01讲-生命和生命科学 (2)

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7、繁殖与遗传
生物通过繁殖 1.2 使生命得以延 生 续 命 的 生物的遗传是 本 由基因决定的 质 特 没有可遗传的 征 变异，生物就 不可能进化
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8、适 应
1.2 生 命 的 本 质 特 征
适应的含义： （1）生物的结构都适应于 一定的功能。 （2）生物的结构和功能适 应于其在一定环境条件下 的生存和延续。
自养型细胞的出现改变了地球的 面目
光合作用的出现意味着一个飞跃： 异养——自养 臭氧层挡住短波紫外线的杀伤破坏力， 使生物得以繁衍发展。
有氧呼吸的产生是生命进化的一 大飞跃
有氧呼吸极大地提高了生物从食物中获 取能量的效率。
葡萄糖无氧分解
2 个ATP
有氧分解
36 个ATP
共同起源学说
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本课程的主要内容
第1讲 生命和生命科学 第2讲 生物多样性（上） 第3讲 生物多样性（下） 第4讲 生命活动及生命的形态建成(自学) 第5讲 生命的化学基础 第6讲 细胞——生命的基本结构单位
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本课程的主要内容
第7讲 生命活动的能量获取与转换 第8讲 遗传和变异（上） 第9讲 遗传和变异（下） 第10讲 生命的信息传递与处理 第11讲 环境与生态 第12讲 生物技术
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2、严整有序的结构
1.2 生 命 的 本 质 特 征
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生物体、生物界是一个多层次的有序结构 1.2 生 命 的 本 质 特 征
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3、新陈代谢
1.2 生 生物体不断地吸收外界的物质，这些物质在生 物体内发生一系列变化，最后成为代谢过程的 命 最终产物而被排出体外。 的 本 组成作用（anabolism）：从外界摄取物质和 能量，将它们转化为生命本身的物质和贮存在 质 化学键中的化学能。 特 征 分解作用（catabolism）：分解生命物质，将
1.3 在米勒的实验中加入PH 发现了更多的氨 3 生 基酸——P在生命起源中有重要的作用。 命 长出 起 长出 多肽 核酸 源 R 1O O 之 NH CH COOH P 谜
R 2O R
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地球的生命起源于宇宙？氨基酸等有机分子 美国发射火星探测器 寻找火星上的水源 法国发现Titan卫星 上具有一些重要的有 机分子
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米勒模拟实验得到的有机物
有机物 产量μmol 甲醛 2330 脲（尿素） 20 乳酸 310 琥珀酸 40 甘氨酸 6 谷氨酸 使用其他能源，紫外线、高温、γ射线等，还得到：嘌 呤、嘧啶、核苷酸、脂肪酸、单糖等。
从有机小分子到大分子聚合物
福克斯实验：把氨基酸混合物倾倒在160 oC－200 oC热沙土上，水分蒸发，氨基 酸浓集并化合生成蛋白质样大分子。 这样得到的蛋白质分子具有：肽链结构 ；蛋白质特有的显色反应；可被蛋白酶 水解，产生氨基酸；微弱的酶活性。
2.2 生 命 科 学 的 重 要 性
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环境“荷尔蒙”
1970年代，乙烯雌酚综合征被发现，其元凶就是 2.2 合成类环境雌激素。 生 1980年代，在英国的沙布塔河有5％的雄性鲤鱼 命 发生了雌雄同体的现象。 科 1990年代，在美国佛罗里达州和五大湖，发现爬 学 行类和鱼类动物的雌性化、生殖器怪异的鳄鱼等 动物繁殖力异常的现象。 的 重 1996年，美国Theo Colborn等著《Our Stolen Future》，“环境内分泌干扰物”（EDCs）由 要 此成为更多学者关注的焦点。 性 2009年，研究发现珠江已成高污染区。
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课程要求
掌握基本概念 掌握基本原理 了解前沿内容 注意微观与宏观的结合 课本与课堂讲授内容并重
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第1讲 生命和生命科学
第一节 什么是生命？
第二节 生命科学
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第一节 什么是生命？
1.1 生 命 的 本 质 “生从何来，死往何去” “To be, or not to be” 对生命的思考是人类理性思维中最富有 挑战性，最有吸引力的问题之一。 例如：
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生命起源的研究方兴未艾
1.3 生 命 起 源 之 谜 2004年5月8日至10日，香山会议。 化学与生命起源 太空生物学 分子进化与生命起源 细胞的起源与进化 远古生命与极端条件下的生命现象
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第二节 生命科学
2.1 生 命 科 学 的 基 本 概 念
生命科学：是研究生命现象和生命活动规律的一 门综合性学科。 研究内容：生命物质的结构与功能，生物与生物 之间及生物与环境之间相互关系。 1、生命科学经历了三个发展阶段 描述生物学阶段（1850s以前） 实验生物学阶段（1850s-1950s） 创造生物学阶段（1950s以后）
生命科学与生物技术导论
主讲人：贾晓强 xqjia@ 天津大学化工学院生物工程系
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主要参考书


1、《生命科学导论》第二版，张惟杰主编，高等教 育出版社，2008年.
