現(xiàn)代生物學(xué)導(dǎo)論課件

生物的多樣性及其分類代表2.1什么是生物多樣性2.2生物多樣性公約2.3保護(hù)生物多樣性的意義2.4生物分類學(xué)2.5五界分類系統(tǒng)2.6原核生物界、原生生物界和真菌界2.7植物界2.8動(dòng)物界已發(fā)現(xiàn)和命名植物昆蟲(chóng)脊椎動(dòng)物共有

2000000種

260000種

750000種

500000種5000000-30000000種世界因生命而美麗因生物多樣性而精彩2.1什么是生物多樣性生物多樣性(biodiversity)反映了地球上包括植物、動(dòng)物、菌類等在內(nèi)的一切生命都有各不相同的特征及生存環(huán)境，它們相互間存在著錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系。生物多樣性包括：物種多樣性遺傳多樣性生態(tài)系統(tǒng)多樣性

物種多樣性

物種多樣性是用一定空間范圍物種數(shù)量的分布頻率來(lái)衡量的，它通常又包括整個(gè)地球的空間范圍。

遺傳多樣性遺傳的多樣性指同一個(gè)物種內(nèi)基因型的多樣性。是衡量一個(gè)種內(nèi)變異性的概念。由DNA雙螺旋長(zhǎng)鏈組成染色體(左上）DNA序列測(cè)定的電泳膠分析圖（右上）幾種生物部分同源片段DNA序列比較（下）

生態(tài)系統(tǒng)多樣性為適應(yīng)在不同環(huán)境下生存，各種生物與環(huán)境又構(gòu)成了不同的生態(tài)系統(tǒng)(ecosystem)，這就是生命的家園。生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、平衡及調(diào)節(jié)機(jī)制千差萬(wàn)別是生物多樣性的重要內(nèi)容。維護(hù)地球生命的過(guò)程是由多樣性的生命來(lái)完成的。生物多樣性是地球上生物經(jīng)過(guò)幾十億年發(fā)展進(jìn)化的結(jié)果，它們的未知潛力為人類的生存和持續(xù)發(fā)展顯示了不可估量的美好前景。2.2生物多樣性公約1992年，150多個(gè)國(guó)家的首腦云集巴西里約熱內(nèi)盧聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展大會(huì)，簽署了全球的《生物多樣性公約》。該公約1993年12月正式生效。1992年6月，中國(guó)總理代表中國(guó)簽署了《生物多樣性公約》，同年11月，七屆人大28次會(huì)議審議批準(zhǔn)了該公約，中國(guó)成為率先加入《生物多樣性公約》的國(guó)家之一。中國(guó)積極參與國(guó)際社會(huì)的生物多樣性保護(hù)行動(dòng)，中國(guó)政府又相繼簽署了《濕地公約》、《瀕危野生動(dòng)植物國(guó)際貿(mào)易公約》、《聯(lián)合國(guó)防治荒漠化公約》等國(guó)際公約?！渡锒鄻有怨s》包括序言、42條協(xié)議條款和查明與監(jiān)測(cè)、仲裁與調(diào)解兩個(gè)附件。其中序言部分強(qiáng)調(diào)了締約國(guó)達(dá)成的共識(shí)。2.3保護(hù)生物多樣性的意義

全球每分鐘：損失耕地40公頃、損失森林21公頃、11公頃良田被沙漠化、向江河湖海排放污水85萬(wàn)噸；有300個(gè)嬰兒出生；有28人死于環(huán)境污染！近400年里，484萬(wàn)種動(dòng)物滅絕，隨著世界人口的爆炸，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，物種滅絕的速度還要加快！專家預(yù)計(jì)：從1990年到2015年，世界上將有60萬(wàn)到240萬(wàn)種生物滅絕！1999年國(guó)際植物大會(huì)：人類活動(dòng)破壞了地球?qū)⒔话氲年懙?正導(dǎo)致自然界的動(dòng)植物加速走向滅絕,如果這種情況持續(xù)下去,估計(jì)下世紀(jì)后半葉,將有1/3至2/3的物種從地球上消失！2.3保護(hù)生物多樣性的意義

一個(gè)基因可能關(guān)系到一種生物的興衰，一個(gè)物種可能影響一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)命脈，一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)可能改變一個(gè)地區(qū)的面貌。保護(hù)生物多樣性就是保護(hù)人類自己！2.4生物分類學(xué)

分類學(xué)是認(rèn)識(shí)生物多樣性的基礎(chǔ)昆蟲(chóng)蝙蝠鳥(niǎo)鯨魚(yú)魷魚(yú)Euglena自然的分類系統(tǒng)人為的分類系統(tǒng)對(duì)自然界多樣性的生物進(jìn)行分類主要有3類方法：形態(tài)學(xué)方法、遺傳進(jìn)化法、進(jìn)化分類法第二種方法第三種方法方法方法結(jié)果結(jié)果種(species)是生物基本的分類單元。種是形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能、發(fā)育特征和生態(tài)分布基本相同的一群生物。自然條件下，同種生物結(jié)合可產(chǎn)生有生殖能力的后代，不同種生物之間不能相互結(jié)合，即使結(jié)合也不能產(chǎn)生有生殖能力的后代，即生殖隔離。同種生物具有共同的進(jìn)化祖先，親緣關(guān)系相近的種構(gòu)成另一個(gè)高一級(jí)的分類單元屬(genus)。

生物種的概念Linnaeus創(chuàng)立的雙名法：前一個(gè)詞為屬名，第一個(gè)字母大寫(xiě)，第二個(gè)詞是種加詞，全部小寫(xiě)，屬名和種加詞一般都用斜體。

生物分類的階層和雙名法隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)的迅速發(fā)展，科學(xué)家們除了根據(jù)生物最主要的形態(tài)特征確定生物進(jìn)化及親緣關(guān)系來(lái)對(duì)生物進(jìn)行分類外，又發(fā)展了根據(jù)生物在分子水平上的同源性和差異大小對(duì)生物進(jìn)行分類的新手段。用免疫學(xué)實(shí)驗(yàn)方法分析蛋白質(zhì)的同源性來(lái)確定生物之間的親緣關(guān)系

現(xiàn)代分類學(xué)的發(fā)展實(shí)驗(yàn)演示動(dòng)畫(huà)2.5五界分類系統(tǒng)Linnaeus將生物分為兩界：植物界和動(dòng)物界。

真菌：不運(yùn)動(dòng)、無(wú)光合作用1969年美國(guó)Whittaker提出根據(jù)生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)特征和能量利用方式的基本差異將全部生物分為五界。2.6原核生物界、原生生物界和真菌界

原核生物界有機(jī)物降解；自養(yǎng)或異養(yǎng)；工業(yè)發(fā)酵，造成水體污染，致病，提供單細(xì)胞蛋白及生物工程材料等作用或用途大腸桿菌、螺旋藻代表生物古細(xì)菌、細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌等類別無(wú)明顯細(xì)胞核，無(wú)膜包被的細(xì)胞器，或者是一些微小的單細(xì)胞生物特征

原核生物的常見(jiàn)種類和常見(jiàn)形態(tài)古細(xì)菌（產(chǎn)甲烷細(xì)菌）細(xì)菌（耶爾森鼠疫桿菌）藍(lán)細(xì)菌（魚(yú)腥藻）球菌桿菌藍(lán)細(xì)菌（螺旋藻）

原生生物界有的行光合作用，是海洋或湖泊中的原初生產(chǎn)者，有的是古代石油來(lái)源等作用或用途草履蟲(chóng)、小球藻代表生物原生動(dòng)物、真核藻類、粘菌類別為真核細(xì)胞，單細(xì)胞或多細(xì)胞群體，大部分生活在水中特征水生態(tài)系統(tǒng)吞噬取食運(yùn)動(dòng)

原生動(dòng)物

真核藻類藻類是一類具有光合作用色素、無(wú)根莖葉分化的自養(yǎng)原植體生物。大多單細(xì)胞。其生長(zhǎng)期或營(yíng)養(yǎng)期為裸露的無(wú)細(xì)胞壁多核的原生質(zhì)團(tuán)，又叫變形體。繁殖期形成多細(xì)胞的孢子囊構(gòu)造并產(chǎn)生具有纖維質(zhì)細(xì)胞壁的孢子。粘菌類生物

真菌界霉菌、子囊菌、擔(dān)子菌類別青霉、木耳、猴頭菇代表生物為真核細(xì)胞，但無(wú)葉綠素，不能光合作用，行腐食營(yíng)養(yǎng)特征降解有機(jī)物，致病，作物病害，制藥，食品等。作用或用途2.7植物界

苔蘚植物蕨類植物裸子植物被子植物孢子植物種子植物植物是適應(yīng)陸地生活、具有光合作用能力的多細(xì)胞真核生物。植物與綠藻相同：光和色素、養(yǎng)分（淀粉）、細(xì)胞壁成分為纖維素不同：適應(yīng)陸地生活和水中生存分類不同植物的生活史都包括單倍體核相的配子體與雙倍體核相的孢子體世代的交替，但各自的孢子體與配子體的特征及生活期等都有很大的差別。苔蘚植物生活史種子植物生活史

苔蘚植物配子體世代發(fā)達(dá)，孢子體退化陰濕環(huán)境多細(xì)胞葉狀體或擬莖葉體單細(xì)胞假根無(wú)維管束組織有頸卵器根莖葉分化、具著生根狀莖上的不定根，維管組織不發(fā)達(dá)葉異型，有營(yíng)養(yǎng)葉和孢子葉的分化，孢子葉上有排列整齊的孢子囊。配子體不發(fā)達(dá)。

蕨類植物

裸子植物孢子體發(fā)達(dá)多數(shù)為高大的喬木，有高度分化的維管組織，莖干也有加粗的次生生長(zhǎng)。有性生殖時(shí)受精作用在胚珠中進(jìn)行并發(fā)育成種子。胚珠及種子裸露，沒(méi)有真正的花和果實(shí)典型代表：蘇鐵、銀杏和松樹(shù)等與人類的關(guān)系最為密切孢子體高度發(fā)展和分化，具典型的根、莖、葉、花、果實(shí)和種子等器官。生殖器官特化成為花的構(gòu)造果實(shí)的形成是植物進(jìn)一步適應(yīng)陸地生活，更加進(jìn)化的體現(xiàn)。

被子植物2.8動(dòng)物界具有運(yùn)動(dòng)能力，多細(xì)胞，沒(méi)有細(xì)胞壁但有胞間連接，異養(yǎng)，在體內(nèi)消化食物。絕大多數(shù)動(dòng)物的個(gè)體是二倍體，只有其卵和精子為單倍體。根據(jù)其是否有脊索，分為兩大類，無(wú)脊椎動(dòng)物脊索動(dòng)物海星的生活史單倍體二倍體動(dòng)物界中大多數(shù)門類（約30個(gè)門）屬于無(wú)脊椎動(dòng)物，它們都沒(méi)有脊索。

