• 大学生物学
• 第一章 今日生物学
• 一 生物学研究范围
1 多层次的生命现象
二维系统:
结构层次
生物多样性
A 生态系统
生态学（Ecology）
生态系统
物质交换
生产者，消费者，分解者。
能量流动—阳光驱动
人是各生态系统的干扰性存在。
B 细胞与其DNA
细胞—生命的基本单位
原核生物
真核生物
DNA—所有生物基因（遗传单位）的化学物质基础。
遗传信息—字母A、G、T、C的特定序列。
基因组—一生物体传承的所有遗传指令全书。
人类基因组计划—2000年完成。
2、多样化的生命形式
已发现物种150万
植物28万
脊椎动物5千
昆虫75万
A 归类物种
分类学：命名和归类物种的生物学分支。
三域系统：
细菌超界
古细菌超界
真核生物超界
原生生物界
真菌界
植物界
动物界
B 生命多样性的统一
共同的遗传信息载体—DNA。
不同类群真核细胞结构有太
多的相同。
纤毛结构
• 二 进化：生物学的统一主题
地球上所有生命形式通过传代发生联系，这一过程就是进化。
1、生命的达尔文观
1859年：The Origin of Species（物种起源）发表
两个观点：
descent with modification（伴随修饰的传代）—生命的两重性：统一性和多样性。
自然选择（natural selection）—进化的机制。
2、达尔文的文化与科学发展背景
相对年轻的地球居住着大量互无关系的物种。
A 物种不变思想
进化思想根源—2500年前的古希腊，Anaximander（阿那克西曼德）
物种不变—Aristotle（阿里斯多德）
继承—耶苏基督文化（Genesis，创世纪）：物种被单个创造，地球年龄只有6000年。
B 拉马克和适应性进化
18世纪中叶：Georges Buffon（布丰）—地球历史超过6000年；化石是现代生物的古代版本。
19世纪初：Jean Baptiste Lamark（拉马克）—进化是解释化石与现生物种的理论；适应性进化。错误观点：获得性遗传。
C Beagle号航行
达尔文（1809—1882)
达尔文的观察
a 美洲植物和动物
明显不同于欧洲
b Galapagos群岛
雀类喙型变化
3、自然选择
A 达尔文无可否定的结论
B 观察人工选择
人类栽培植物和饲养动物品种
C 观察自然选择
工业黑化过程
中的蛾子
• 三 科学过程
1、发现的科学
可证实的观察和测量
归纳推理:从特殊到一般
例:细胞学说
2、假说驱动的科学
假说驱动的演绎推理—从一般到特殊。
假说—某一问
题的初步答案
或尝试性解释。
手电筒为什么不亮？
3、科学方法的实例
Snowberry蝇拟态捕食者跳蛛（jumping spider）
实验：翅纹遮蔽
结果：遮蔽者被
捕食的几率高。
观察：a 当领地竞争者存在时，跳蛛振动其腿；b 当跳蛛接近时Snowberry蝇振动翅膀，其上有类似跳蛛腿样文饰。
提问：蝇翅膀文饰和振动行为的功能是什么？
假说：通过引起跳蛛逃避提高蝇的生存机会。
预期：如果这一假说正确，实验组蝇比对照组蝇被抓捕的机会多。
试验：蝇翅膀上的文饰用染料遮蔽。
实验2：置换翅膀
结果：正常snowberry fly被捕食的几率最低，置换翅膀家蝇也较低，而其他都高。
• 四 科学理论
• 积累的事实并不是理论，但是基于可证实观测和可重复实验的事实是科学的先决条件。
• 科学理论是综合性的，不仅获得科学界广泛承认，而且得到深入和大量证据的支持。
• 五、科学、技术和社会
科学和技术是相互依赖的。技术的进步推动科学进步, 科学理论的提出为新技术的发明奠定基础.
技术是一柄双刃剑, 一方面可以提高我们的生活水平，另一方面对环境的影响也是惊人的。
减轻很消除技术的不利一面不仅需要科学和技术的发展,更要依赖政治, 经济,文明好社会的价值观.
