼的膚鏈序列是一定的。蛋白質合成中，tRNA上面有與mRNA密碼子相對應的反密碼子，只有攜帶了密碼子所編碼的 氨基酸的tRNA才能進入的核搪體的P位，進而合成肽鏈。6 . DNA的兩條鏈的復制步驟有什么不同？為

53、什么不能采取同卞的步驟進行復制 ？DNA復制合成時，一條鏈是連續(xù)合成，另一條鏈是不連續(xù)合成的。這是因為合成 DNA的DNA 聚合酶只有從5 -3T向的合成能力，面作為模板的 DNA雙鏈是反向對稱的，因此以3 -5 方向的模板合成的是連續(xù)鏈，而以 5-昉向為模板合成時也必須是等到該鏈具有一定長度的 單鏈狀態(tài)時.在其3端找到一個起始位點合成一段 DNA鏈，因此首先合成的是不連續(xù) DNA鏈, 然后再連接起來。7 .請敘述基因中的遺傳信息經轉錄和翻譯后在蛋白質中表達的過程， 敘述時請正確應用tRNA、 氨基酸、起始密碼、肽鍵、反密碼子、轉錄、翻譯、核糖體、 RNA聚合酶、基因、mRNA、終 止密碼等詞

54、匯。首先以DNA為模板，轉錄合成mRNA,將信息傳遞到mRNA中。然后蛋白質的合成以 mRNA 為模板，核糖體小亞基識別 mRNA上起始密碼子并結合上去，同時攜帶起始氨基酸的氨酰 一tRNA結合到核糖體的P位，核糖體大亞基結合進來。具有與 mRNA模板上第二個密碼子的 相對應的反密碼子的tRNA攜帶相應的氨基酸進入A位，起始氨基酸的氨?；D移到第二個氨 基酸上的氨基上連接形成肽鏈，核糖體再移動一個密碼子的位置，接受下一個氨猷一tRNA,前面形成的二肽的?；c該氨基酸的氨基結合形成第二個肽鍵.依次循環(huán)，一直到核糖體遇到終止密碼子時，合成的肽鏈水解下來， 大、小亞基與mRNA分離。8 .分子遺傳新

55、的 中心法則”與舊的 中心法則”主要區(qū)別是什么？新 中心法則”中增加了 RNA的自我復制和逆轉錄（以RNA為模板指導合成DNA）。9 .原核與真核基因表達有哪些差異，為什么會有這些差異？原核生物1 .無內含子2 .轉錄與翻譯均在細胞質中、邊轉錄邊翻譯3 .多順反子4 .起始密碼子為AUG ,少數(shù)GUG5 .肽鏈翻譯的起始位點是SD序列6 .mRNA無5帽子，無PolyA尾7 .核糖體整體70S,亞基30S和50S8 .起始氨基酸是甲酰甲硫氨酸真核生物 1.有內含子2.轉錄在細胞核，翻譯在細胞質，二者有時空 間隔3.單順反子4.起始密碼子為AUG5.肽鏈翻譯的起始位點是相關序列 6.mRNA有5帽子和 3 polyA1 7.核糖體整體80S.亞基40S和60S8.起始氨基酸是甲硫氨酸10 .除了乳糖操縱子學說解釋了原核生物基因表達調控的原理外.您是否知道解釋原核生物基 因表達調控的其他學說？如果知道，請作簡單介紹。具有雙啟動子的半乳糖操縱子，阿拉伯糖操縱子，可阻遏的色氨酸操縱子。11 .請說明基因測序的原理。人類基因組計劃的基因測序主要用了以下四方面相互配合與補充的研究方法和技術： 基因