第一章 生命科學概述

生命科學導論1、以不同的生物為對象：分為人體生化、動物生化、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象，則可分為肌肉生化、神經生化、免疫生化等；3、因研究的物質不同，又可分為蛋白質化學、核酸化學、酶學等分支。

研究對象：生物體研究對象：生物體為什么要學習生命科學知識？生命科學是21世紀自然科學的帶頭學科生命科學充滿未解之謎生命科學與人類社會的發(fā)展息息相關生物化學的重要性生物科學的前沿分子生物學的發(fā)展是生物科學發(fā)展史上的一個重要的里程碑DNA重組技術原生質體融合技術DNA雙螺旋結構21世紀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、生命科學是21世紀自然科學的帶頭學科20世紀后葉生命科學的各領域取得了巨大的進展，分子生物學、遺傳學、細胞生物學、神經生物學和生態(tài)學是當前生命科學的基礎學科，這些學科較為活躍，進展較快，它們反映了現(xiàn)代生命科學的總趨勢。分子生物學在生命科學中的主流地位以及它在推動整個生命科學發(fā)展中所起的巨大作用是無可爭辯的；遺傳學在將來仍保持它在生命科學中的核心作用；細胞生物學作為生命科學的基礎學科地位必須重視；發(fā)育生物學將成為21世紀生命科學的“新主人”，這種預測已逐漸變成現(xiàn)實；神經生物學的崛起將代表生命科學的下一個高峰；生態(tài)學可能是最直接為人類生存環(huán)境服務,并對國民經濟持續(xù)與協(xié)調發(fā)展起重要作用的學科。

二、生命科學充滿未解之謎“猛犸之謎”“恐龍滅絕之謎”龜鱉家族的長壽之謎“猛犸之謎”猛犸，也叫毛象。生活在數(shù)萬年以前的北冰洋凍土地帶，在西伯利亞天然冷庫里，有些猛犸象化石保存得十分完好。為我們認識那個世界提供了生動的化石資料。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50萬年的猛犸為什么會在1萬年前突然滅絕呢？是由于某種災變引起的？還是由于猛犸象自己缺少適應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，都是生物進化史中的未解之謎。龜鱉家族的長壽之謎甲魚、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、團魚等等。在民間自古就有“千年王八萬年龜”的說法。如《都市快報》2008年3月25日報道，浙江省諸暨市儷家村村民儷千里在浦陽江捕到一只體長55厘米，重11.5公斤的老甲魚，據(jù)本村一個90多歲的老人估測，這只老甲魚年齡已超過500歲。三、生命科學與人類社會的發(fā)展

息息相關農業(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.農業(yè)方面遺傳育種——農作物、畜牧業(yè)的優(yōu)良品種 （無籽西瓜）人造種子生物殺蟲劑無籽西瓜無籽西瓜是用普通西瓜培育出來的。普通西瓜在發(fā)育過程中，有極個別的會發(fā)生某種變異，結出的西瓜沒有籽。農學家對這種無籽西瓜進行研究，發(fā)現(xiàn)它們的果實是三倍體，而普通的西瓜是二倍體，也就是它們的染色體數(shù)目與原來的不一樣。怎樣得到三倍體的種子呢?農學家先用一種叫秋水仙素的物質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行雜交，便得到三倍體的無籽西瓜。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,經處理后可長出根、莖、葉成為一株幼苗。胚狀體很嬌嫩,為了適應環(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養(yǎng)層和保護層。人造種子可以保證種子發(fā)芽整齊劃一,對管理和收獲的機械化非常有利。人造種子可以在制作的過程中用刺激細胞變異的方法,培養(yǎng)新品種或增強某種有用性獲得高產優(yōu)質的種子。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。人造種子的使用可以節(jié)約大量的糧食。統(tǒng)計表明,我國每年種子的用量可達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粒種子,可節(jié)約大量的糧食。上海復旦大學已研制出芹菜、花椰菜的人造種子,并正向高難度的水稻種子進軍。相信在不久的將來,人造種子工廠將大批生產各種優(yōu)良種子,這對解決糧食生產不足問題無疑會帶來新的希望。2.醫(yī)藥衛(wèi)生方面新的抗菌素、疫苗免疫學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、生長激素、淋巴細胞活素、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生物細胞后所產生的一類高活性多功能的糖蛋白。自IFN被發(fā)現(xiàn)以來，大量的臨床研究表明，IFN對抗病毒性疾病和惡性腫瘤以及增強機體免疫調節(jié)能力有明顯效果。而且，隨著分子生物學及DNA重組技術的迅速發(fā)展，已經應用基因工程技術為人類抗腫瘤、抗病毒生產出大量高效的IFN。所以，IFN日益受到人們的廣泛關注。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、木材、造紙、能源、農業(yè)、環(huán)保等經濟部門發(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.其他方面細菌造雪細菌保護古建筑無法假冒的生物筆細菌造雪