無(wú)脊椎動(dòng)物

無(wú)脊椎動(dòng)物環(huán)節(jié)動(dòng)物節(jié)肢動(dòng)物棘皮動(dòng)物硬骨質(zhì)的脊柱取代柔弱的脊索神經(jīng)管分化為脊髓。

脊椎動(dòng)物腦、眼等感覺(jué)器官和口等全部集中在頭部，呼吸器官進(jìn)一步發(fā)展成完善的鰓（水生）和肺（陸生），有成對(duì)運(yùn)動(dòng)附肢，出現(xiàn)心肌發(fā)達(dá)的心臟，腎臟和生殖系統(tǒng)等在結(jié)構(gòu)上也進(jìn)一步完善。分類： 圓口綱 軟骨魚(yú)綱 硬骨魚(yú)綱 兩棲綱 爬行綱 鳥(niǎo)綱 哺乳綱脊椎動(dòng)物從水生到陸地生活的演化過(guò)程。

脊椎動(dòng)物哺乳綱動(dòng)物

哺乳動(dòng)物包括：原獸亞綱后獸亞綱真獸亞綱無(wú)羽毛有毛發(fā)體溫恒定胎生

脊椎動(dòng)物人體所有細(xì)胞為真核細(xì)胞，是異養(yǎng)生物，人的組織器官發(fā)達(dá)，歸為動(dòng)物界；人胚胎期有脊索，屬于脊索動(dòng)物門的脊椎動(dòng)物亞門；人為恒溫動(dòng)物、無(wú)羽毛、具毛發(fā)、為胎生哺乳，人屬于哺乳綱；人（Homosapiens）人類最終的分類位置為脊索動(dòng)物門脊椎動(dòng)物亞門哺乳綱靈長(zhǎng)目人科人屬人種吸收氧氣，放出二氧化碳；有的是高蛋白食物的主要來(lái)源各種動(dòng)物海綿動(dòng)物、腔腸動(dòng)物、環(huán)節(jié)動(dòng)物、軟體動(dòng)物、節(jié)肢動(dòng)物、脊索動(dòng)物等真核、多細(xì)胞，異養(yǎng)，無(wú)細(xì)胞壁，大多數(shù)組織和器官發(fā)達(dá)，能運(yùn)動(dòng)動(dòng)物界吸收二氧化碳，放出氧氣；與人類衣食住行聯(lián)系密切各種植物苔蘚、蕨類、裸子植物、被子植物等真核，多細(xì)胞，具根莖葉和繁殖器官的分化，光合自養(yǎng)植物界降解有機(jī)物，致病，作物病害，制藥，食品等。青霉、木耳、猴頭菇霉菌、子囊菌、擔(dān)子菌為真核細(xì)胞，但無(wú)葉綠素，不能光合作用，行腐食營(yíng)養(yǎng)真菌界有的行光合作用，是海洋或湖泊中的原初生產(chǎn)者，有的是古代石油來(lái)源等草履蟲(chóng)、小球藻原生動(dòng)物、真核藻類、粘菌為真核細(xì)胞，單細(xì)胞或多細(xì)胞群體，大部分生活在水中原生生物界有機(jī)物的降解；自養(yǎng)或異養(yǎng)；工業(yè)發(fā)酵，造成水體污染，致病，提供單細(xì)胞蛋白及生物工程材料等大腸桿菌、螺旋藻古細(xì)菌、細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌等無(wú)明顯的細(xì)胞核，沒(méi)有膜包被的細(xì)胞器，或者是一些微小的單細(xì)胞生物原核生物界作用或用途代表生物類別特征五界系統(tǒng)

生物多樣性包括物種多樣性、遺傳多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性3方面內(nèi)容。全球生物多樣性正在迅速喪失，保護(hù)生物多樣性就是保護(hù)人類自己。對(duì)眾多生物進(jìn)行分類和命名是生物學(xué)研究的基礎(chǔ)和認(rèn)識(shí)生物多樣性的基礎(chǔ)。生物的分類包括界、門、綱、目、科、屬、種。采用雙名法命名，生物的形態(tài)特征是生物分類的基本依據(jù)。全部生物劃分為原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界。原核生物分為古細(xì)菌、細(xì)菌和藍(lán)細(xì)菌等3類。原生生物分為原生動(dòng)物，真核藻類和菌類。真菌主要營(yíng)寄生和腐生生活，它們從動(dòng)植物活體、死體或土壤的腐殖質(zhì)中分解和吸收有機(jī)質(zhì)。植物是適應(yīng)于陸地生活、具有光合作用能力的多細(xì)胞真核生物，根據(jù)適應(yīng)陸地生活的能力和進(jìn)化的形態(tài)特征，植物分為苔蘚植物、蕨類植物、裸子植物和被子植物4大類。在所有生物類群中，大約有2/3以上的種類屬于動(dòng)物，無(wú)脊椎動(dòng)物和脊椎動(dòng)物是動(dòng)物界的兩個(gè)主要類別，人類在動(dòng)物界最終的分類位置為脊索動(dòng)物門、脊椎動(dòng)物亞門、哺乳綱、靈長(zhǎng)目、人科、人屬、人種。本章摘要豚鼠與小鼠和灰鼠哪個(gè)親緣關(guān)系近？豚鼠小鼠灰鼠開(kāi)始實(shí)驗(yàn)豚鼠抽取豚鼠血樣豚鼠下一步將血清注射到白兔體內(nèi)抽取白兔血樣下一步小鼠抽取小鼠血樣小鼠下一步灰鼠抽取灰鼠血樣灰鼠下一步將豚鼠的血清分別與灰鼠，小鼠的血清混合。交叉反應(yīng)劇烈—親緣關(guān)系近交叉反應(yīng)輕微—親緣關(guān)系遠(yuǎn)返回

細(xì)胞3.1顯微鏡的發(fā)明3.2細(xì)胞的基本概念3.3細(xì)胞的類別3.4細(xì)胞的結(jié)構(gòu)3.5生物膜3.6細(xì)胞成分與結(jié)構(gòu)的分離3.1顯微鏡的發(fā)明300多年前

Leeuwenhoek

世界上最早的顯微鏡

RobertHooke

軟木蜂窩狀的小格子“細(xì)胞”1838年Schleiden1839年Schwann

細(xì)胞是組成生物體的基本單位顯微鏡的發(fā)明打開(kāi)了微觀世界的大門光學(xué)顯微鏡透射電子顯微鏡掃描電子顯微鏡3.2細(xì)胞的基本概念1855年，Virchow細(xì)胞學(xué)說(shuō)可以歸納為以下兩點(diǎn)：

1所有生物都由細(xì)胞和細(xì)胞的產(chǎn)物組成；

2新的細(xì)胞必須經(jīng)過(guò)已存在的細(xì)胞分裂而產(chǎn)生。細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位細(xì)胞是生命活動(dòng)的功能單位，一切代謝活動(dòng)均以細(xì)胞為基礎(chǔ)；特化的細(xì)胞分工合作，共同完成復(fù)雜的生命活動(dòng)細(xì)胞是生命的基本結(jié)構(gòu)單位，所有生物都是由細(xì)胞組成的；細(xì)胞是生殖和遺傳的基礎(chǔ)與橋梁；具有相同的遺傳語(yǔ)言；細(xì)胞是生物體生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)；形狀與大小各異的細(xì)胞是生物進(jìn)化的結(jié)果為什么說(shuō)細(xì)胞是生命的基本單位細(xì)胞是生命的基本結(jié)構(gòu)單位，所有生物都是由細(xì)胞組成的；細(xì)胞是生命活動(dòng)的功能單位，一切代謝活動(dòng)均以細(xì)胞為基礎(chǔ)；細(xì)胞是生殖和遺傳的基礎(chǔ)與橋梁；具有相同的遺傳語(yǔ)言；細(xì)胞是生物體生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)；形狀與大小各異的細(xì)胞是生物進(jìn)化的結(jié)果沒(méi)有細(xì)胞就沒(méi)有完整的生命（病毒的生命活動(dòng)離不開(kāi)細(xì)胞）3.3細(xì)胞的類別原核細(xì)胞、真核細(xì)胞原核細(xì)胞遺傳的信息量小，遺傳信息載體僅由一個(gè)環(huán)狀DNA構(gòu)成細(xì)胞內(nèi)沒(méi)有核膜和具有專門結(jié)構(gòu)與功能的細(xì)胞器的分化植物細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞葉綠體線粒體細(xì)胞壁細(xì)胞膜液泡細(xì)胞質(zhì)光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)細(xì)胞核粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體高爾基體線粒體細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞膜細(xì)胞核粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中心體纖毛植物細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞

特征

動(dòng)物細(xì)胞植物細(xì)胞質(zhì)體（葉綠體）細(xì)胞壁大的中央液胞其它無(wú)，異養(yǎng)營(yíng)養(yǎng)有，自養(yǎng)營(yíng)養(yǎng)無(wú)有（纖維素和果膠質(zhì)）無(wú)有（代謝調(diào)節(jié)作用）溶酶體、中心體乙醛酸循環(huán)體、胞間連絲分裂時(shí)的收縮環(huán)分裂時(shí)的細(xì)胞板3.4細(xì)胞的結(jié)構(gòu)

細(xì)胞膜和細(xì)胞壁細(xì)胞膜又稱質(zhì)膜，具有半透性，可選擇地讓物質(zhì)通過(guò)；它還有一些細(xì)胞識(shí)別位點(diǎn)如激素的受體、抗原結(jié)合點(diǎn)等，具有接受外界信息、與外界通訊等功能。植物細(xì)胞的細(xì)胞膜外還有細(xì)胞壁，具有支持和保護(hù)植物細(xì)胞的功能。核被膜是包在核外的雙層膜，外膜可延伸與細(xì)胞質(zhì)中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連。一些蛋白質(zhì)和RNA分子可通過(guò)核被膜或核被膜上的核孔進(jìn)入或輸出細(xì)胞核。染色質(zhì)是核中由DNA和蛋白質(zhì)組成并可被蘇木精等染料染色的物質(zhì)，染色質(zhì)DNA含有大量基因片段，是生命的遺傳物質(zhì)。核仁是核中顆粒狀結(jié)構(gòu)，富含蛋白質(zhì)和RNA，核糖體的裝配場(chǎng)所。染色質(zhì)和核仁都被液態(tài)的核基質(zhì)所包圍。

細(xì)胞核

細(xì)胞器細(xì)胞膜內(nèi)是透明粘稠并可流動(dòng)的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，細(xì)胞器分布在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中。細(xì)胞器主要包括：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、核糖體、高爾基體、溶酶體、線粒體、質(zhì)體、微體、液泡、微管、微絲等。有的細(xì)胞表面還有鞭毛或纖毛。線粒體