• 第二章 组成生命的分子
• 一 化学基础
1、物质：元素和化合物
物质是占据一定空间且具有质量的东西。
A 元素
化学元素是不可以通过化学反应而分解为其他物质的物质。
同位素：具有相同质子数而中子数不同。
同位素示踪技术；放射性污染，损伤DNA，致癌。
B 化合物
含有固定比例的二至多种元素组成的物质。
碘缺乏：甲状腺肿大 地区性
钙缺乏：睡眠中抽搐 儿童、孕妇和老年人
二、水与生命
生命始于水，仍然离不开水。
我们身体的细胞中70—95%的组成为水。水是地球上生命的生物
学培养基，如果其他星球有生命的话，其基质恐怕也是水。
1 水的结构
H2O：共价键，
极性分子，氢键。
2 水的生命支持特性
A 水的粘性
粘性比许多液体大
表面张力大
B 水如何调节温度
因存在氢键,比热大；达到同样
的温度要比其他物质需要更多
的热量。
蒸发调节
C 冰盖的生物学重要性
冰比重小于水
3 酸、碱和pH值
酸：可以向溶液中提供H+的化合物。
碱：接受H+并将其从溶液中移出的化合物。
pH值：溶液中H+浓度的度量。每一单位间差10倍。
生物体内溶液环境pH值接近7，为中性。
pH值的改变会伤害有机体
缓冲剂
• 三、有机分子
有机分子：由碳原子参与形成的分子。
1 碳骨架和功能集团
A 碳骨架
碳可以利用一至多个化学键与其他碳原子结合，有可能形成大小和分
支形式多种多样的碳骨架。
碳也可以与碳以外的其他原子结合。
• 多种多样的碳骨架
• 最简单的有机物—碳氢化合物（烃），
仅由碳与氢结合形成的化合物。
每种有机分子都有独特的三维结构。
B 功能基团
在有机分子中常常参与化学反应的原子团。
2 大分子
A 大分子
体积质量巨大的分子，如蛋白质、DNA和多糖。
多聚体：小的有机分子通过化学键连接起来形成含有许多相同或相似基本单位的分子。其中的基本单位就是单体。
B 脱水缩合作用与水解作用
单体连接形成多聚体是通过脱水缩合作用完成。
两分子发生化合反应时，释放的两个氢原子与一个氧原子结合为水。我们称此反应为脱水缩合。
水解：在多聚体分子分解时，单体间化学键打开并加入水分子。
• 四、生物分子
最主要的四类生物分子是碳水化合物、脂类、蛋白质和核酸。
1 碳水化合物
因其分子组成多以CH2O倍数出现而得名。
A 单糖：葡萄糖，果糖
异构体：具有相同分子式但分子结构不同的分子。
许多单糖在水中以环状形式存在。
作为燃料被分解，产生CO2废物；
合成其他有机分子的原料。
过多食用糖一样导致肥胖。
B 二糖：两分子单糖脱水缩合而成。
麦芽糖：两分子葡萄糖组成，常见于发芽的种子，用于啤酒酿造。
蔗糖：一分子葡萄糖和一分子果糖组成，植物汁液的主要二糖。
食糖：甘蔗、甜菜。
蛀牙：糖由细菌转化为酸。
C 多糖：多个单糖分子通过脱水缩合形成的多聚体。
植物储藏多糖：淀粉（直链、支链）—水稻、玉米、马铃薯等。
动物储藏多糖：肝糖原—肝脏和肌肉组织。
植物结构多糖：纤维素—细胞壁，地球上最丰富的有机物—生物能源。
都是葡萄糖多聚体，但纤维素不能直接作为营养。
不同于单糖和二糖等，不溶于水，但都是亲水的—其表面可以结合水，而脂肪等为疏水的，即不与水混合。
2 脂类
包括具多种多样分子结构和功能的分子，其中两类就是脂肪和类固醇。
A 脂肪
分子组成：一分子甘油加三分子脂肪酸脱水缩合而成，又称甘油三酯、三酰甘油。
作用：能量储存，含能为同样质量碳水化合物的两倍；
重要器官的缓冲垫；保温。
饱和脂肪—脂肪（fats）；
不饱和脂肪—油（oils）：
食物中过多的饱和脂肪可能造成动脉汤样硬化。
B 类固醇
因其疏水性被归为脂类，基本结构为4个碳环叠加形成的环戊烷多氢菲。
胆固醇，性激素，维生素D，肾上腺皮质激素。
体育违禁药物—心血管
