第一章 生命科學(xué)概述

生命科學(xué)導(dǎo)論1、以不同的生物為對(duì)象：分為人體生化、動(dòng)物生化、植物生化、微生物和病毒生化、昆蟲生化等；2、若以生物體的不同組織或過程為研究對(duì)象，則可分為肌肉生化、神經(jīng)生化、免疫生化等；3、因研究的物質(zhì)不同，又可分為蛋白質(zhì)化學(xué)、核酸化學(xué)、酶學(xué)等分支。

研究對(duì)象：生物體研究對(duì)象：生物體為什么要學(xué)習(xí)生命科學(xué)知識(shí)？生命科學(xué)是21世紀(jì)自然科學(xué)的帶頭學(xué)科生命科學(xué)充滿未解之謎生命科學(xué)與人類社會(huì)的發(fā)展息息相關(guān)生物化學(xué)的重要性生物科學(xué)的前沿分子生物學(xué)的發(fā)展是生物科學(xué)發(fā)展史上的一個(gè)重要的里程碑DNA重組技術(shù)原生質(zhì)體融合技術(shù)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)21世紀(jì)將面臨的許多世界性的難題人口膨脹糧食緊張環(huán)境污染能源緊缺遺傳疾病一、生命科學(xué)是21世紀(jì)自然科學(xué)的帶頭學(xué)科20世紀(jì)后葉生命科學(xué)的各領(lǐng)域取得了巨大的進(jìn)展，分子生物學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)和生態(tài)學(xué)是當(dāng)前生命科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科，這些學(xué)科較為活躍，進(jìn)展較快，它們反映了現(xiàn)代生命科學(xué)的總趨勢(shì)。分子生物學(xué)在生命科學(xué)中的主流地位以及它在推動(dòng)整個(gè)生命科學(xué)發(fā)展中所起的巨大作用是無(wú)可爭(zhēng)辯的；遺傳學(xué)在將來(lái)仍保持它在生命科學(xué)中的核心作用；細(xì)胞生物學(xué)作為生命科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科地位必須重視；發(fā)育生物學(xué)將成為21世紀(jì)生命科學(xué)的“新主人”，這種預(yù)測(cè)已逐漸變成現(xiàn)實(shí)；神經(jīng)生物學(xué)的崛起將代表生命科學(xué)的下一個(gè)高峰；生態(tài)學(xué)可能是最直接為人類生存環(huán)境服務(wù),并對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)與協(xié)調(diào)發(fā)展起重要作用的學(xué)科。

二、生命科學(xué)充滿未解之謎“猛犸之謎”“恐龍滅絕之謎”龜鱉家族的長(zhǎng)壽之謎“猛犸之謎”猛犸，也叫毛象。生活在數(shù)萬(wàn)年以前的北冰洋凍土地帶，在西伯利亞天然冷庫(kù)里，有些猛犸象化石保存得十分完好。為我們認(rèn)識(shí)那個(gè)世界提供了生動(dòng)的化石資料。然而，它也給人們提供了更具體的疑問，例如，在地球上生活了約50萬(wàn)年的猛犸為什么會(huì)在1萬(wàn)年前突然滅絕呢？是由于某種災(zāi)變引起的？還是由于猛犸象自己缺少適應(yīng)生存的條件而滅絕的呢？“恐龍滅絕之謎”猛瑪象的滅絕和恐龍的滅絕一樣，都是生物進(jìn)化史中的未解之謎。龜鱉家族的長(zhǎng)壽之謎甲魚、王八是鱉的別名，如廣東叫鰲為水魚、江浙地區(qū)叫甲魚、北方地區(qū)叫王八，也有一些地方叫圓魚、團(tuán)魚等等。在民間自古就有“千年王八萬(wàn)年龜”的說(shuō)法。如《都市快報(bào)》2008年3月25日?qǐng)?bào)道，浙江省諸暨市儷家村村民儷千里在浦陽(yáng)江捕到一只體長(zhǎng)55厘米，重11.5公斤的老甲魚，據(jù)本村一個(gè)90多歲的老人估測(cè)，這只老甲魚年齡已超過500歲。三、生命科學(xué)與人類社會(huì)的發(fā)展