由內(nèi)膜和外膜包裹的囊狀結(jié)構(gòu)，囊內(nèi)是液態(tài)的基質(zhì)。外膜平整，內(nèi)膜向內(nèi)折入形成一些嵴，內(nèi)膜面上有ATP酶復(fù)合體。線粒體是細(xì)胞呼吸和能量代謝中心。線粒體基質(zhì)中還含有DNA分子和核糖體。質(zhì)體

是植物細(xì)胞的細(xì)胞器，包括白色體和有色體。葉綠體

是最重要的有色體，是植物光合作用的細(xì)胞器。葉綠體也有兩層膜，也含有環(huán)狀的DNA和核糖體。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脂類雙分子層為基礎(chǔ)形成的囊腔和管道系統(tǒng)。光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與脂類合成和代謝有關(guān)。糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上附有顆粒狀的核糖體。核糖體是細(xì)胞合成蛋白質(zhì)的場(chǎng)所，糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成并運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)。高爾基體

是一些聚集的扁的小囊和小泡。是細(xì)胞分泌物的加工和包裝場(chǎng)所，最后形成分泌泡將分泌物排出體外。高爾基體還與植物分裂時(shí)的新細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的形成有關(guān)。溶酶體是單層膜小泡，由高爾基體斷裂而產(chǎn)生,內(nèi)含多種水解酶,可催化蛋白質(zhì)、核酸、脂類、多糖等生物大分子，消化細(xì)胞碎渣和從外界吞入的顆粒。微體液泡細(xì)胞骨架由微管、肌動(dòng)蛋白和中間絲構(gòu)成的，維持著細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有序性。3.5生物膜各類細(xì)胞器的膜（如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、內(nèi)囊體膜等）、質(zhì)膜和核膜在分子結(jié)構(gòu)上基本相同，它們統(tǒng)稱為生物膜。膜的結(jié)構(gòu)1895年Overton膜是由脂組成的1917年Langmuir磷脂單分子層1925年Gorter&Grendel

磷脂雙分子層1932年Davson&Danielli

“三明治”模型

……

流動(dòng)鑲嵌模型生物膜的“流動(dòng)鑲嵌模型”主要特點(diǎn)有序性流動(dòng)性不對(duì)稱性生物膜的結(jié)構(gòu)是與其功能相一致的。物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸

被動(dòng)運(yùn)輸——簡(jiǎn)單擴(kuò)散

水的簡(jiǎn)單擴(kuò)散（滲透作用）

被動(dòng)運(yùn)輸——易化擴(kuò)散

主動(dòng)運(yùn)輸——鈉鉀泵（動(dòng)物細(xì)胞）

——直接消耗ATP

主動(dòng)運(yùn)輸——質(zhì)子泵（植物細(xì)胞）

——直接消耗ATP

主動(dòng)運(yùn)輸——協(xié)同運(yùn)輸

——間接消耗ATP

胞吞和胞吐作用

——生物大分子或顆粒物質(zhì)的運(yùn)輸物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸（總結(jié)）

被動(dòng)運(yùn)輸——簡(jiǎn)單擴(kuò)散

——易化擴(kuò)散主動(dòng)運(yùn)輸——直接消耗ATP

（動(dòng)物細(xì)胞）——鈉鉀泵（植物細(xì)胞）——質(zhì)子泵

——間接消耗ATP——協(xié)同運(yùn)輸胞吞和胞吐作用

——生物大分子或顆粒物質(zhì)的運(yùn)輸3.6細(xì)胞成分與結(jié)構(gòu)的分離

用細(xì)胞破碎技術(shù)和超離心技術(shù)對(duì)細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu)成分進(jìn)行分離和進(jìn)一步的生物化學(xué)分析是探索細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能相互關(guān)系的重要途徑。

300多年前英國(guó)人Leeuwenhoek制出了世界上最早的顯微鏡，打開(kāi)了微觀世界的大門。

細(xì)胞學(xué)說(shuō)可以歸納為；所有生物都由細(xì)胞和細(xì)胞的產(chǎn)物組成；新的細(xì)胞必須經(jīng)過(guò)已存在的細(xì)胞分裂而產(chǎn)生。

原核細(xì)胞是地球上起源最早、結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的生命形式。原核細(xì)胞的遺傳物質(zhì)分布于核區(qū)，沒(méi)有以膜為基礎(chǔ)的具特定結(jié)構(gòu)與功能的細(xì)胞器，細(xì)胞壁主要化學(xué)成分是肽聚糖而區(qū)別于以纖維素為主的植物細(xì)胞壁。

真核細(xì)胞具有真正的細(xì)胞核，其遺傳物質(zhì)DNA包被在雙層膜的特殊結(jié)構(gòu)中。細(xì)胞核包括核仁、核質(zhì)和核膜等部分。真核細(xì)胞還具有許多由膜包被或組成的細(xì)胞器，它們包括線粒體、葉綠體、高爾基體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等。

膜是生命最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)。典型的生物膜為蛋白質(zhì)鑲嵌的磷脂雙分子層，具有脂類的流動(dòng)特性。物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸包括不需要能量的被動(dòng)運(yùn)輸和需要消耗ATP的主動(dòng)運(yùn)輸。本章摘要

生命的基本化學(xué)組成4.1原子和分子——生命的化學(xué)基礎(chǔ)4.2糖類化合物4.3脂類化合物4.4蛋白質(zhì)4.5核酸4.1原子和分子——生命的化學(xué)基礎(chǔ)生物具有多樣性，但生物體的化學(xué)組成基本相似 組成生物體的主要元素包括C、H、O、N、P、S、Ca等，以上7種元素約占生物體的99.35%，其中C、H、O、N4種元素占96%。

生物體的主要元素生物體都是由蛋白質(zhì)、核酸、脂類、糖、無(wú)機(jī)鹽和水組成。哪一種分子含量最高？

生物體的主要生物分子

不同的生物體，其分子組成也大體相同蛋白質(zhì)、核酸、脂類和多糖是組成生物體最重要的生物大分子，水是生物體內(nèi)所占比例最大的化學(xué)成分在生命元素中，碳原子具有特別重要的作用，碳原子相互連接成鏈或成環(huán)，形成各種生物大分子的基本結(jié)構(gòu)。

有機(jī)化合物的碳骨架和功能基團(tuán)

碳骨架結(jié)構(gòu)排列和長(zhǎng)短決定了有機(jī)化合物的基本性質(zhì)生物體中的有機(jī)化合物主要含有羥基、羰基、羧基和氨基等功能基團(tuán)，這些功能基團(tuán)幾乎都是極性基團(tuán)。功能基團(tuán)的極性使得生物分子具有親水性，有利于這些化合物穩(wěn)定于有大量水分子存在的細(xì)胞中。生物大分子的基本性質(zhì)還取決于與碳骨架相連接的功能基團(tuán)由生物單體分子合成生物大分子多聚體往往涉及與功能基團(tuán)相關(guān)的脫水反應(yīng)，又稱為脫水縮合反應(yīng)。使生物大分子多聚體分解為單體的分解反應(yīng)往往需要有水分子參與，因此又稱為水解反應(yīng)。水解反應(yīng)是脫水縮合反應(yīng)的逆反應(yīng)脫水縮合反應(yīng)與水解反應(yīng)糖分子含C、H、O3種元素，通常3者的比例為1:2:1，一般化學(xué)通式為(CH2O)n

葡萄糖C6H12O6,蔗糖C12H22O11

脫氧核糖C5H10O4，乙酸C2H4O2糖是生物代謝反應(yīng)的重要中間代謝物，還可構(gòu)成核酸和糖蛋白等重要生物成分、糖又是生命活動(dòng)的主要能源糖類包括小分子的單糖、寡糖和由單糖構(gòu)成的大分子的多糖4.2糖類化合物重要的單糖包括葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、脫氧核糖等

單糖

分子式相同而結(jié)構(gòu)式不同的兩種有機(jī)化合物稱為同分異構(gòu)體五碳糖和六碳糖等在水溶液中大多成環(huán)式結(jié)構(gòu)重要的二糖包括蔗糖、麥芽糖、乳糖等

二糖

麥芽糖由兩分子葡萄糖單體脫水縮合形成蔗糖由一分子葡萄糖和一分子果糖縮合形成乳糖由一分子葡萄糖和一分子半乳糖縮合而成重要的多糖有淀粉、糖原、纖維素、氨基葡聚糖等

多糖

脂類的組成和功能脂類是脂肪、磷脂、類固醇等類化合物的總稱脂類分子也含C、H、O3種元素，但H:O遠(yuǎn)大于2，有些脂含P和N，各種脂類分子的結(jié)構(gòu)可以差異很大脂類不溶于水，可溶于非極性溶劑。脂類是生物膜的主要成分；脂肪氧化時(shí)產(chǎn)生的能量大約是糖氧化時(shí)的二倍。生物表面的保護(hù)層/保持體溫/生物活性物質(zhì)4.3脂類(lipids)化合物

中性脂肪(動(dòng)物-fat)和油(植物-oil)由甘油醇和脂肪酸結(jié)合成的酯。又稱磷酸甘油脂，與脂肪不同之處在于甘油的一個(gè)羥基不是與脂肪酸結(jié)合成酯，而是與磷酸及其衍生物(如磷酸膽堿)結(jié)合，形成卵磷脂

磷脂卵磷脂是生物膜脂質(zhì)雙層的主要成分，磷酸膽堿一端為極性的頭，兩個(gè)脂肪酸一端為非極性的尾，其中一個(gè)脂肪酸通常含不飽和雙鍵，因此總有點(diǎn)彎折

類固醇如膽固醇等脂類也是細(xì)胞膜的重要成分

類固醇

結(jié)構(gòu)蛋白伸縮蛋白

貯存蛋白保護(hù)蛋白

運(yùn)輸?shù)鞍准に氐鞍仔盘?hào)蛋白

酶和輔酶4.4蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)的主要種類和功能氨基酸結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)在于，在與羧基相連的碳原子（

-碳原子）上都有一個(gè)氨基，另一個(gè)R基。

蛋白質(zhì)是由20種氨基酸組成的生物大分子

不同氨基酸其R基各不相同，R基的結(jié)構(gòu)決定了20種氨基酸的特殊性質(zhì)NH一個(gè)氨基酸的

氨基與另一個(gè)氨基酸的

羧基脫水縮合，形成肽鍵并生成二肽化合物。不同數(shù)目的氨基酸以肽鍵順序相連形成多肽，多肽形成蛋白質(zhì)分子的亞單位。蛋白質(zhì)的特定構(gòu)象即蛋白質(zhì)的三維空間結(jié)構(gòu)和形態(tài)對(duì)于蛋白質(zhì)的功能起決定性的作用。蛋白質(zhì)變性（構(gòu)象發(fā)生變化）使得其特定的功能便立即喪失。

