第一章 化學(xué)與生命課件

第一章化學(xué)與生命21世紀(jì)將是生命科學(xué)的世紀(jì)

在我們居住的地球上，幾乎到處都有生命的蹤跡。生命和化學(xué)是緊密相連的，生命過(guò)程中充滿著各種生物化學(xué)反應(yīng)。人體可以說(shuō)是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的綜合體。若沒(méi)有化學(xué)變化，地球上就不會(huì)有生命，更不會(huì)有人類本身。

20世紀(jì)初，堅(jiān)韌不拔的科學(xué)家們?cè)谥i一樣的人體中發(fā)現(xiàn)了能解開(kāi)生命奧秘的基本因子—基因。伴隨而來(lái)的，必將是生命科學(xué)和技術(shù)在21世紀(jì)的飛速發(fā)展。第一章化學(xué)與生命生命是如何起源的？第一節(jié)生命的化學(xué)基礎(chǔ)什么是生命？第一章化學(xué)與生命被精子包圍的卵子

人之初：第一章化學(xué)與生命16個(gè)星期之后受精卵發(fā)育成初具雛形的胎兒第一章化學(xué)與生命

對(duì)生命起源的思考,就象對(duì)宇宙起源的思考一樣,構(gòu)成人類理性思維中最富有挑戰(zhàn)性,亦最有吸引力的問(wèn)題之一。

自古以來(lái),杰出的思想家、哲學(xué)家和科學(xué)家，都試著提出/回答這些問(wèn)題。第一章化學(xué)與生命

什么是生命？

什么時(shí)候開(kāi)始形成生命？

生命是如何形成的？

生命世界又何以如此千姿百態(tài)？

這些問(wèn)題都尚未解決，就如同生命科學(xué)還沒(méi)有走到終極。

第一章化學(xué)與生命三、尋求生物進(jìn)化的軌跡一、什么是生命二、有關(guān)生命起源的種種假說(shuō)第一章化學(xué)與生命一、什么是生命

生命的特征

什么是生命？初看起來(lái),這是一個(gè)常識(shí)問(wèn)題。仔細(xì)推敲，卻很難用一、二句話說(shuō)清楚。第一章化學(xué)與生命特征是生物,可能不不是生物,可能

表現(xiàn)此特征表現(xiàn)此特征

運(yùn)動(dòng)

植物河流

生長(zhǎng)

成年動(dòng)物山脈

新陳代謝古蓮子云朵

繁殖

休眠孢子火焰

應(yīng)答

植物人機(jī)械

第一章化學(xué)與生命特征是生物,可能不不是生物,可能

表現(xiàn)此特征表現(xiàn)此特征

細(xì)胞……

……

遺傳……

……

死亡……

……

演化……

……

…

上述被列入生命特征的每一條，都可能在哲

學(xué)詭辯中受到詰難。第一章化學(xué)與生命

1.從生物學(xué)角度的定義生命是由核酸和蛋白質(zhì)等物質(zhì)組成的多分子體系，它具有不斷自我更新、繁殖后代以及對(duì)外界產(chǎn)生反應(yīng)的能力。第一章化學(xué)與生命2.從物理學(xué)角度的定義——“負(fù)熵”根據(jù)熱力學(xué)第二定律：任何自發(fā)過(guò)程總是朝著使體系越來(lái)越混亂，越來(lái)越無(wú)序的方向，即朝著熵增加的方向變化。生命的演化過(guò)程總是朝著熵減少的方向進(jìn)行，一旦負(fù)熵的增加趨近于零，生命將趨向終結(jié)，走向死亡。第一章化學(xué)與生命3.其它幾種生命的“定義”(1)生命的物質(zhì)基礎(chǔ)是蛋白質(zhì)和核酸。(2)生命運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)特征是不斷自我更新，是一個(gè)不斷與外界進(jìn)行物質(zhì)和能量交換的開(kāi)放系統(tǒng)。(3)生命是物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種高級(jí)的特殊的實(shí)在形式。第一章化學(xué)與生命生命的元素組成：(一)C、H、O、N是組成生物體的基本化學(xué)元素