疾病、性无能、不育！！！
3 蛋白质
每人都有上万种三维结构独特、功能各异的蛋白质—工具箱。
按功能分：结构蛋白、贮藏蛋白、收缩蛋白、转运蛋白、防卫蛋白、信号蛋白、酶。
A 单体—氨基酸，常见20种。
结构：中心碳原子连接四个部分：羟基、
氨基、氢原子（20种氨基酸共有）和侧
链（R）基团（每一氨基酸独有）。
亮氨酸
丝氨酸
B 作为多聚体的蛋白质
脱水缩合连接氨基酸形成肽键。
蛋白质常由100或更多氨基酸组成链状，称多肽。
一级结构：组成蛋白质的氨基酸特定序列。
一级结构的甚至微小变化都可能造成严重后果，如镰刀型贫血病，其血红蛋白正常的谷氨酸被缬氨酸替代。
C 蛋白质分子形状
多肽不等于蛋白质，多肽链必须形成一定的三维形状才能执行特定的功能。在解剖蛋白质时有可能识别出二级结构和三级结构，多条肽链结合时又形成四级结构。
蛋白质形状对周围环境敏感，如温度、pH值、重金属离子、X射线、紫外线等，变性（可逆、不可逆） 。
D 酶
代谢作用：发生于有机体内所有化学反应的总称。
有机体内催化化学反应的催化剂为特殊的蛋白质，我们称其为酶。
作用：降低活化能。
特异性：每种酶只催化特定的底物，生成特定的产物。
机制：锁钥假说
活性中心
抑制因子：
竞争性，非竞争性
可逆，不可逆
负反馈调节：产物可逆性抑制
马拉硫鳞：杀虫剂—抑制神经系统的一种酶。
青霉素：抑制细菌制造细胞壁的酶。
4 核酸
包括脱氧核糖核酸（DNA），核糖核酸（RNA）。
基因—一段巨大的DNA分子决定蛋白质的一级结构氨基酸序列。
A DNA结构
其单体本身就是复杂分子，称核苷酸，由三种分子组成：脱氧核糖，磷酸基团和含氮碱基。核苷酸的变化仅表现在碱基，碱基有四种：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）。
脱水缩合将核苷酸连接为大分子DNA单链。
其遗传信息就体现在DNA上不同的核苷酸序列。
B DNA复制
两DNA单链以互相配对的碱基间的氢键并螺旋缠绕形成双螺旋。
双螺旋的半保留复制就是遗传的
分子基础。
A—G；T—C。
• 五、进化关联
1、生命出现之前的地球
45亿年前，最早大气：
可能是热H2，逃逸。
第二大气：可能来源于火
山喷发，H2O，CO，
CO2，N2，NH3，CH4。
最早的海洋：起于强烈降雨。
35—40亿年，生命开始。
2 作为进化关系测量尺度的DNA和蛋白质
两类群进化关系越远，其DNA或蛋白质序列差异越大。相似性可以用相同核苷酸（氨基酸）数占所比较DNA总核苷酸数和蛋白质总氨基酸数的比来衡量。
假说：人类与黑猩猩关系最密切。
• 第三章 细胞巡礼
• 一 细胞的显微世界
细胞—生命的基本单位。
1 显微镜—细胞之窗
A 光学显微镜
分辨率0.2um，放大倍数1000。
B 电子显微镜
分辨率0.2nm，放大倍数100,000。
透射电子显微镜
扫描电子显微镜
生物体结构
尺寸范围
2 细胞的两个主要类型
原核细胞：无核，如细菌和古细菌，
真核细胞：有核，如植物、动物和原生生物。
3 真核细胞的全景观
A 共同点
质膜
细胞核（包含基因）
细胞质
B 不同点
叶绿体
细胞壁
• 二 细胞核和核糖体：细胞的遗传调控
1 细胞核的结构和功能
核膜，核孔
染色质
染色体
核仁
2 核糖体—蛋白质制造工厂
蛋白质和RNA组成悬浮细胞液中，生产溶解于细胞液的酶和其他蛋白质。
附着内质网，制造膜蛋白和分泌蛋白。
• 3 DNA如何调控细胞
DNA—信使RNA（mRNA）—细胞质
• 三 内膜系统：细胞产物的合成和分配
真核细胞的许多被膜细胞器组成内膜系统，包括内质网、高尔基体、溶酶体和液泡。其功能
是有机分子的合成与运输。
1 内质网