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

一級(jí)結(jié)構(gòu) 二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)核酸貯存遺傳信息，控制蛋白質(zhì)的合成核酸包括脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA),都是由許多順序排列的核苷酸組成的大分子。貯存遺傳信息的特殊DNA片段稱為基因，它編碼蛋白質(zhì)的氨基酸序列，從而決定蛋白質(zhì)的功能。通過(guò)蛋白質(zhì)的作用，DNA實(shí)際上控制著細(xì)胞和生物體的生命過(guò)程DNA控制蛋白質(zhì)的合成是通過(guò)RNA來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即遺傳信息由DNA轉(zhuǎn)錄到RNA，后者決定蛋白質(zhì)的氨基酸序列4.5核酸核苷酸每一個(gè)核苷酸含有一個(gè)戊糖（核糖或脫氧核糖）分子、一個(gè)磷酸分子和一個(gè)含氮的有機(jī)堿（堿基）。脫氧核糖或核糖上第一位碳原子與嘌呤或嘧啶結(jié)合，就成為脫氧核苷或核苷，第三位或第五位碳原子再與磷酸結(jié)合，就成為脫氧核糖核苷酸或核糖核苷酸。核苷酸的有機(jī)堿分為兩類；一類是嘌呤，是雙環(huán)分子；一類是嘧啶，是單環(huán)分子。嘌呤包括腺嘌呤(A)和鳥(niǎo)嘌呤(G)2種嘧啶有胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)和尿嘧啶(U)3種。DNA的堿基是A、T、G、C，RNA的堿基是A、U、G、C。多個(gè)核糖核苷酸以磷酸順序相連成長(zhǎng)鏈的多核苷酸分子，即成為核酸的基本結(jié)構(gòu)脫氧核糖核酸或核糖核酸TTTDNA分子是由兩條脫氧核糖核酸長(zhǎng)鏈互以堿基配對(duì)相連而成的螺旋狀雙鏈分子；DNA主要存在于細(xì)胞核內(nèi)的染色質(zhì)中，線粒體和葉綠體中也有，是遺傳信息的攜帶者。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)RNA分子是單鏈的，RNA在細(xì)胞核內(nèi)產(chǎn)生，然后進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，在蛋白質(zhì)的合成中起重要作用。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)1951年Watson23歲丹麥的哥本哈根Wilkins教授英國(guó)劍橋大學(xué)Cavendish實(shí)驗(yàn)室Crick，31歲倫敦大學(xué)King’s實(shí)驗(yàn)室女科學(xué)家FranklinWilkins教授Randall教授DNA應(yīng)該是雙螺旋A與T、C與G巧妙連接符合X衍射數(shù)據(jù)DNA的復(fù)制1953年2月28日，Waterson和Crick用金屬線又制出了新的DNA模型，他們?yōu)樽匀豢茖W(xué)樹(shù)立了一座閃閃發(fā)光的里程碑。生命元素中，碳元素具有特別重要的作用。生物大分子的基本性質(zhì)取決于有機(jī)化合物的碳骨架和功能基團(tuán)。蛋白質(zhì)、核酸、脂類和多糖等，都是由含有功能基團(tuán)的相同或相近的單體脫水縮合而成。

糖類包括單糖、寡糖和多糖。糖是生物代謝反應(yīng)的重要中間代謝物，是細(xì)胞重要的結(jié)構(gòu)成分，可構(gòu)成核酸和糖蛋白等重要生物大分子，糖類又是生命活動(dòng)的主要能源。

脂類主要是由碳原子和氫原子通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合形成的非極性化合物，具有疏水性。中性脂肪和油都是由甘油和脂肪酸結(jié)合成的脂類。卵磷脂是生物膜脂質(zhì)雙層的主要成分。

蛋白質(zhì)是細(xì)胞最重要的結(jié)構(gòu)成分并參與所有的生命活動(dòng)過(guò)程。蛋白質(zhì)的特定構(gòu)像對(duì)于蛋白質(zhì)的功能起決定性的作用。

核酸包括脫氧核糖核酸（DNA)和核糖核酸(RNA)兩類。DNA是右旋的雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA是遺傳信息的攜帶者。貯存遺傳信息的特殊DNA片段稱為基因，它決定蛋白質(zhì)的功能。RNA是一類單鏈分子，在蛋白質(zhì)的合成中起重要作用。1953年Watson和Crick建立了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)理論，奠定了現(xiàn)代分子生物學(xué)基礎(chǔ)。本章摘要

能量與代謝5.1生物體的能量5.2熱力學(xué)定律5.3細(xì)胞的能量通貨——ATP5.4酶促反應(yīng)5.5影響酶活性的因素5.6生物代謝5.1生物體的能量

生命活動(dòng)需要能量

代謝是化學(xué)物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程生命的存在要靠能量,生物本身不能創(chuàng)造新的能量。幾乎所有地球生命所需要的能量都來(lái)自太陽(yáng)。自養(yǎng)生物與異養(yǎng)生物生態(tài)系統(tǒng)中能量的流動(dòng)是由多樣化的生命過(guò)程完成的熱力學(xué)第一定律即能量守恒定律宇宙的能量是一個(gè)常數(shù)，能量可以不斷被轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，但不可能被創(chuàng)造，也不可能被消滅。5.2熱力學(xué)定律

熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)將不能做功的隨機(jī)和無(wú)序狀態(tài)的能定義為熵，以S表示。宇宙或系統(tǒng)的各種過(guò)程總是向著熵增大的方向進(jìn)行。

熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)將系統(tǒng)中總的熱量稱為焓，以H表示。在恒定溫度和壓力條件下總能量中可以做功的那一部分能量為自由能，以G表示。當(dāng)熵增加時(shí)，系統(tǒng)的自由能便會(huì)下降，因此有：DG=DH-TDS(T為絕對(duì)溫度)生命依靠能量的不斷輸入一直在與熱力學(xué)第二定律作抗?fàn)帯?/p>

熱力學(xué)第二定律物理和化學(xué)過(guò)程達(dá)到平衡時(shí)，即達(dá)到系統(tǒng)的自由能最小而熵最大。

放能反應(yīng)和吸能反應(yīng)在一個(gè)反應(yīng)中，如果產(chǎn)物比反應(yīng)物含有更少的自由能，這個(gè)反應(yīng)便趨向于自發(fā)地進(jìn)行。自發(fā)反應(yīng)可釋放自由能，稱為放能反應(yīng)。需從外界輸入自由能才能進(jìn)行的反應(yīng)稱為吸能反應(yīng)5.3細(xì)胞的能量通貨——ATP在活細(xì)胞中，能量貯存在腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)中ATPATP水解時(shí)，一個(gè)高能磷酸鍵斷裂同時(shí)釋放出能量

ATP+H2O——>ADP+Pi

G=-30.5KJ/molNH2ATP作為細(xì)胞能量的通貨是如何工作的？放能反應(yīng)和ATP的合成相偶聯(lián)，吸能反應(yīng)和ATP的分解相偶聯(lián)。

發(fā)光細(xì)胞有熒光素酶（E-LH），酶促反應(yīng)使ATP與E-LH先偶聯(lián)，偶聯(lián)的高能中間產(chǎn)物E~LH2-AMP在氧氣存在時(shí)可釋放出能量，并以熒光的形式發(fā)射出來(lái)：ATP+E-LH

E~LH2-AMP+PiE~LH2-AMP+O2

E-P+CO2+h

仲夏的夜晚螢火蟲(chóng)如何利用ATP來(lái)發(fā)光？熱力學(xué)原理只能幫助我們預(yù)測(cè)一個(gè)反應(yīng)能否發(fā)生，卻不能告訴我們反應(yīng)的速度有多快酶是細(xì)胞產(chǎn)生的可調(diào)節(jié)化學(xué)反應(yīng)速度的催化劑絕大多數(shù)的酶都是蛋白質(zhì)酶在常溫、常壓、中性pH的溫和條件下具有很高的催化效率5.4酶促反應(yīng)

酶是具有催化作用的蛋白質(zhì)

化學(xué)鍵能障活化能

酶的催化作用機(jī)理酶可以降低活化一個(gè)反應(yīng)所需要的能量酶+底物

酶-底物復(fù)合物

酶+產(chǎn)物

E+S

E-S

E+P酶與底物結(jié)合降低反應(yīng)的活化能

特殊的三維空間結(jié)構(gòu)和構(gòu)象酶的活性位點(diǎn)或酶的活性中心鑰匙和鎖誘導(dǎo)契合酶的活性位點(diǎn)“柔性學(xué)說(shuō)”酶的特異性（專一性）5.5影響酶活性的因素

溫度的影響pH的影響

輔助因子的作用

無(wú)機(jī)金屬離子——輔助因子有機(jī)化合物——輔酶——遞H+或遞電子NADP+和FAD的遞H+和遞電子作用

酶的抑制劑

可逆與不可逆抑制劑競(jìng)爭(zhēng)性與非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑

反饋抑制酶促反應(yīng)在細(xì)胞中往往不是獨(dú)立發(fā)生的在代謝過(guò)程中局部反應(yīng)對(duì)催化該反應(yīng)的酶所起的抑制作用，稱為反饋抑制細(xì)胞自行調(diào)節(jié)其代謝的一種機(jī)制維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的重要機(jī)制5.5生物代謝

活細(xì)胞是一個(gè)微小的化學(xué)工業(yè)園在極其微小的空間內(nèi)發(fā)生著數(shù)千種生物化學(xué)反應(yīng)代謝是生物體內(nèi)所有化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的總稱代謝—酶控制下的化學(xué)反應(yīng)和能量轉(zhuǎn)化細(xì)胞不是一個(gè)裝滿了各種酶和底物的口袋細(xì)胞復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特別是膜的結(jié)構(gòu)固定了各代謝反應(yīng)的空間和時(shí)間，使它們高度有序并可以被控制和調(diào)節(jié)。

細(xì)胞利用能量（ATP）完成各種工作

代謝途徑就像復(fù)雜道路交通圖1853年，法國(guó)科學(xué)家Tour——正在發(fā)酵的啤酒含有酵母菌同年，德國(guó)科學(xué)家Schwann——酵母菌在酒發(fā)酵中的關(guān)鍵作用

巴斯德（Pasteur）與生物發(fā)酵科學(xué)界的排斥——現(xiàn)代化學(xué)之父Lavoiser堅(jiān)持發(fā)酵只是一種簡(jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng)，即：

C6H12O6

2C2H5OH+2CO2Liebig的嘲笑不公正地解雇1854年“巴斯德消毒法”。酵母菌的大量繁殖實(shí)驗(yàn)——酵母菌的代謝活動(dòng)是發(fā)酵的最重要因素。細(xì)胞體外的發(fā)酵也必須要有酶的參與