2、《生命科学导论》第一版，张惟杰，吴敏，刘曼 西编著，高等教育出版社，2008年. 3、《基础生命科学》，吴庆余主编，高等教育出版 社，2002年.
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2. 生命的内涵
1.1 生命的物质基础是蛋白质和核酸。 生 命 的 本 质 生命运动的本质特征是不断自我更新，是 一个不断与外界进行物质和能量交换的开 放系统。
生命是物质的运动，是物质运动的一种高 级的特殊存在形式。
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3、与生命本质相关的一些观点
1.1 生机论：将生物现象归结为一种非物质的 “活力” 生 机械论：将生命现象简单地归结为物理和 命 化学的过程——一架结构极其复杂的机器 的 本 还原论：生物的一切都可用分子和分子相 互作用的规律来说明 质 整体论：生物各组成部分规律加起来不等 于整体的规律
能量释放出来，供生命活动之用。
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4、应激性
1.2 生 命 的 本 质 特 征 生物接受外界刺激后会发生反应，生 物的运动受神经系统的控制。
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5、内稳态
1.2 生 命 的 本 质 特 征 生物体在没有强烈的外界因素的影响下 ，有某些机制使其内环境能保持动态稳 定性。
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6、生长发育
1.2 生 命 的 本 质 特 征 生物体能通过新陈代谢的作用而不断地 生长、发育，其中遗传因素起决定性作 用，而外界环境也有很大影响。
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人口膨胀
2.2 生 命 科 学 的 重 要 性
——2005年世界人口已达64亿
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人口膨胀导致粮食紧张
2.2 生 命 科 学 的 重 要 性
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遗传和流行性疾病危害人类健康
2.2 生 命 科 学 的 重 要 性
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化石能源即将枯竭
2.2 生 命 科 学 的 重 要 性
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环境污染日益严重
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1、化学成分的同一性
1.2 生 命 的 本 质 特 征 生物体是由蛋白质、核酸、脂类、糖类 、维生素等多种有机分子以及C、H、O 、N、P、S等无机元素组成。
生物体蛋白质：由20种氨基酸组成。
核酸：由8种核苷酸组成。
各种生物编制基因程序的遗传密码是统 一的，各种生物都是以ATP为贮能分子
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描述生物学阶段（1850s以前）
2.1 主要从外部形态特征观察、描述、记载各种类 生 型生物，寻找他们之间的异同和进化脉络。 命 科 学 的 基 本 概 念
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实验生物学阶段(1850s-1950s)
2.1 利用各种仪器工具，通过实验过程，探 生 索生命活动的内在规律 命 科 学 的 基 本 概 念
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还原论和整体论
20世纪
还原论 染色体 基因
生命科学的飞跃 DNA dN
1.1 生 命 的 本 质
个体
生物与非生物间的界限消失了！？ 整体论 基因克隆，拼结 细胞的遗传与变异 细胞分化与个体发育 组装婴儿！？
21世纪
基因组学
功能基因组 学
1.2 生命的本质特征
化学成分的同一性 严整有序的结构 应激性 内稳态 新陈代谢 生长发育 繁殖与遗传 适应
从多分子体系到原始生命细胞
奥巴林用蛋白质（白明胶）和多糖（阿拉伯胶 ）混合得到团聚体小滴，福克斯用类蛋白质加 热浓缩得到微球体。 团聚体/微球体具备以下特征：脂双层膜围成的 与周围环境隔开的含水囊泡；囊泡内有多种核 酸、蛋白质、糖类大分子；•选择性的从环境 吸纳“食物”；利用“食物”的分解, 复制自 身一部；分起核心作用的大分子；囊泡因大分 子增多而“生长”和繁殖。 原初生命细胞的雏形就诞生。
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2.1 生 命 科 学 的 基 本 概 念
2、生命科学的分科
按研究的生命现象或生命过程：形态学、 生理学、分类学、胚胎学、解剖学、遗传 学、生态学、进化学、组织学、细胞学、 病理学、免疫学等 按与其他学科的关系：生物物理学、生物 化学、生物数学、生物气候学、生物地理 学、仿生学、放射生物学等
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生命起源于深海烟囱 ？
20世纪70年代在加拉巴哥斯群岛发现深 1.3 海烟囱，具备产生氨基酸等有机物的条 生 件。 命 起 深海烟囱存在巨大的温度梯度变化，有 可能由H2、CH4、NH3、H2S、CO在高温 源 之 下化合形成氨基酸，继而形成多肽，核 谜 苷酸链，细胞，高级生物。 在这些高热条件下发现了硫细菌。
分子水平
生物多样性 研究
资源保护与 利用
结构生物学，发育生物学， 神经生物学等新兴学科发展
人类生态环境的保护 工农业生产持续发展
2、生命科学的分科
2.1 生 命 科 学 的 基 本 概 念 按生物类群或研究对象：植物学、动物 学、微生物学、病毒学、人类学、古生 物学、藻类学、昆虫学、鱼类学、鸟类 学等 按生物结构的层次：种群生物学、细胞 生物学、分子生物学、分子遗传学、量 子生物学等
生物学：生命是由核酸和蛋白质等物质组成的 1.1 多分子体系，它具有不断自我更新、繁殖后代 以及对外界产生反应的能力。