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现代生命科学导论 版权所有, 1997 (c) Dale Carnegie & Associates, Inc. 1. 生命的形式 动植物的区别 生物类别 植 物 细胞构造 有细胞壁 营养方式 大多数自养 生长和 器官 大多数植物生长 和发育继续进行 动 物 无细胞壁 异 养 各器官在胚胎内 完全形成，生长和 发生 可连续不断产生 发育主要是体积 方式 新器官和新组织 增大与个体成熟 微生物 小的直观感觉 可见范围 肉眼 微生物的相对大小 真核细胞型 原核细胞型 光学显微镜 电镜 病毒 细菌--形态 （Bacterium) 球 形 杆 形 螺弧 旋形 形 电镜下的 微生物 青霉菌 细 菌 阿米巴 藻类 各种“视野”下的微生物 光镜 暗视野 荧光 透射电镜 超薄切片 冷冻切片 扫描电镜 DNA蛋白质 复合物 病毒的形态 腺病毒吸 附在鸡红 细胞上 病毒的形态 基本形态 球形——廿面体对称 杆形——螺旋对称 蝌蚪形——复合对称 乙肝病毒的形态特征 单链DNA 包膜 乙肝表面 抗原 核衣壳 脂层（来自 宿主细胞） 乙肝核心 抗原 病毒基因编 码的蛋白质 病毒的繁殖 过程 •吸附 •侵入 •生物合成 •装配 •释放 乙 肝 病 毒 感 染 过 程 侵入 合成 装配 病 毒的 感几 染 种 机 体结 后果 正常细胞转化 为肿瘤细胞 潜伏感染 质粒 细胞核 正常细胞转化 为肿瘤细胞 有效感染 病毒 持续感染 潜伏感染 2. 生命的特征 物质成分基本相同 •C、H、O、N、P、S、Ca….. •蛋白质、核酸、脂肪、糖类、维生素 等多种有机分子 –蛋白质：由20种氨基酸组成。 –核酸：由8种核苷酸组成。 –ATP(三磷酸腺苷)为贮能分子 严密的组织和高度的统一性 • 各种生物编制基因程序的遗传 密码是统一 • DNA--RNA--Protein 新陈代谢，metabolism – 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 程的最终产物而被排出体外。 – 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 存在化学键中的化学能。 – 分解作用（catabolism）：分解生命物质， 将能量释放出来，供生命活动之用。 生长特性，Growth 生物体能通过新陈代谢的作用而 不断地生长、发育 –遗传因素起决定性作用 –外界环境因素也有很大影响 遗传和繁殖能力，genetics • 生物体能不断地繁殖下一代， 使生命得以延续。 • 生物的遗传是由基因决定的，生物 的某些性状会发生变异；没有可遗 传的变异，生物就不可能进化。 应激能力，irritability • 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。 进化，evolution 细胞 生命的基 础 •基本的形态 •生命分子运动的环境 •生命的最早形式 •细胞---组织、 器官、 系统 生命 •分子---细胞 多层次的现象 –整个生物界是一个多层次的有序结构 ： 细胞 组织 器官 系统 个体 生态系统 群落 种群 生命的定义 • 从生物学角度的定义 • 从物理学角度的定义 • 从生物物理学角度的定义 • “生命”的完整的、系统的定义 从生物学角度的定义 由核酸和蛋白质等 物质组成的多分子 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。 从物理学角度的定义 ---“负熵” • 热力学第二定律：任何自发过程 总是朝着使体系越来越混乱，越 来越无序的方向，即朝着熵增加 的方向变化。 • 生命的演化过程总是朝着熵减少 的方向进行，一旦负熵的增加趋 近于零，生命将趋向终结，走向 死亡。 生命： • 生命的物质基础是蛋白质和核酸; • 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 的一种高级的特殊实在形式。 3. 生命的探索 人类认识生命的过程 •直观和经验阶段 •实验生物学 •现代生物学 • 人体的结构 • 心血循环论 • 显微图谱 • 物种起源 • 实验胚胎学 • 遗传学 • 微生物学 实验生物学 阶段 • 生物化学 • 分子生物学 • 基因组学、蛋白组学和生物信息学 • 神经生物学、脑科学和认知科学 • 宏观生物学和系统生物学 现代生物学 阶段 人类基因组计划: –遗传图 –物理图 –测序 –SNP(single nucleotide polymorphism –Heplotype 图 生物信息数据呈指数增长 39 GENOME TO LIFE 美国能源部今年四月紧 接着人类基因组计划之 后提出的又一认识生命 的十年宏伟规划 人类的未解之谜： •生命的起源 •认知的本质 4. 