生命活動(dòng)需要能量，代謝是發(fā)生在生物體內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程。生命活動(dòng)符合熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律。生命依靠不斷地輸入能量維持高度有序的整體。光能自養(yǎng)生物依賴于光合作用、異養(yǎng)生物依賴消耗有機(jī)質(zhì)來(lái)補(bǔ)充能量。ATP是細(xì)胞的能量通貨，生物體內(nèi)放能反應(yīng)與ATP的合成相偶聯(lián)，吸能反應(yīng)與ATP的分解相偶聯(lián)。

酶是具有催化作用的蛋白質(zhì)，它可以降低活化一個(gè)反應(yīng)所需要的能量，在常溫常壓下催化生物化學(xué)反應(yīng)。酶具有特異性，酶的特異性在于酶的活性中心與底物的特殊匹配關(guān)系。影響酶活性的主要因素包括溫度、pH、抑制劑等。最終產(chǎn)物的反饋抑制可防止細(xì)胞生成超過(guò)其需要的多余產(chǎn)物。

代謝是生物體內(nèi)所有化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的總稱，細(xì)胞復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特別是膜的結(jié)構(gòu)固定了各代謝反應(yīng)的空間和時(shí)間，使它們高度有序并可以被控制和調(diào)節(jié)。偉大的生物學(xué)家Pasteur用令人信服的實(shí)驗(yàn)證明了酵母菌在葡萄酒發(fā)酵中的基本作用。本章摘要

細(xì)胞呼吸——能量的收獲6.1細(xì)胞呼吸產(chǎn)生能量6.2細(xì)胞呼吸的化學(xué)過(guò)程6.3ATP形成機(jī)理和能量形成的統(tǒng)計(jì)6.4其它營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化細(xì)胞呼吸是生物體獲得能量的主要代謝途徑細(xì)胞呼吸是一種氧化反應(yīng)有機(jī)化合物+O2→CO2+能量“燃料”包括糖類、脂肪、蛋白質(zhì)等C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量（ATP+熱量）細(xì)胞呼吸主要在線粒體中進(jìn)行，溫和條件和酶的參與調(diào)控6.1細(xì)胞呼吸產(chǎn)生能量

生命活動(dòng)需要能量在有氧環(huán)境中，酵母細(xì)胞消耗氧氣來(lái)分解葡萄糖并獲得能量，同時(shí)產(chǎn)生二氧化碳在缺氧環(huán)境中，酵母菌將葡萄糖分解成酒精（乙醇）和二氧化碳在有氧環(huán)境中，食物分子被充分氧化，可產(chǎn)生比無(wú)氧環(huán)境更多的能量

酵母菌發(fā)酵與細(xì)胞有氧呼吸發(fā)酵是典型的細(xì)胞呼吸過(guò)程慢跑，細(xì)胞消耗氧氣來(lái)分解葡萄糖并獲得能量，同時(shí)產(chǎn)生二氧化碳和水快跑，細(xì)胞將葡萄糖分解成乳酸和二氧化碳人體細(xì)胞的呼吸過(guò)程細(xì)胞呼吸定義為生物細(xì)胞消耗氧氣來(lái)分解食物分子并獲得能量的過(guò)程。通常意義的呼吸運(yùn)動(dòng)與細(xì)胞呼吸是相互關(guān)聯(lián)的呼吸運(yùn)動(dòng)與細(xì)胞呼吸獲得電子——還原反應(yīng)；失去電子——氧化反應(yīng)氧化還原反應(yīng)——細(xì)胞中氫及其電子從一個(gè)化合物向另一個(gè)化合物轉(zhuǎn)移氧化還原反應(yīng)是呼吸作用和光合作用等代謝中最基本的反應(yīng)

氧化還原反應(yīng)被轉(zhuǎn)移的氫原子所攜帶的能量?jī)?chǔ)藏在新化學(xué)鍵中

氧化還原反應(yīng)XH2(還原型底物)＋NAD+→X(氧化型底物)＋NADH＋H+XH2(還原型底物)＋NADP+→X(氧化型底物)＋NADPH＋H+XH2(還原型底物)＋FAD+→X(氧化型底物)＋FADH2

還原態(tài)的NADH、NADPH和FADH2等還可將所接受的電子和氫傳遞給其他傳遞體如細(xì)胞色素、輔酶Q等儲(chǔ)藏在葡萄糖等食物分子中的化學(xué)能經(jīng)細(xì)胞呼吸釋放，以高能磷酸鍵的形式貯藏在ATP分子中。葡萄糖中大約40-50%的能量被轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存在ATP中，而汽車發(fā)動(dòng)機(jī)只有15-25%轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，細(xì)胞呼吸的產(chǎn)能效率高。

ATP的產(chǎn)生和應(yīng)用在生物體中，ATP不斷地消耗和再生，維持著生命的高度有序狀態(tài)動(dòng)物細(xì)胞呼吸的“燃料”

ATP的產(chǎn)生和應(yīng)用ATP和ADP分子的相互轉(zhuǎn)換一個(gè)人每天大約需要消耗45KgATP，但每一時(shí)刻貯存在人體里的ATP不到1g。即每個(gè)細(xì)胞每秒鐘大約可形成一千萬(wàn)個(gè)ATP，同時(shí)有同樣量的ATP被水解

每摩爾ATP水解形成ADP，可產(chǎn)生7.3Kcal/mol的能量。一個(gè)成年人每天攝入的食物分子經(jīng)過(guò)細(xì)胞呼吸形成的ATP，可提供大約2200Kcal的能量

ATP的產(chǎn)生和應(yīng)用細(xì)胞呼吸是由一系列化學(xué)反應(yīng)組成的一個(gè)連續(xù)完整的代謝過(guò)程每一步化學(xué)反應(yīng)都需要特定的酶參與才能完成細(xì)胞呼吸的3個(gè)階段6.2細(xì)胞呼吸的化學(xué)過(guò)程

概述發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中的9步反應(yīng)。參與化合物：①葡萄糖，②ADP和磷酸，③NAD+。起始階段還需要消耗2分子ATP來(lái)啟動(dòng)，但后期共產(chǎn)出4分子ATP，還形成高能化合物NADH。最終產(chǎn)物是丙酮酸。糖酵解將六碳的葡萄糖分解成2個(gè)三碳的丙酮酸，凈產(chǎn)生2個(gè)ATP，生成1分子NADH，糖酵解不需要氧參與。

糖酵解發(fā)生在線粒體中。分解丙酮酸形成2分子CO2、8個(gè)H，3分子NADH和1分子FADH2，及1分子ATP。Krebs循環(huán)也是放能反應(yīng)過(guò)程Krebs循環(huán)電子傳遞鏈就是通過(guò)一系列的氧化還原反應(yīng)，將高能電子從NADH和FADH2最終傳遞給分子氧，同時(shí)隨著電子能量水平的逐步下降，高能電子所釋放的化學(xué)能就通過(guò)磷酸化途徑貯存到ATP分子中

電子傳遞鏈和氧化磷酸化電子傳遞鏈又稱呼吸鏈，主要成分是線粒體內(nèi)膜上的蛋白復(fù)合物，這些復(fù)合物包含了一系列的電子傳遞體。

電子傳遞鏈和氧化磷酸化在磷酸化過(guò)程中，相關(guān)的酶將底物分子上的磷酸基團(tuán)直接轉(zhuǎn)移到ADP分子上6.3ATP形成機(jī)理和能量形成的統(tǒng)計(jì)

底物水平的磷酸化1961年，英國(guó)科學(xué)家Mitchell提出化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)由此榮獲1978年的諾貝爾獎(jiǎng)。

化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)當(dāng)線粒體內(nèi)膜上的呼吸鏈進(jìn)行電子傳遞時(shí)，電子能量逐步降低，脫下的H+質(zhì)子便穿過(guò)膜從線粒體的基質(zhì)進(jìn)入到內(nèi)膜外的腔中，造成跨膜的質(zhì)子梯度（濃度差），導(dǎo)致化學(xué)滲透發(fā)生，即質(zhì)子順梯度從外腔經(jīng)內(nèi)膜通道（ATP合成酶）而返回到線粒體的基質(zhì)中，所釋放的能使ADP與磷酸結(jié)合生成ATP。糖酵解：底物水平的磷酸化產(chǎn)生4個(gè)ATP，己糖活化消耗2個(gè)ATP，脫氫反應(yīng)產(chǎn)生2個(gè)NADH，經(jīng)電子傳遞鏈生成4或6個(gè)ATPKrebs循環(huán)：底物水平的磷酸化產(chǎn)生2個(gè)ATP，脫氫反應(yīng)產(chǎn)生8個(gè)NADH和2個(gè)FADH2，8個(gè)NADH經(jīng)電子傳遞鏈生成24個(gè)ATP，2個(gè)FADH2經(jīng)電子傳遞鏈生成4個(gè)ATP。1分子葡萄糖徹底氧化分解所形成的能量統(tǒng)計(jì)

在呼吸鏈電子傳遞過(guò)程中，每分子NADH產(chǎn)生3分子ATP，每分子FADH2產(chǎn)生2分子ATP，1分子葡萄糖通過(guò)有氧呼吸共形成36或38個(gè)ATP。整個(gè)有氧呼吸過(guò)程凈產(chǎn)生36還是38個(gè)ATP取決于糖酵解階段產(chǎn)生于細(xì)胞質(zhì)中的NADH穿過(guò)線粒體膜進(jìn)入呼吸鏈時(shí)是否消耗能量，按甘油磷酸環(huán)路穿過(guò)線粒體膜需要消耗2分子ATP，按蘋(píng)果酸-天冬氨酸環(huán)路則不需要消耗ATP。6.3ATP形成機(jī)理和能量形成的統(tǒng)計(jì)生物大分子需要經(jīng)過(guò)消化作用生成單體小分子的葡萄糖、氨基酸或脂肪酸等消化作用常常發(fā)生在細(xì)胞外，而不是在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，它是一種在酶作用下的水解過(guò)程6.4其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的氧化

消化作用氨基酸與脂肪酸的氧化是先轉(zhuǎn)變?yōu)槟撤N中間產(chǎn)物，然后進(jìn)入糖酵解或三羧酸循環(huán)。氨基酸脫氨變成三羧酸循環(huán)中的有機(jī)酸脂肪酸可以與輔酶A結(jié)合后氧化生成乙酰輔酶A而進(jìn)入三羧酸循環(huán)甘油則可以轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿岣视腿┻M(jìn)入糖酵解過(guò)程

蛋白質(zhì)和脂肪的氧化食物分子的氧化分解即細(xì)胞呼吸過(guò)程捕獲能量；食物分子的分解又為生物大分子的合成和細(xì)胞、組織和生物體的組成提供原料