(二)種類：主要有20多種(三)分類：1.大量元素2.微量元素第一章化學(xué)與生命第一章化學(xué)與生命水分子的生物功能

生命離不開(kāi)水，水是生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。人體組織中，水的含量最高，骨組織中為20%，腦細(xì)胞中為85%。通常占細(xì)胞總量70%～80%。細(xì)胞中的所有反應(yīng)都是在水中進(jìn)行的，所以水是細(xì)胞生命活動(dòng)的介質(zhì)。

細(xì)胞中各主要成分的含量第一章化學(xué)與生命生命的化學(xué)組成——生物大分子氨基酸

￣蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、酶、調(diào)節(jié)物

核苷酸￣核酸遺傳信息

單糖

￣多糖結(jié)構(gòu)、能源、信息

脂類結(jié)構(gòu)、能源、信息

第一章化學(xué)與生命DNA雙螺旋圖第一章化學(xué)與生命一級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)第一章化學(xué)與生命淀粉、糖原和纖維素第一章化學(xué)與生命

二、有關(guān)生命起源的種種假說(shuō)

1、自古以來(lái)，有關(guān)生命起源出現(xiàn)過(guò)多種假說(shuō)。

神造論——上帝創(chuàng)造萬(wàn)物，最后造人。(見(jiàn)圣經(jīng)故事)第一章化學(xué)與生命自然發(fā)生論——生物是從非生物環(huán)境中自然發(fā)生出來(lái)的

腐草化螢

腐肉生蛆

淤泥生鼠

宇生論——地球上生命來(lái)自宇宙空間別的星球。仍留下問(wèn)題：“別的星球上生命如何起源”。第一章化學(xué)與生命

17世紀(jì)意大利醫(yī)生F.Redi用實(shí)驗(yàn)證明腐肉不能生出蒼蠅第一章化學(xué)與生命1860年巴斯德用實(shí)驗(yàn)證明肉湯不能生出微生物第一章化學(xué)與生命廣為接受的生命起源學(xué)說(shuō)：

1924年蘇聯(lián)生物學(xué)家?jiàn)W巴林發(fā)表「生命起源」。

1929年英國(guó)遺傳學(xué)家霍爾丹也提出類似觀點(diǎn)。

1936

奧巴林專著再版，他提出的生命起源學(xué)說(shuō)引起世界重視。

第一章化學(xué)與生命2、生命起源發(fā)生在什么時(shí)候？

天文學(xué)家估計(jì)地球形成于約

45億年前。

迄今找到的最早的化石記錄了35億年前的原核生物。

所以，生命起源大約發(fā)生在距今45－35億年間。

第一章化學(xué)與生命澳州西海岸的墊藻巖第一章化學(xué)與生命35億年前的蘭細(xì)菌化石第一章化學(xué)與生命最早動(dòng)物出現(xiàn)最早真核細(xì)胞出現(xiàn)蘭細(xì)菌光合作用，大氣中O2積累

最早原核生物出現(xiàn)地球形成第一章化學(xué)與生命3、生命起源時(shí)的地球環(huán)境

200億年前沒(méi)有物質(zhì)和能量，沒(méi)有時(shí)間,沒(méi)有空間。

150億年前大爆炸，產(chǎn)生能量、質(zhì)量，開(kāi)始時(shí)間、空間。第一章化學(xué)與生命

45億年前太陽(yáng)系形成

地球形成

地球和其他幾個(gè)行星一樣，是從太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)甩出的的一團(tuán)物質(zhì)組成。

第一章化學(xué)與生命原初地表圖景第一章化學(xué)與生命4、化學(xué)進(jìn)化——由簡(jiǎn)單小分子到復(fù)合大分子（化學(xué)進(jìn)化假說(shuō)）

隨著地表的冷卻，水的積累，在原始海洋中和大氣中，出現(xiàn)一批簡(jiǎn)單的小分子。第一章化學(xué)與生命太陽(yáng)輻射火山爆發(fā)雷鳴電閃