美國科學家發(fā)現(xiàn)假單胞菌能在寒冷的環(huán)境中將水霧凝結成雪花細菌保護古建筑在含鈣的情況下能夠形成鈣的微晶體，以保護古建筑無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，使別人無法假冒你的墨跡生命的定義生命起源之謎與“生命的本質”相關的一些觀點和理論生命的本質特征生命是什么？

“生命”應如何定義？生命是什么？

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

——“負熵”熱力學第二定律任何自發(fā)過程總是朝著使體系越來越混亂、越來越無序的方向，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行，一旦負熵的增加趨近于零，生命將趨向終結，走向死亡在生物體的整個運動過程中，貫穿了物質、能量、信息三者的變化、協(xié)調和統(tǒng)一3.從生物物理學角度的定義的三要素：物質、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)象生命的物質基礎是蛋白質和核酸生命運動的本質特征是不斷自我更新，是一個不斷與外界進行物質和能量交換的開放系統(tǒng)生命是物質的運動，是物質運動的一種高級的特殊存在形式生命的涵義二、生命起源之謎宗教認為上帝創(chuàng)造了生命古代人認為生命是自然發(fā)生的達爾文的探索奧巴林的生命起源假說米勒的實驗——生命起源于無機物1.宗教認為上帝創(chuàng)造了人2.古代人認為生命是自然發(fā)生的我國古代有“天地合氣萬物有生”的說法古代歐洲有“地球乃孕育生命的慈母”的說法3.達爾文的探索“適者生存”——自然選擇理論的精髓；達爾文1859年寫下《物種起源》4.奧巴林的生命 起源假說“團聚體假說”：?無機物?簡單的有機物?復雜的有機物?多分子體系 （團聚體）?有新陳代謝功 能的蛋白質體5.米勒的實驗

——生命起源于無機物三、與“生命的本質”相關

的一些觀點和理論生機論將生物現(xiàn)象歸結為一種非物質的“活力”機械論將生命現(xiàn)象簡單地歸結為物理和化學的過程——一架結構極其復雜的機器還原論生物的一切都可用分子和分子相互作用的規(guī)律來說明整體論生物各組成部分規(guī)律加起來不等于整體的規(guī)律三、與“生命的本質”相關

的一些觀點和理論四、生命的本質特征化學成分的同一性嚴整有序的結構新陳代謝應激性和運動內穩(wěn)態(tài)生長發(fā)育繁殖與遺傳適應1.化學成分的同一性生物體是由蛋白質、核酸、脂類、糖類、維生素等多種有機分子以及C、H、O、N、P、S等無機元素組成蛋白質：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)為貯能分子蛋白質由20種氨基酸組成蛋白質：是由許多不同的α－氨基酸按一定的序列通過酰胺鍵（蛋白質化學中專稱肽鍵）縮合而成的，具有較穩(wěn)定的構象并具有一定生物功能的生物大分子。

2.嚴整有序的結構生命的基本單位是細胞細胞的結構整個生物界是一個多層次的有序結構：

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

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

新陳代謝、生長和運動是生命的基本功能

物理運動—化學運動—生命運動最高級運動形式ATP有機質合成有機質分解4.應激性和運動生物接受外界刺激后會發(fā)生反應，生物的運動受神經系統(tǒng)的控制5.內穩(wěn)態(tài)生物體在沒有強烈的外界因素的影響下，有某些機制使其內環(huán)境能保持動態(tài)穩(wěn)定性6.生長發(fā)育生物體能通過新陳代謝的作用而不斷地生長、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，生物的某些性狀會發(fā)生變異；沒有可遺傳的變異，生物就不可能進化生命通過繁殖而延續(xù)，DNA是生物遺傳的基本物質遺傳學家和模特兒8.適應適應的含義：

（1）生物的結構都適應 于一定的功能

（2）生物的結構和功能 適應于其在一定環(huán) 境條件下的生存和 延續(xù)適應是生物界普遍存在的現(xiàn)象生命（生物體）的基本特征細胞是生物的基本組成單位（病毒除外）新陳代謝、生長和運動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生物具有個體發(fā)育和系統(tǒng)進化的歷史生物對外界可產生應激反應和自我調節(jié)，對環(huán)境具有適應性生命是具有以上共同特征的物質存在形式生命科學是研究生物體及其活動規(guī)律的科學，廣義的生命科學還包括生物技術、生物與環(huán)境、生物學與其他學科交叉的領域。自然科學的發(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Cohn加州大學Boyer

基因工程重組DNA技術之父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月人類基因組計劃2001年干細胞研究

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；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的發(fā)展。生命科學對人類經濟、科技、政治和社會發(fā)展的作用是全方位的。20世紀后葉分子生物學的突破性成就，使生命科學在自然科學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。生命科學的發(fā)展和進步也向數(shù)學、物理學、化學、信息、材料及許多工程科學提出了很多新問題、新思路和新挑戰(zhàn)，帶動了其他學科的發(fā)展和提高，生命科學將