伸展于整个细胞质中由管和囊组成的膜迷宫，它将其内部与周围细胞液分隔开，生产各种分子。
A 粗面内质网
附着颗粒状核糖体，生产膜蛋白和分泌蛋白。
B 光面内质网
无核糖体附着，但有多种酶，功能之一是脂类合成。
肝脏细胞ER酶类解毒镇静剂
（如巴比妥）、兴奋剂（如
安非他明）和某些抗生素。
2 高尔基体
与内质网协作，最后加工、储存、包装和分发细胞的化学产物。
转运小泡
3 溶酶体
含水解酶的膜被小囊，降解大分子的安全场所，以免自杀。
消化、杀菌、损坏细胞器循环利用、细胞程序性自杀。
溶酶体储存病。
4 液泡
液泡为囊状，从ER、高尔基体和质膜出芽产生的，大小不同，功能多种。
淡水原生生物的伸缩泡
植物的中心液泡
• 四 能量转换细胞器
两种类型生物“电站”：叶绿体和线粒体
1 叶绿体
光合作用：将太阳光能转换为糖和其他有机分子中的化学能的囊状细胞器。
三个分室：两单位膜之间，基质，类囊体（光合片层）内。
基粒
基质片层
2 线粒体
细胞呼吸：从糖和其他食物分子获得能量并转化为另一种形式的化学能（ATP）的过程。
双层单位膜
膜间腔
嵴
基质：浓厚液体
• 五 细胞骨架：运动和形状保持
伸展于细胞质各处的纤维网络，其作用为支持和运动。
1 细胞骨架中三种类型的纤维
A 微丝
B 微管
C 中间纤维
2 纤毛和鞭毛
“9 + 2”式微管组合，
外包质膜。
运动机理：利用ATP能量，动力蛋白臂滑动。
作用：单细胞生物、精子的运动，多细胞动物上皮表面液体流动。
吸烟有害健康。
有些人类遗传性不育症与此
有关：精子鞭毛无作用。
• 六 细胞表面：保护、支持和细胞间联系
细胞分泌的质膜外包被。
1 植物细胞壁和细胞连接
细胞壁：纤维素，
果胶等。
纹孔—胞间连丝保护细胞，支持形状并控制过多吸水。
2 动物细胞表面和细胞结合
细胞外基质：分泌粘性外套，使细胞结合在一起，具保护和支持功能。
紧密连接
锚定连接
通信连接
• 七 膜结构和功能
1 膜结构（磷脂蛋白流动
镶嵌模型）
组成为蛋白质和磷脂。磷脂分子一端亲水一端疏水而自动排列成流动性磷脂双层分子膜，蛋白质镶嵌其中。
生物膜的主要作用与细胞骨架、细胞外基质的连接
细胞通信
酶活性
物质转运
细胞结合
细胞识别
2 选择透性
选择透性：一些物质可以自由通过，而另一些可以通过，还有一些不可能通过膜而进入膜的另一侧。
生物膜就具有如此特性。
3 被动运输：跨膜扩散
分子热运动的结果就
是扩散。
规律：物质从高向低
浓度的地方扩散。
跨膜的扩散称为被动
运输，不需耗能。
例：肺内O2和CO2的
进出红细胞。
4 细胞渗透作用和水分平衡
通过半透膜的水分被动运输称为渗透。
高渗、低渗、等渗
水从低渗到高渗溶
液跨膜被动运输。
渗透方向决定于总
溶质浓度，而与溶
质性质无关。
A 动物细胞水分平衡
• 细胞存活依赖调节水分平衡的能力。水分平衡的控制称渗透调节。
• 淡水鱼—鳃和肾。
B 植物细胞的水分平衡
• 等渗溶液细胞
柔软，植物体萎
蔫；在低渗环境
坚挺且最健康；
在高渗环境细胞
失水收缩，质壁
分离并死亡。
5 主动运输：跨膜的分子泵
载体蛋白耗能跨膜移动分子，使细胞内小分子浓度不同于环境浓度。
6 胞吐作用和内吞作用：大分子的运输
打包成转运小泡的形式进出细胞。
A 胞吐作用
B 内吞作用
7 细胞通信中膜的作用
细胞通讯的三个过程包括接收、传导和应答。
接收—受体蛋白；
传导—细胞内一至多个分子改变；
应答—代谢途径启动和结构改变。
本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/eb5184a10029bd64783e2c82.html
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