提供能量，使簡(jiǎn)單小

分子合成復(fù)雜的稍大分子。

有機(jī)酸、氨基酸、單糖、脂類、嘌呤、

嘧啶、核苷酸等等第一章化學(xué)與生命雷電可能為化學(xué)進(jìn)化提供能量第一章化學(xué)與生命

地表的能量

能源

J/cm2

太陽(yáng)輻射1.09x106

紫外線400nm－300nm1.42x104

300nm－250nm2.3x103

250nm－200nm17.51

200nm－150nm7.11

閃電14.74

放射性(地下1Km內(nèi))3.35

火山爆發(fā)0.54

宇宙射線6.28x103第一章化學(xué)與生命

支持“化學(xué)進(jìn)化”假說(shuō)的證據(jù)

1953年芝加哥大學(xué)研究生米勒的模擬實(shí)驗(yàn)。

1969年澳州Muchison地方落下一塊隕石，從碎片成份分析中找到

氨基酸、嘧啶、脂酸。

第一章化學(xué)與生命StanleyMiller第一章化學(xué)與生命

用電擊提供能量，從簡(jiǎn)單小分子可得到復(fù)雜的稍大分子。米勒的實(shí)驗(yàn)裝置第一章化學(xué)與生命

米勒模擬實(shí)驗(yàn)得到的有機(jī)物（共計(jì)20多種）

有機(jī)物產(chǎn)量

mol

甲醛2330

脲（尿素）20

乳酸310

琥珀酸40

甘氨酸6

谷氨酸第一章化學(xué)與生命

后來(lái)別人的實(shí)驗(yàn)，使用其他能源，紫外線、高溫、

射線等，還得到：

嘌呤、嘧啶、核苷酸、脂肪酸、單糖等。第一章化學(xué)與生命從有機(jī)小分子到大分子聚合物

在原始海洋的岸邊,巖石,沙土的表層,有機(jī)小分子沉積,吸收能量,聚集成大分子聚合物。

第一章化學(xué)與生命?？怂箤?shí)驗(yàn)證實(shí)

（1）把氨基酸混合物傾倒在160oC－200oC

熱沙土上，水分蒸發(fā)，氨基酸濃集并化合生成蛋白質(zhì)樣大分子。

第一章化學(xué)與生命

（2）這樣得到的蛋白質(zhì)分子具有

肽鏈結(jié)構(gòu)；

蛋白質(zhì)特有的顯色反應(yīng)；

可被蛋白酶水解，產(chǎn)生氨基酸；

微弱的酶活性。

第一章化學(xué)與生命后來(lái)的類似實(shí)驗(yàn)

HCN+NH3

類似肽的化合物

50oC

單核苷酸多核苷酸

第一章化學(xué)與生命

5、從多分子體系到原始生命細(xì)胞

奧巴林用蛋白質(zhì)（白明膠）和多糖（阿拉伯膠）混合得到團(tuán)聚體小滴。

福克斯用類蛋白質(zhì)加熱濃縮得到微球體。第一章化學(xué)與生命

團(tuán)聚體小滴性質(zhì)

直徑1

m–500

m；

穩(wěn)定存在幾小時(shí)至幾周；

外周增厚呈膜狀結(jié)構(gòu)，與周圍水

液有明顯界限；

具原始代謝特征；

可以增長(zhǎng)和繁殖。

第一章化學(xué)與生命微球體第一章化學(xué)與生命微球體(?？怂箤?shí)驗(yàn))第一章化學(xué)與生命

微球體性質(zhì)

1

m－2

m（相當(dāng)于細(xì)菌大?。?/p>

可吸納周圍環(huán)境的脂類，并形成

膜狀結(jié)構(gòu)；

膜表現(xiàn)選擇透性，反映滲透壓變

化；

吸納周圍環(huán)境中蛋白質(zhì)分子，微

球體可“增長(zhǎng)”和“繁殖”。第一章化學(xué)與生命

可以設(shè)想，若是團(tuán)聚體/微球體具備以下特征的綜合：

脂雙層膜圍成的與周圍環(huán)境隔開(kāi)

的含水囊泡。

囊泡內(nèi)有多種核酸、蛋白質(zhì)、糖

類大分子。

選擇性的從環(huán)境吸納“食物”