營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分解可提供生物分子合成的原料細(xì)胞呼吸是生物體獲得能量的主要代謝途徑，主要在線粒體中進(jìn)行，在溫和條件和酶的參與調(diào)控下，通過(guò)一系列氧化還原反應(yīng)，將儲(chǔ)藏在葡萄糖等中的化學(xué)能釋放，并以高能磷酸鍵的形式貯藏在ATP分子中。

細(xì)胞呼吸的化學(xué)過(guò)程包括3個(gè)階段。糖酵解發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中，將1分子葡萄糖分解成2分子丙酮酸。Krebs循環(huán)發(fā)生在線粒體中，進(jìn)一步分解丙酮酸形成二氧化碳、NADH和FADH2。通過(guò)第三階段電子傳遞鏈，儲(chǔ)存于NADH和FADH2的高能電子沿分布于線粒體膜上的呼吸鏈傳遞，最后達(dá)到分子氧，高能電子逐步釋放的能量合成了更多的ATP。

生物細(xì)胞通過(guò)底物水平磷酸化和與電子傳遞系統(tǒng)偶聯(lián)的磷酸化2種途徑合成ATP。底物水平的磷酸化是相關(guān)的酶將底物分子上的磷酸基團(tuán)直接轉(zhuǎn)移到ADP分子上。與電子傳遞系統(tǒng)偶聯(lián)的磷酸化涉及化學(xué)滲透過(guò)程。通過(guò)上述2種磷酸化途徑，1分子葡萄糖通過(guò)有氧呼吸共形成36或38個(gè)ATP。

蛋白質(zhì)中的氨基酸與脂肪中的脂肪酸氧化是先轉(zhuǎn)變?yōu)槟撤N中間產(chǎn)物，然后進(jìn)入糖酵解或三羧酸循環(huán)。食物分子的氧化分解捕獲能量，分解產(chǎn)物又為生物大分子的合成和細(xì)胞、組織和生物體的組成提供原料。本章摘要

光合作用

主講:

7.1光合作用的早期研究7.2光合自養(yǎng)生物是生物圈的生產(chǎn)者7.3光的性質(zhì)與葉綠素7.4光系統(tǒng)與光反應(yīng)7.5暗反應(yīng)與葡萄糖的形成

7.1光合作用的早期研究

1642年比利時(shí)科學(xué)家

Helmont1770年英國(guó)牧師

Priestley大玻璃罩老鼠蠟燭顯微鏡氣孔

氧氣的來(lái)源

1930年，Stanford大學(xué)Niel

細(xì)菌光合作用：CO2+H2SCH2O+S

CO2+H2OCH2O+O2

植物的光合作用表達(dá)式：10年后同位素示蹤C(jī)O2+H218OCH2O+18O2

證明：在光合作用中，不是CO2而是H2O被光解放出了O2。7.2光合自養(yǎng)生物是生物圈的生產(chǎn)者

光合自養(yǎng)生物植物利用太陽(yáng)能制造食物分子供自我代謝需要，原料CO2和H2O，為其它的生命直接或間接地提供了食物，是生物圈的生產(chǎn)者；光合自養(yǎng)生物主要種類陸生植物藻類光合細(xì)菌

植物：自養(yǎng)食肉動(dòng)物食草動(dòng)物真菌：以有機(jī)物為營(yíng)養(yǎng)

葉綠體和光合膜

葉片葉綠體分布于葉肉組織氣孔控制著CO2

和O2進(jìn)出

葉綠體的形狀類似于一個(gè)凸透鏡，直徑范圍為2-7

m。葉綠體外包被是雙層生物膜，膜內(nèi)含有稱為基質(zhì)的致密液體，懸浮分布于基質(zhì)中的是一些膜系統(tǒng)，它們是一系列排列整齊的扁平囊狀結(jié)構(gòu)稱之為類囊體。部分類囊體相互垛疊在一起像一摞硬幣，稱為基粒光合膜

是植物利用光能制造食物分子最重要的場(chǎng)所。

7.3光的性質(zhì)與葉綠素光是一種電磁波粒子性質(zhì)光子的能量與其波長(zhǎng)成反比紫光波長(zhǎng)最短，能量最大；紅光波長(zhǎng)較長(zhǎng)，能量小日光經(jīng)過(guò)棱鏡折射，形成連續(xù)不同波長(zhǎng)的光，即可見(jiàn)光譜

光的性質(zhì)光子照射到某些生物分子電子躍遷到更高的能量水平激發(fā)態(tài)：葉綠素分子是一種可以被可見(jiàn)光激發(fā)的色素分子，在光子驅(qū)動(dòng)下發(fā)生的得失電子反應(yīng)是光合作用過(guò)程中最基本的反應(yīng)。

葉綠素

葉綠素分子由碳和氮原子組成卟啉環(huán)與葉醇側(cè)鏈相連結(jié)葉醇側(cè)鏈插入到類囊體膜中

光合作用的色素主要包括葉綠素a，葉綠素b，胡蘿卜素，藻膽素等

葉綠素a啟動(dòng)光反應(yīng)問(wèn)題:為什么植物都是綠色的？不同波長(zhǎng)光作用下的光合效率稱為作用光譜1883年，德國(guó)Engelmann水綿絲狀綠藻螺旋帶狀葉綠體好氧游動(dòng)的細(xì)菌棱鏡不同波長(zhǎng)的光向著紅光和藍(lán)光區(qū)域聚集分光光度計(jì)7.4 光系統(tǒng)與光反應(yīng)光反應(yīng)發(fā)生在類囊體膜上暗反應(yīng)發(fā)生在葉綠體的基質(zhì)中光系統(tǒng)由葉綠素分子及其蛋白復(fù)合物、天線色素系統(tǒng)和電子受體等組成的單位稱為光系統(tǒng)。光反應(yīng)由兩個(gè)光系統(tǒng)及電子傳遞鏈來(lái)完成。光系統(tǒng)I（PSI）含有被稱為“P700”的高度特化的葉綠素a分子光系統(tǒng)II（PSII）含有另一種被稱為“P680”高度特化的葉綠素a分子葉綠素b胡蘿卜素天線色素復(fù)合物吸收或捕獲太陽(yáng)能傳遞給P700和P680

反應(yīng)中心葉綠素分子被激發(fā)放出高能電子

光系統(tǒng)I中P700被光能激發(fā)原初電子受體傳給鐵氧還蛋白最終電子受體NADP+一個(gè)氫質(zhì)子被結(jié)合形成還原型的NADPH形成電子空穴

光系統(tǒng)II的反應(yīng)中心P680分子受光激發(fā)電子傳遞鏈原初電子受體\質(zhì)體醌、細(xì)胞色素b6-f復(fù)合物和質(zhì)體藍(lán)素到P700填充了P700的電子空穴

電子傳遞時(shí)能量逐漸下降形成跨膜的質(zhì)子梯度導(dǎo)致ATP的形成

在光系統(tǒng)II中被激發(fā)后失去電子的P680分子如何再生？

水裂解填補(bǔ)空穴氧氣釋放提供氫質(zhì)子用以形成NADPH.

光能傳遞和電子傳遞鏈非環(huán)路的光合磷酸化途徑和電子傳遞鏈環(huán)路光合磷酸化環(huán)路高能電子原初電子受體、鐵氧還蛋白、細(xì)胞色素、質(zhì)體藍(lán)素氧化型的P700分子基態(tài)電子的能量逐漸降低ATP

光反應(yīng)小結(jié)：

1.葉綠素吸收光能并將光能轉(zhuǎn)化為電能，即造成從葉綠素分子起始的電子流動(dòng)。

2.在電子流動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)氫離子的化學(xué)滲透，形成了ATP，電能被轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。

3.一些由葉綠素捕獲的光能還被用于水的裂解，又稱為水的光解，氧氣從水中被釋放出來(lái)。

4.電子沿傳遞鏈最終達(dá)到最終電子受體NADP+，同時(shí)一個(gè)來(lái)源于水的氫質(zhì)子被結(jié)合，形成了還原型的NADPH，電能又再一次被轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，并儲(chǔ)存于NADPH中。

光合作用的暗反應(yīng)依賴于光反應(yīng)中形成的ATP和NADPH。7.5暗反應(yīng)（卡爾文循環(huán)）與葡萄糖的形成12NADPH+12H++18ATP+6CO2

C6H12O6+12NADP++18ADP+18Pi葉綠體基質(zhì)中不斷消耗ATP和NADPH，固定CO2形成葡萄糖的循環(huán)反應(yīng)，Calvin循環(huán)二磷酸甘油醛作為中間產(chǎn)物的代謝有人幻想和設(shè)想：有朝一日，科學(xué)家將光合作用機(jī)理搞清楚，并將植物光合作用的全套基因轉(zhuǎn)移到人的頭發(fā)中，在頭發(fā)中模擬光合作用的過(guò)程，那么，只要在人的頭上撒點(diǎn)水、再曬曬太陽(yáng)，在頭發(fā)中便完成了二氧化碳加水合成葡萄糖的過(guò)程，葡萄糖從頭發(fā)中輸送到人體的各部分，吃飯的歷史使命便可宣告結(jié)束了

植物生長(zhǎng)必須依賴于水、泥土、空氣和陽(yáng)光，在光合作用中，不是CO2而是H2O被光解放出了O2。光合自養(yǎng)生物主要包括植物、藍(lán)細(xì)菌和其他光合細(xì)菌等。葉綠體雙層膜內(nèi)含有基質(zhì)和類囊體，光合作用的色素、光系統(tǒng)和電子傳遞系統(tǒng)都位于類囊體膜上，光合膜是植物利用光能制造食物分子最重要的場(chǎng)所。葉綠素a是啟動(dòng)光反應(yīng)的主要色素，其他色素主要起捕捉和轉(zhuǎn)遞光能的作用。葉綠素分子是可以被可見(jiàn)光激發(fā)的色素分子，在光子驅(qū)動(dòng)下發(fā)生的得失電子反應(yīng)是光合作用過(guò)程中最基本的反應(yīng)。光合作用分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩大部分。光反應(yīng)發(fā)生在類囊體膜上；暗反應(yīng)發(fā)生在葉綠體的基質(zhì)中。類囊體膜上由葉綠素分子及其蛋白復(fù)合物、天線色素系統(tǒng)和電子受體等組成的單位稱為光系統(tǒng)。光反應(yīng)發(fā)生時(shí)，光系統(tǒng)I反應(yīng)中心的P700被光能激發(fā)，將其高能電子傳遞給最終電子受體NADP+，與來(lái)源于水的氫質(zhì)子結(jié)合形成NADPH；同時(shí)光系統(tǒng)II反應(yīng)中心P680分子受光激發(fā)，放出的高能電子由光系統(tǒng)II流向光系統(tǒng)I，這一過(guò)程中電子能量逐漸下降造成跨膜的質(zhì)子梯度導(dǎo)致ATP的形成；光系統(tǒng)II中強(qiáng)氧化態(tài)的P680分子又使水裂解放出電子，填補(bǔ)了P680的電子空穴，氧氣從水中被釋放。光合作用的暗反應(yīng)是不斷消耗光反應(yīng)形成的ATP和NADPH并固定CO2形成葡萄糖的循環(huán)反應(yīng)。本章摘要