息息相關(guān)農(nóng)業(yè)方面醫(yī)藥衛(wèi)生方面輕工業(yè)、食品工業(yè)、酶工程其他方面1.農(nóng)業(yè)方面遺傳育種——農(nóng)作物、畜牧業(yè)的優(yōu)良品種 （無(wú)籽西瓜）人造種子生物殺蟲劑無(wú)籽西瓜無(wú)籽西瓜是用普通西瓜培育出來(lái)的。普通西瓜在發(fā)育過程中，有極個(gè)別的會(huì)發(fā)生某種變異，結(jié)出的西瓜沒有籽。農(nóng)學(xué)家對(duì)這種無(wú)籽西瓜進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)它們的果實(shí)是三倍體，而普通的西瓜是二倍體，也就是它們的染色體數(shù)目與原來(lái)的不一樣。怎樣得到三倍體的種子呢?農(nóng)學(xué)家先用一種叫秋水仙素的物質(zhì)浸泡二倍體的西瓜種子，得到四倍體的西瓜，然后用四倍體西瓜作母本、用二倍體西瓜作父本進(jìn)行雜交，便得到三倍體的無(wú)籽西瓜。人造種子

—解決糧食問題的新曙光人造種子制作過程是先把植物幼苗的嫩莖切成極小的碎片,這些碎片叫胚狀體，根據(jù)生物工程原理,每一碎片,經(jīng)處理后可長(zhǎng)出根、莖、葉成為一株幼苗。胚狀體很嬌嫩,為了適應(yīng)環(huán)境必須給它穿上“外衣”,即給其包上一層如天然種子種皮一樣的營(yíng)養(yǎng)層和保護(hù)層。人造種子可以保證種子發(fā)芽整齊劃一,對(duì)管理和收獲的機(jī)械化非常有利。人造種子可以在制作的過程中用刺激細(xì)胞變異的方法,培養(yǎng)新品種或增強(qiáng)某種有用性獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的種子。人造種子還可加入天然種子沒有的特殊成分,如加入固氮菌、殺蟲劑和除草劑等物質(zhì)。人造種子的使用可以節(jié)約大量的糧食。統(tǒng)計(jì)表明,我國(guó)每年種子的用量可達(dá)150億公斤,幾乎可供近一億人一年的口糧。而人造種子一株植物的嫩芽就可制出百萬(wàn)粒種子,可節(jié)約大量的糧食。上海復(fù)旦大學(xué)已研制出芹菜、花椰菜的人造種子,并正向高難度的水稻種子進(jìn)軍。相信在不久的將來(lái),人造種子工廠將大批生產(chǎn)各種優(yōu)良種子,這對(duì)解決糧食生產(chǎn)不足問題無(wú)疑會(huì)帶來(lái)新的希望。2.醫(yī)藥衛(wèi)生方面新的抗菌素、疫苗免疫學(xué)提高了異體器官移植的成功率，并發(fā)現(xiàn)了自體免疫疾病的病因基因工程菌與基因療法胰島素、干擾素、生長(zhǎng)激素、淋巴細(xì)胞活素、血纖維蛋白溶解劑、白蛋白、血因子、單克隆抗體、DNA探針等干擾素干擾素(IFN)是由干擾素誘生劑誘導(dǎo)生物細(xì)胞后所產(chǎn)生的一類高活性多功能的糖蛋白。自IFN被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，大量的臨床研究表明，IFN對(duì)抗病毒性疾病和惡性腫瘤以及增強(qiáng)機(jī)體免疫調(diào)節(jié)能力有明顯效果。而且，隨著分子生物學(xué)及DNA重組技術(shù)的迅速發(fā)展，已經(jīng)應(yīng)用基因工程技術(shù)為人類抗腫瘤、抗病毒生產(chǎn)出大量高效的IFN。所以，IFN日益受到人們的廣泛關(guān)注。3.輕工業(yè)、食品工業(yè)酶工程食品、醫(yī)藥、發(fā)酵、日用化工、輕紡、制革、水產(chǎn)、木材、造紙、能源、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等經(jīng)濟(jì)部門發(fā)酵工程釀酒制曲、味精、抗菌素、維生素等溶菌酶的分子模型4.其他方面細(xì)菌造雪細(xì)菌保護(hù)古建筑無(wú)法假冒的生物筆細(xì)菌造雪

美國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)假單胞菌能在寒冷的環(huán)境中將水霧凝結(jié)成雪花細(xì)菌保護(hù)古建筑在含鈣的情況下能夠形成鈣的微晶體，以保護(hù)古建筑無(wú)法假冒的生物筆利用在墨水中加入含有特定序列的DNA片段，使別人無(wú)法假冒你的墨跡生命的定義生命起源之謎與“生命的本質(zhì)”相關(guān)的一些觀點(diǎn)和理論生命的本質(zhì)特征生命是什么？