第一章化學(xué)與生命

利用“食物”的分解,復(fù)制自身一部

分起核心作用的大分子。

囊泡因大分子增多而“生長(zhǎng)”和繁殖。

那么，原初生命細(xì)胞的雛形就誕生。第一章化學(xué)與生命三、尋求生物進(jìn)化的軌跡

自養(yǎng)型細(xì)胞的出現(xiàn)改變了地球的面目。最早地球環(huán)境的特點(diǎn)——還原性的。

最早生物細(xì)胞的特點(diǎn)——異養(yǎng)。

直到有光合作用能力的細(xì)胞出現(xiàn)。第一章化學(xué)與生命

自養(yǎng)生物的出現(xiàn)，

不但,使異養(yǎng)生物得以繼續(xù)發(fā)展，

而且，改變了地球面目：

（1）大氣中有氧，不再是還原性環(huán)境。

（2）大氣上層有臭氧層。

臭氧層擋住短波紫外線的殺傷破壞力，

使生物得以繁衍發(fā)展。

第一章化學(xué)與生命

最初,對(duì)于習(xí)慣于還原環(huán)境的所有厭氧生物來(lái)說(shuō),氧是有毒氣體，氧的出現(xiàn)是“災(zāi)難性的大氣污染”。

結(jié)果，原初的厭氧生物被“驅(qū)趕”到極端環(huán)境中去。第一章化學(xué)與生命

在渡過(guò)漫長(zhǎng)的近30億年之后，氧在大氣中的積累，有氧呼吸生物的出現(xiàn)，給生命世界帶來(lái)第一次大繁榮，這時(shí)距今大約5億年以前。

出現(xiàn)了多細(xì)胞生物

出現(xiàn)了動(dòng)物

出現(xiàn)了植物

第一章化學(xué)與生命

研究物種進(jìn)化的兩大工具

化石——除琥珀和深凍猛犸外，

化石是研究古代生物的

主要依據(jù)。

根據(jù)同位素衰變計(jì)算地層年齡。

第一章化學(xué)與生命2.5億年前的蕨類葉化石

第一章化學(xué)與生命同位素衰變半衰期適用范圍

87銣－87鍶490億年1億年

232釷－208鉛140億年2億年

238鈉－206鉛45億年1億年

40鉀－40氬13億年1億年

235鈾－207鉛7億年10萬(wàn)年

14碳－14氮5730年6萬(wàn)年

第一章化學(xué)與生命生物如何進(jìn)化？第一章化學(xué)與生命物競(jìng)天擇？達(dá)爾文第一章化學(xué)與生命22歲的達(dá)爾文開(kāi)始貝格爾艦航行第一章化學(xué)與生命當(dāng)時(shí)報(bào)紙上刊登的諷刺達(dá)爾文的漫畫第一章化學(xué)與生命達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說(shuō)主要內(nèi)容過(guò)度繁殖,生存斗爭(zhēng),遺傳變異,適者生存

第一章化學(xué)與生命變異是不定向

個(gè)體差異適者生存，不適者淘汰適應(yīng)環(huán)境新類型內(nèi)因動(dòng)力生存斗爭(zhēng)

逐代遺傳積累內(nèi)因

長(zhǎng)頸鹿祖先發(fā)生變異個(gè)體有長(zhǎng)頸長(zhǎng)前肢的也有短頸短前肢的長(zhǎng)頸長(zhǎng)前肢生存逐代選擇現(xiàn)代長(zhǎng)頸鹿缺乏青草的環(huán)境下自然選擇第一章化學(xué)與生命第二節(jié)生命的基本單位：細(xì)胞第一章化學(xué)與生命

1665年英國(guó)科學(xué)家胡克用自制設(shè)計(jì)與制造的顯微鏡觀察了軟木(櫟樹(shù)皮)的薄片，第一次描述了植物細(xì)胞的構(gòu)造，并首次借用拉丁文cellar(小室)來(lái)稱呼看到的類似蜂巢的極小的封閉狀小室(實(shí)際上只是觀察到纖維質(zhì)的細(xì)胞壁)。