細(xì)胞繁殖和遺傳8.1細(xì)胞的繁殖8.2遺傳的基本法則8.3遺傳的染色體學(xué)說(shuō)8.4基因的連鎖和交換8.5性染色體和伴性遺傳生命通過(guò)繁殖而延續(xù)，繁殖是生命最基本的特征之一。通過(guò)繁殖，生物的基本特征信息由父母?jìng)鬟f給子代，這種信息傳遞稱為遺傳。8.1細(xì)胞的繁殖細(xì)胞分裂的作用一些單細(xì)胞生物，如眼蟲(chóng)和變形蟲(chóng)，一次細(xì)胞分裂可形成兩個(gè)新生物體。多細(xì)胞生物，也是由一個(gè)細(xì)胞——受精卵或合子經(jīng)過(guò)多次分裂和分化發(fā)育形成由受精卵或合子經(jīng)過(guò)多次分裂和分化發(fā)育形成多細(xì)胞囊胚細(xì)胞分裂是細(xì)胞繁殖的一種形式。細(xì)胞分裂的作用生物的生長(zhǎng)也依賴于細(xì)胞分裂，細(xì)胞分裂還導(dǎo)致了多細(xì)胞生物的組織分化和生長(zhǎng)發(fā)育繁殖與生殖無(wú)性繁殖與有性繁殖一個(gè)多細(xì)胞生物完全長(zhǎng)大以后，仍然需要細(xì)胞分裂的過(guò)程。這種分裂生成的新細(xì)胞可用于替代不斷衰老或死亡的細(xì)胞，維持細(xì)胞的新陳代謝，或者用于生物組織損傷的修復(fù)。例如，骨髓細(xì)胞可以不斷再生出新的血細(xì)胞。骨髓細(xì)胞不斷再生出新的血細(xì)胞細(xì)胞分裂的作用細(xì)菌裂殖時(shí)DNA的復(fù)制細(xì)胞分裂首先細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)—DNA要完成復(fù)制，再均等分為兩份。基因與染色體的復(fù)制在原核生物中，如在細(xì)菌裂殖時(shí)，這種DNA的復(fù)制和二分相對(duì)比較簡(jiǎn)單真核生物具有膜包被的細(xì)胞核，其內(nèi)細(xì)長(zhǎng)的雙鏈DNA、蛋白質(zhì)及少量RNA結(jié)合形成的復(fù)合物稱為染色質(zhì)，它是一種易被堿性染料著色的遺傳物質(zhì)。真核細(xì)胞分裂的染色體基因與染色體的復(fù)制在細(xì)胞分裂時(shí)期，構(gòu)成染色質(zhì)的長(zhǎng)鏈DNA分子經(jīng)過(guò)緊密纏繞、折疊、凝縮，并與蛋白質(zhì)結(jié)合，形成染色體。染色體是真核細(xì)胞分裂時(shí)期，在顯微鏡下可見(jiàn)的具有固定形態(tài)的遺傳物質(zhì)存在形式?；蚺c染色體的復(fù)制每一種生物染色體的數(shù)目都是恒定的。多數(shù)動(dòng)物和植物的體細(xì)胞是二倍體親本的每一個(gè)配子只帶有一組染色體，叫單倍體。單倍染色體組所含有的全部遺傳信息稱為基因組。細(xì)胞有絲分裂時(shí)，復(fù)制后形成的兩個(gè)染色單體分開(kāi)，分配到兩個(gè)新的子細(xì)胞中有分裂能力的細(xì)胞，從一次分裂結(jié)束到下一次分裂結(jié)束所經(jīng)歷的一個(gè)完整過(guò)程稱為一個(gè)細(xì)胞周期細(xì)胞周期與有絲分裂典型的細(xì)胞周期可包括間期和細(xì)胞分裂期兩部分。間期包括一個(gè)（DNA）合成期（S期）及S期前后兩個(gè)間隙期（G1期，G2期）。細(xì)胞分裂期則包括有絲分裂和胞質(zhì)分裂兩個(gè)主要過(guò)程。有絲分裂是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，根據(jù)染色體形態(tài)的變化特征可分為前期、中期、后期和末期。細(xì)胞周期與有絲分裂特點(diǎn)：在間期每個(gè)染色體復(fù)制成兩條相同的染色單體，在分裂時(shí)有規(guī)律地分配到兩個(gè)子細(xì)胞核中。配子形成與減數(shù)分裂在動(dòng)物和植物中，雌配子是一個(gè)卵細(xì)胞，雄配子是一個(gè)精子細(xì)胞（高等植物中稱為精核）。雌雄配子相互融合形成受精卵或稱合子。合子通常為二倍體（2n），而配子則為單倍體(n)。配子形成與減數(shù)分裂由二倍體細(xì)胞形成單倍體細(xì)胞需要在細(xì)胞分裂過(guò)程中染色體數(shù)目減半，伴隨著染色體數(shù)目減半的細(xì)胞分裂稱為減數(shù)分裂。8.2遺傳的基本法則經(jīng)典遺傳學(xué)的創(chuàng)始人MendelMendel遺傳學(xué)第一定律：分離定律Mendel遺傳學(xué)第二定律：自由組合定律Mendel遺傳學(xué)定律的延伸和變化經(jīng)典遺傳學(xué)的創(chuàng)始人MendelMendel1822年出生于奧地利鄉(xiāng)村21歲修道院進(jìn)修中學(xué)代課教師1851-1853維也納大學(xué)物理學(xué)家Doppler科學(xué)實(shí)驗(yàn)植物生理學(xué)家植物遺傳變異原因大學(xué)畢業(yè)擔(dān)任神職中學(xué)任教花園為什么選擇豌豆作為實(shí)驗(yàn)材料？（1）豌豆是嚴(yán)格的自花受粉植物，市場(chǎng)出售的種子都是純種。（2）當(dāng)時(shí)已有一些不同品系的豌豆種子，由不同品系種子培育出的植株具有明顯易于比較的性狀差別。（3）豌豆的花比較大，便于人工除去原有的雄蕊，并利用另一植株的花粉做人工異花授粉，進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)。（4）每次雜交后，產(chǎn)生的后代完全可育，可以追蹤觀察特定性狀在雜交后代的分離情況，總結(jié)出遺傳規(guī)律選擇豌豆作為實(shí)驗(yàn)材料的原因經(jīng)典遺傳學(xué)的創(chuàng)始人Mendel經(jīng)典遺傳學(xué)的創(chuàng)始人MendelMendel成功的主要原因：（1）對(duì)科學(xué)的熱愛(ài)和執(zhí)著的追求，善于從早期的研究者那里吸取經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。（2）特別注重實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，采用了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的科學(xué)方法。（3）將數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)應(yīng)用于遺傳學(xué)的研究，對(duì)雜交實(shí)驗(yàn)的子代性狀進(jìn)行分類、計(jì)數(shù)和數(shù)學(xué)歸納。Mendel敏銳的洞察力和執(zhí)著的追求終于使他揭示出遺傳的基本法則。豌豆單因子雜交實(shí)驗(yàn)與分離定律7對(duì)差別鮮明的性狀：

花的顏色： 紫色/白色；種子形狀： 圓形/皺縮；種子顏色： 黃色/綠色；花著生位置： 腋生/頂生；豆莢形狀： 飽滿/皺縮；豆莢顏色： 綠色/黃色；植株高度： 高/矮。Mendel遺傳學(xué)第一定律：分離定律Mendel最初實(shí)驗(yàn)是對(duì)具有單個(gè)相對(duì)性狀的親代雜交，所有雜交產(chǎn)生的F1代都只表現(xiàn)一個(gè)親代的性狀，F(xiàn)2代具有一定的比例。豌豆7組相對(duì)性狀分別雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Mendel按上述方法繼續(xù)對(duì)7組相對(duì)性狀分別進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)了子二代植株顯性與隱性性狀之間比例3：1規(guī)律等位因子純合子/雜合子顯性基因隱性基因Mendel遺傳學(xué)第一定律：分離定律Mendel首創(chuàng)了測(cè)交實(shí)驗(yàn)方法，驗(yàn)證了其推斷的正確性。Mendel建立了遺傳學(xué)第一定律，即“分離定律”：一對(duì)基因在形成配子時(shí)完全按照原樣分離到不同的配子中去，相互不發(fā)生影響。Mendel遺傳學(xué)第一定律：分離定律在分析了一對(duì)性狀傳遞規(guī)律的基礎(chǔ)上，Mendel進(jìn)一步進(jìn)行了兩對(duì)相對(duì)性狀雜交的遺傳分析。他選擇了這樣兩個(gè)親本進(jìn)行雜交：一個(gè)是雙顯性親本：種子是圓形的，種子的顏色為黃色；一個(gè)是雙隱性親本：種子是皺縮的，種子的顏色為綠色。Mendel遺傳學(xué)第二定律：自由組合定律“多對(duì)基因的獨(dú)立分配和自由組合定律”：當(dāng)兩對(duì)或更多對(duì)基因處于異質(zhì)接合狀態(tài)時(shí)，它們?cè)谛纬膳渥訒r(shí)的分離是彼此獨(dú)立不相牽連的，同時(shí)分配時(shí)相互間進(jìn)行自由組合。測(cè)交實(shí)驗(yàn)結(jié)果：1：1：1：1Mendel遺傳學(xué)第二定律：自由組合定律人類皮膚色素的連續(xù)性變化Mendel遺傳學(xué)定律不能代表所有遺傳因子表現(xiàn)的性狀及遺傳規(guī)律多基因遺傳Mendel遺傳學(xué)定律的延伸和變化8.3遺傳的染色體學(xué)說(shuō)遺傳因子及其獨(dú)立分離與自由組合特性與染色體的行為特性有平行性：基因與染色體的平行關(guān)系—基因定位在染色體上染色體和基因成對(duì)存在；形成配子時(shí)每對(duì)染色體每對(duì)基因分離；在配子中，只有每對(duì)染色體一個(gè)染色單體，也只有每對(duì)等位基因中一個(gè)基因。8.4基因的連鎖和交換20世紀(jì)初，美國(guó)著名的實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)家Morgan及其同事通過(guò)果蠅的雜交試驗(yàn)，確立了基因在染色體上的連鎖和交換規(guī)律，被后人稱為遺傳學(xué)第三定律?；蚪粨Q導(dǎo)致基因重組重組率染色體上各基因間的重組率與基因位點(diǎn)間的距離成正比三點(diǎn)測(cè)交法遺傳學(xué)圖8.5性染色體和伴性遺傳與性別相關(guān)的特殊形態(tài)的一對(duì)同源染色體稱為性染色體4種性染色體類型人的體細(xì)胞中有23對(duì)染色體性連鎖基因伴性遺傳X連鎖遺傳遺傳病果蠅復(fù)眼顏色的遺傳與性連鎖基因定位8.5性染色體和伴性遺傳