“生命”應(yīng)如何定義？生命是什么？

“生命”應(yīng)如何定義？一、生命的定義從生物學(xué)角度的定義從物理學(xué)角度的定義從生物物理學(xué)角度的定義“生命”的完整的、系統(tǒng)的定義1.從生物學(xué)角度的定義由核酸和蛋白質(zhì)等物質(zhì)組成的多分子體系，它具有不斷自我更新、繁殖后代以及對(duì)外界產(chǎn)生反應(yīng)的能力2.從物理學(xué)角度的定義

——“負(fù)熵”熱力學(xué)第二定律任何自發(fā)過程總是朝著使體系越來(lái)越混亂、越來(lái)越無(wú)序的方向，即朝著熵增加的方向變化

生命的演化過程總是朝著熵減少的方向進(jìn)行，一旦負(fù)熵的增加趨近于零，生命將趨向終結(jié)，走向死亡在生物體的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，貫穿了物質(zhì)、能量、信息三者的變化、協(xié)調(diào)和統(tǒng)一3.從生物物理學(xué)角度的定義的三要素：物質(zhì)、能量、信息4.“生命”的完整的、系統(tǒng)的定義

生命是主要由核酸和蛋白質(zhì)組成的具有不斷自我更新能力的多分子體系的存在形式，是一種過程，是一種現(xiàn)象生命的物質(zhì)基礎(chǔ)是蛋白質(zhì)和核酸生命運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)特征是不斷自我更新，是一個(gè)不斷與外界進(jìn)行物質(zhì)和能量交換的開放系統(tǒng)生命是物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種高級(jí)的特殊存在形式生命的涵義二、生命起源之謎宗教認(rèn)為上帝創(chuàng)造了生命古代人認(rèn)為生命是自然發(fā)生的達(dá)爾文的探索奧巴林的生命起源假說(shuō)米勒的實(shí)驗(yàn)——生命起源于無(wú)機(jī)物1.宗教認(rèn)為上帝創(chuàng)造了人2.古代人認(rèn)為生命是自然發(fā)生的我國(guó)古代有“天地合氣萬(wàn)物有生”的說(shuō)法古代歐洲有“地球乃孕育生命的慈母”的說(shuō)法3.達(dá)爾文的探索“適者生存”——自然選擇理論的精髓；達(dá)爾文1859年寫下《物種起源》4.奧巴林的生命 起源假說(shuō)“團(tuán)聚體假說(shuō)”：?無(wú)機(jī)物?簡(jiǎn)單的有機(jī)物?復(fù)雜的有機(jī)物?多分子體系 （團(tuán)聚體）?有新陳代謝功 能的蛋白質(zhì)體5.米勒的實(shí)驗(yàn)

——生命起源于無(wú)機(jī)物三、與“生命的本質(zhì)”相關(guān)

的一些觀點(diǎn)和理論生機(jī)論將生物現(xiàn)象歸結(jié)為一種非物質(zhì)的“活力”機(jī)械論將生命現(xiàn)象簡(jiǎn)單地歸結(jié)為物理和化學(xué)的過程——一架結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的機(jī)器還原論生物的一切都可用分子和分子相互作用的規(guī)律來(lái)說(shuō)明整體論生物各組成部分規(guī)律加起來(lái)不等于整體的規(guī)律三、與“生命的本質(zhì)”相關(guān)

的一些觀點(diǎn)和理論四、生命的本質(zhì)特征化學(xué)成分的同一性嚴(yán)整有序的結(jié)構(gòu)新陳代謝應(yīng)激性和運(yùn)動(dòng)內(nèi)穩(wěn)態(tài)生長(zhǎng)發(fā)育繁殖與遺傳適應(yīng)1.化學(xué)成分的同一性生物體是由蛋白質(zhì)、核酸、脂類、糖類、維生素等多種有機(jī)分子以及C、H、O、N、P、S等無(wú)機(jī)元素組成蛋白質(zhì)：由20種氨基酸組成核酸：由8種核苷酸組成各種生物編制基因程序的遺傳密碼是統(tǒng)一的，

各種生物都是以ATP(三磷酸腺苷)為貯能分子蛋白質(zhì)由20種氨基酸組成蛋白質(zhì)：是由許多不同的α－氨基酸按一定的序列通過酰胺鍵（蛋白質(zhì)化學(xué)中專稱肽鍵）縮合而成的，具有較穩(wěn)定的構(gòu)象并具有一定生物功能的生物大分子。

2.嚴(yán)整有序的結(jié)構(gòu)生命的基本單位是細(xì)胞細(xì)胞的結(jié)構(gòu)整個(gè)生物界是一個(gè)多層次的有序結(jié)構(gòu)：