学习的意义 • 21世纪自然科学的带头学科 • 充满未解之谜 • 人类社会的发展息息相关 溶菌酶的分子模型 21世纪将面临的许多世界性的难题 • 人口 • 粮食 • 环境 • 能源 • 健康 都与生命科学有关! 蛋白质－蛋白质相互 作用识别，信号传导 系统、代谢途径的分 子模拟，蛋白质折叠 和构象变化的长时分 子动力学模拟... 基因组信息 … 图像处理、聚 类分析、表达 谱和调控网络 分析... 生物芯片 蛋白质组学和 结构基因组学 生物信息技术 创新药物和新剂型 分子数据库，组合化学 化合物库,靶标生物大分 子的功能分析... 高通量药物筛选 药物设计和小分子设计 计算机辅助药物筛选 高通量虚拟筛选方法 计算机辅助先导化合 物设计、药物设计 LMBE Biocomputer Biocommunication Neurocomputer Bioenergy conversion B I O E L E C T R O N I C S Biotechnology Electronics Biochip Biorobot Biosensor 5. 生命的起源 1 . 宗 教 认 为 上 帝 创 造 了 人 2.古代人认为生命是自然发生的 –我国古代有“天地合气万物有 生”的说法， –古代欧洲有“地球乃孕育生命 的慈母”的说法 3.达尔文的探索 • “适者生 存”----自 然 选择理论的 精髓；1859 年写下《物 种起源》。 4.奥巴林的生命 起源假说 • “团聚体假 说”：无机物 ---->简单的有 机物 ---->复杂的有 机物 ---->多分子体 系（团聚体） ---->具有新陈 代谢功能的蛋 白质体 5 . 米 勒 的 实 ----生命起源于无机物 验 6.宇宙生命的假说 “生命的本质”的一些观点和理论 • 生机论：将生物现象归结为一种非物质的 “活力” • 机械论：将生命现象简单的归结为物理和 化学的过程——一架结构极其复杂的机器 • 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。 • 整体论 ：生物各组成部分规律加起来不等于 整体的规律。 5. 学科的分类 • 按生物类群或研究对象来分； • 按研究的生命现象或生命过 程来分； • 按生物结构的层次来分； • 按与其他学科的关系来分。 按生物类群或研究对象来分 • 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、鸟类学等等。 研究的生命现象或生命过程来分 • 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、 免疫学等等。 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。。。。。 5. 研究的方法 研究生命过程的方法 • 观察、对比、与描述 • 实验 • 人工模拟 研究步骤 • 认识问题---• 搜集资料---- • 提出假说---• 检验假说---- • 评价数据---• 结果报道 小结：• 什么是生命? • 人类认识生命的过程 • 生命科学的研究方法 • 生命科学的重要性 • 生命的起源 • 生命科学的建立与分类 参考书籍: • 陈阅增 普通生物学 • 北大 生命科学导论 • 翟中和 细胞生物学 • 张均 生物进化 • Baxevnis,李衍达译 生物信息学 • A.B.Bray Molecular Biology of Cell • Stewart Does God Pay Die--Mathematics of Chaos • Kauffman The Origins of Order--Selforganization in Evolution 作业: • 写一篇关于上述主题的短文,争取出版发行. • 每人在网上找到5-10个关于生命科学的网页, 并比较它们的特点. • 设计一个生物学实验, 并完成之. • 申请一个与生物学有关的发明专利. 一个例子: 无法假冒的生物笔 利用在墨水中 加入含有特定 序列的DNA片 段，使别人无 法假冒你的墨 迹。 人工生命---artificial life，E-cell • Software，hardware，wetware • E-cell、E-heart、E-brain、E-eye • gene-network for model animal • ecology • 生命起源、细胞起源、多细胞起源、性别 起源、生长发育、生物行为、脑与认知 • 每年均有国际会议