在有些生物中，細(xì)胞分裂：繁殖多細(xì)胞生物的組織分化和生長(zhǎng)發(fā)育，有些分裂，維持機(jī)體的新陳代謝。細(xì)胞有絲分裂過(guò)程包括在間期每個(gè)染色體復(fù)制成兩條相同的染色單體，在分裂時(shí)有規(guī)律地分配到兩個(gè)子細(xì)胞核中。減數(shù)分裂時(shí)，配子母細(xì)胞（二倍體）通過(guò)兩次連續(xù)的核分裂，但DNA只復(fù)制一次，因此分裂形成的4個(gè)細(xì)胞中，染色體數(shù)目比配子母細(xì)胞減少了一半。

Mendel遺傳學(xué)第一定律即“分離定律”：一對(duì)基因在形成配子時(shí)完全按照原樣分離到不同的配子中去，相互不發(fā)生影響。Mendel遺傳學(xué)第二定律即“自由組合定律”：當(dāng)兩對(duì)或更多對(duì)基因處于異質(zhì)接合狀態(tài)時(shí)，它們?cè)谛纬膳渥訒r(shí)的分離是彼此獨(dú)立不相牽連的，分配時(shí)相互間進(jìn)行自由組合。遺傳的染色體學(xué)說(shuō)闡明了基因位于染色體上，成對(duì)的染色體及其位于染色體上的成對(duì)基因在細(xì)胞減數(shù)分裂時(shí)分離，獨(dú)立分配到配子中，經(jīng)過(guò)有性生殖過(guò)程中雌雄配子的結(jié)合，它們重新組合配對(duì)。遺傳的染色體學(xué)說(shuō)的建立，使人們重新認(rèn)識(shí)到Mendel遺傳學(xué)定律的重要意義。還發(fā)現(xiàn)了性連鎖基因、伴性遺傳現(xiàn)象以及基因的連鎖和交換現(xiàn)象，并由確立了基因的連鎖和交換定律，即遺傳學(xué)第三定律。本章摘要DNA——生命的秘密9.1基因是什么9.2DNA的半保留復(fù)制9.3RNA的組成和作用9.4轉(zhuǎn)錄9.5遺傳密碼的破譯9.6蛋白質(zhì)的合成9.7人類基因組計(jì)劃在20世紀(jì)的前40年，困擾科學(xué)家的兩個(gè)最基本的問(wèn)題依然沒(méi)有解決：（1）基因是由什么物質(zhì)組成的？（2）基因是如何工作的？在Mendel和Morgan時(shí)代，使用的實(shí)驗(yàn)材料主要是豌豆和果蠅等，它們都是一些非常復(fù)雜的多細(xì)胞生物后來(lái)，在對(duì)細(xì)菌和病毒這些極其簡(jiǎn)單的生命形式的研究中，科學(xué)家才發(fā)現(xiàn)了遺傳物質(zhì)的蛛絲馬跡。9.1基因是什么從簡(jiǎn)單到復(fù)雜是科學(xué)的研究方法。9.1基因是什么1928年，英國(guó)GriffithS型肺炎球菌：有莢膜，菌落表面光滑R型肺炎球菌：沒(méi)有莢膜，菌落表面粗糙9.1基因是什么

著名的肺炎球菌實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明？結(jié)果說(shuō)明：加熱殺死的S型肺炎球菌中一定有某種特殊的生物分子或遺傳物質(zhì)，可以使無(wú)害的R型肺炎球菌轉(zhuǎn)化為有害的S型肺炎球菌這種生物分子或遺傳物質(zhì)是什么呢？

著名的肺炎球菌實(shí)驗(yàn)紐約洛克非勒研究所Avery從加熱殺死的S型肺炎球菌將蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂類分離出來(lái)，分別加入到無(wú)害的R型肺炎球菌中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，惟獨(dú)只有核酸可以使無(wú)害的R型肺炎球菌轉(zhuǎn)化為有害的S型肺炎球菌。1944年結(jié)論：DNA是生命的遺傳物質(zhì)1952年，Hershey和Chase病毒（噬菌體）放射性同位素35S標(biāo)記病毒的蛋白質(zhì)外殼，32P標(biāo)記病毒的DNA內(nèi)核，感染細(xì)菌。新復(fù)制的病毒，檢測(cè)到了32P標(biāo)記的DNA，沒(méi)有檢測(cè)到35S標(biāo)記的蛋白質(zhì)，DNA在病毒和生物體復(fù)制或繁殖中的關(guān)鍵作用。8年的時(shí)間

更有說(shuō)服力的噬菌體實(shí)驗(yàn)1958，Meselson和Stahl大腸桿菌15NH4CI為唯一氮源的培養(yǎng)液中生長(zhǎng)若干代被15N標(biāo)記的大腸桿菌轉(zhuǎn)入14NH4CI為唯一氮源的培養(yǎng)液中完成第一代和第二代繁殖時(shí)，

分離DNA，密度梯度超速離心被15N標(biāo)記的親代雙鏈DNA（記作15N/15N）密度大，在下部；14N/14N密度小，在上部；15N/14N在15N/15N和14N/14N之間9.2DNA的半保留復(fù)制DNA合成的同位素示蹤實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：被15N標(biāo)記的親代DNA離心后只有一條帶，位于離心管下部；繁殖后第一代大腸桿菌的DNA離心后也只有一條帶，分布于離心管中部；繁殖后的第二代大腸桿菌DNA離心后出現(xiàn)兩條帶，一條分布于離心管中部，另一條分布于離心管上部，證明新合成的DNA分子的兩條多核苷酸鏈中有一條來(lái)自親代DNA，一條則是新合成的。DNA的復(fù)制是以親代的一條DNA為模板，按照堿基互補(bǔ)的原則，合成另一條具有互補(bǔ)堿基的新鏈，因此，細(xì)胞中DNA的復(fù)制被稱為半保留復(fù)制DNA合成的同位素示蹤實(shí)驗(yàn)DNA的復(fù)制發(fā)生在細(xì)胞周期的S期，在解旋酶的作用下，首先雙螺旋的DNA可以同時(shí)在許多DNA復(fù)制的起始位點(diǎn)局部解螺旋并拆開(kāi)為兩條單鏈，如此在一條雙鏈上可形成許多“復(fù)制泡”，解鏈的叉口處稱為復(fù)制叉。DNA的半保留復(fù)制DNA的復(fù)制總是由5‘

向3’方向進(jìn)行DNA的半保留復(fù)制保證了所有的體細(xì)胞都攜帶相同的遺傳信息，并可以將遺傳信息穩(wěn)定地傳遞給下一代。DNA的半保留復(fù)制9.3RNA的組成和作用RNA與DNA的主要差別：（1）RNA大多是單鏈分子；（2）含核糖而不是脫氧核糖；（3）4種核苷酸中，不含胸腺嘧啶（T），而是由尿嘧啶（U）代替了胸腺嘧啶（T）。細(xì)胞中主要有3種RNA，即信使RNA（messagerRNA,mRNA），核糖體RNA（ribosomeRNA,rRNA）和轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tranferRNA,tRNA）。mRNA是遺傳信息的攜帶者。在細(xì)胞核中轉(zhuǎn)錄DNA上的遺傳信息，再進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，蛋白質(zhì)合成的模板。tRNA局部為雙鏈，在3′、5′端相反一端的環(huán)上具有由3個(gè)核苷酸組成的反密碼子。tRNA的反密碼子在蛋白質(zhì)合成時(shí)與mRNA上互補(bǔ)的密碼子相結(jié)合。tRNA起識(shí)別密碼子和攜帶相應(yīng)氨基酸的作用rRNA和蛋白質(zhì)共同組成的復(fù)合體就是核糖體，核糖體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所。核糖體的大小亞基在行使翻譯功能即肽鏈合成時(shí)聚合成整體，為蛋白質(zhì)的合成提供場(chǎng)所。核糖體上具有附著mRNA模板鏈的位置，還有兩個(gè)tRNA附著的位置，分別稱為A位和P位。由DNA控制的蛋白質(zhì)合成涉及兩個(gè)基本過(guò)程：第一步，DNA的遺傳信息轉(zhuǎn)錄到mRNA中，發(fā)生在細(xì)胞核中；第二步，將mRNA的信息翻譯成蛋白質(zhì)的氨基酸序列，在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行。原核生物中遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯則簡(jiǎn)單一些發(fā)生在細(xì)胞核中，以DNA分子為模板，按照堿基互補(bǔ)的原則，合成一條單鏈的RNA即mRNA，DNA分子攜帶的遺傳信息被轉(zhuǎn)移到RNA分子中。其過(guò)程與DNA的復(fù)制基本相同。9.4轉(zhuǎn)錄

轉(zhuǎn)錄過(guò)程內(nèi)含子：不能編碼蛋白質(zhì)的核苷酸片段外顯子：編碼蛋白質(zhì)的核苷酸片段轉(zhuǎn)錄后新合成的mRNA是未成熟的mRNA，需要在特定部位剪接，最后形成較短的有功能的RNA。原核生物中，DNA鏈上不存在內(nèi)含子

真核生物細(xì)胞成熟mRNA的形成過(guò)程遺傳信息是如何儲(chǔ)藏在4種核苷酸中的？如何破譯遺傳密碼？9.5遺傳密碼的破譯數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家——邏輯運(yùn)算或推導(dǎo)分子生物學(xué)家——？1955年紐約大學(xué)Grunberg-Manago將核苷酸連接起來(lái)的酶形成RNA聚合體A連接成多聚A（polyA，A-A-A-A-A-A-A）polyCpolyGpolyUpolyAU9.5遺傳密碼的破譯問(wèn)題：什么樣的核苷酸組合可以被翻譯成多肽片段？1960年Matthei31歲德國(guó)人美國(guó)國(guó)家健康研究所老板33歲的Nirenberg試管中合成多肽將ATP和游離的氨基酸加入到從細(xì)胞中提取的核糖體、核酸和酶的混合物中問(wèn)題：哪一種RNA可促進(jìn)多肽的合成？對(duì)RNA高度敏感及時(shí)檢測(cè)多肽合成的試管實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在試管中加入了ATP、游離的氨基酸、酶和核糖體及核糖體RNA——沒(méi)有蛋白質(zhì)的合成9.5遺傳密碼的破譯問(wèn)題：需要其他帶有遺傳信息的RNA？列出200多種RNA，煙草花葉病毒RNA神秘的蛋白質(zhì)Marianne