細(xì)胞組織器官系統(tǒng)個(gè)體種群群落生態(tài)系統(tǒng)細(xì)胞是生物的基本組成單位（病毒除外)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)圖3.新陳代謝生物體不斷地吸收外界的物質(zhì)，在生物體內(nèi)發(fā)生一系列變化，最后成為代謝最終產(chǎn)物而被排出體外合成作用（anabolism）

從外界攝取物質(zhì)和能量，將它們轉(zhuǎn)化為生命本身的物質(zhì)和貯存在化學(xué)鍵中的化學(xué)能分解作用（catabolism）分解生命物質(zhì)，將能量釋放出來(lái)，供生命活動(dòng)之用

新陳代謝、生長(zhǎng)和運(yùn)動(dòng)是生命的基本功能

物理運(yùn)動(dòng)—化學(xué)運(yùn)動(dòng)—生命運(yùn)動(dòng)最高級(jí)運(yùn)動(dòng)形式ATP有機(jī)質(zhì)合成有機(jī)質(zhì)分解4.應(yīng)激性和運(yùn)動(dòng)生物接受外界刺激后會(huì)發(fā)生反應(yīng)，生物的運(yùn)動(dòng)受神經(jīng)系統(tǒng)的控制5.內(nèi)穩(wěn)態(tài)生物體在沒有強(qiáng)烈的外界因素的影響下，有某些機(jī)制使其內(nèi)環(huán)境能保持動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性6.生長(zhǎng)發(fā)育生物體能通過新陳代謝的作用而不斷地生長(zhǎng)、發(fā)育，其中遺傳因素起決定性作用，而外界環(huán)境也有很大影響7.繁殖與遺傳生物體能不斷地繁殖下一代，使生命得以延續(xù)生物的遺傳是由基因決定的，生物的某些性狀會(huì)發(fā)生變異；沒有可遺傳的變異，生物就不可能進(jìn)化生命通過繁殖而延續(xù)，DNA是生物遺傳的基本物質(zhì)遺傳學(xué)家和模特兒8.適應(yīng)適應(yīng)的含義：

（1）生物的結(jié)構(gòu)都適應(yīng) 于一定的功能

（2）生物的結(jié)構(gòu)和功能 適應(yīng)于其在一定環(huán) 境條件下的生存和 延續(xù)適應(yīng)是生物界普遍存在的現(xiàn)象生命（生物體）的基本特征細(xì)胞是生物的基本組成單位（病毒除外）新陳代謝、生長(zhǎng)和運(yùn)動(dòng)是生命的基本功能生命通過繁殖而延續(xù)，DNA是生物遺傳的基本物質(zhì)生物具有個(gè)體發(fā)育和系統(tǒng)進(jìn)化的歷史生物對(duì)外界可產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)和自我調(diào)節(jié)，對(duì)環(huán)境具有適應(yīng)性生命是具有以上共同特征的物質(zhì)存在形式生命科學(xué)是研究生物體及其活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，廣義的生命科學(xué)還包括生物技術(shù)、生物與環(huán)境、生物學(xué)與其他學(xué)科交叉的領(lǐng)域。自然科學(xué)的發(fā)展1928-1942Fleming發(fā)明青霉素1953年Watson和CrickDNA雙螺旋1973年斯坦福大學(xué)Cohn加州大學(xué)Boyer

基因工程重組DNA技術(shù)之父1997年2月蘇格蘭Wilmut綿羊“多莉”的克隆1999年高考作文題“假如記憶可以移植”2000年6月人類基因組計(jì)劃2001年干細(xì)胞研究

20年后?

人類面臨最重大的問題和挑戰(zhàn)人口膨脹；糧食短缺；疾病危害；環(huán)境污染；能源危機(jī)；資源匱乏；生態(tài)平衡破壞；生物物種大量消亡。解決人類生存與發(fā)展所面臨的一系列重大問題，在很大程度上將依賴于生命科學(xué)的發(fā)展。生命科學(xué)對(duì)人類經(jīng)濟(jì)、科技、政治和社會(huì)發(fā)展的作用是全方位的。20世紀(jì)后葉分子生物學(xué)的突破性成就，使生命科學(xué)在自然科學(xué)中的位置起了革命性的變化，現(xiàn)已聚集起更大的力量，醞釀著更大的突破走向21世紀(jì)。生命科學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步也向數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、信息、材料及許多工程科學(xué)提出了很多新問題、新思路和新挑戰(zhàn)，帶動(dòng)了其他學(xué)科的發(fā)展和提高，生命科學(xué)將