1838年德國(guó)植物學(xué)家施萊登和動(dòng)物學(xué)家施旺創(chuàng)立了細(xì)胞學(xué)說(shuō)(一切植物、動(dòng)物都是由細(xì)胞組成的，細(xì)胞是一切動(dòng)植物的基本單位)；1855年德國(guó)醫(yī)生和病理學(xué)家魏爾肖又補(bǔ)充了第三條原理：所有的細(xì)胞都是來(lái)自于已有細(xì)胞的分裂，即細(xì)胞來(lái)自細(xì)胞。這三條原理就是著名的細(xì)胞學(xué)說(shuō)。細(xì)胞學(xué)說(shuō)的創(chuàng)立解決了生命科學(xué)的一個(gè)根本問(wèn)題，即生命的共同起源問(wèn)題，也就是生命的同一性問(wèn)題。第一章化學(xué)與生命胡克使用的光學(xué)顯微鏡第一章化學(xué)與生命電子顯微鏡第一章化學(xué)與生命電子顯微鏡第一章化學(xué)與生命透射電子顯微鏡下正在分裂的大腸桿菌第一章化學(xué)與生命掃描電子顯微鏡下的桿菌第一章化學(xué)與生命微分干涉相顯微鏡下的細(xì)菌第一章化學(xué)與生命原子力顯微鏡下的細(xì)菌第一章化學(xué)與生命激光共聚焦掃描顯微鏡下的藻類第一章化學(xué)與生命一、細(xì)胞的形態(tài)與大小

細(xì)胞一般很小，用顯微鏡才能觀察到。但不同種類的細(xì)胞間大小差距懸殊。

細(xì)胞的形態(tài)與大小(引自Solomonetal.2002年)第一章化學(xué)與生命

細(xì)胞的形態(tài)多種多樣，細(xì)胞有球形、桿狀、星形、多角形、梭形、圓柱形等。不同的形態(tài)，主要是為了適應(yīng)不同的功能。例如，植物的纖維細(xì)胞起支持作用，呈長(zhǎng)梭形，動(dòng)物的神經(jīng)細(xì)胞細(xì)長(zhǎng)且有很多是分支或突起便于接受和傳導(dǎo)刺激等。

淋病球菌圖片大腸桿菌圖片弧形霍亂菌圖片第一章化學(xué)與生命二、細(xì)胞的分類

生命的起源大致經(jīng)歷了由元素形成到分子單體的形成，最后到單細(xì)胞和多細(xì)胞生物體的形成這樣幾個(gè)階段。同樣，在細(xì)胞的進(jìn)化中，也經(jīng)歷了原核細(xì)胞和真核細(xì)胞兩個(gè)不同的階段，我們將今天所見(jiàn)到的細(xì)胞分為兩大類：原核細(xì)胞和真核細(xì)胞。這一概念最早是20世紀(jì)60年代由著名細(xì)胞生物學(xué)家里瑟提出的。第一章化學(xué)與生命1.原核細(xì)胞

對(duì)于原核細(xì)胞來(lái)說(shuō)，我們一般認(rèn)為它不具備核膜的基本結(jié)構(gòu)，遺傳物質(zhì)集中在低電子密度區(qū)。DNA為裸露的環(huán)狀分子，通常沒(méi)有結(jié)合蛋白，環(huán)的直徑約為2.5nm，周長(zhǎng)約幾十納米。沒(méi)有恒定的內(nèi)膜系統(tǒng)，核糖體為70S型，原核細(xì)胞構(gòu)成的生物稱為原核生物，原核生物的特征是體積較小，均為單細(xì)胞生物，直徑為0.2～10

m，進(jìn)化地位較原始，在30～35億年前就出現(xiàn)，在地球上的分布廣度與適應(yīng)性比真核生物大得多。第一章化學(xué)與生命原核生物的種類：

細(xì)菌、放線菌、藍(lán)藻、支原體、立克次氏體、衣原體。第一章化學(xué)與生命

原核細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)第一章化學(xué)與生命細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)圖第一章化學(xué)與生命典型的細(xì)菌細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)(引自Raven&Johnson,1992年)第一章化學(xué)與生命原核細(xì)胞的細(xì)胞壁、莢膜和鞭毛細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)一種細(xì)菌的負(fù)染照片,顯示莢膜大腸桿菌的菌毛細(xì)菌的鞭毛第一章化學(xué)與生命2.真核細(xì)胞

真核細(xì)胞是構(gòu)成真核生物的細(xì)胞，具有典型的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，有明顯的細(xì)胞核、核膜、核仁和核基質(zhì)。真核細(xì)胞的種類繁多，既包括大量的單細(xì)胞生物和原生生物細(xì)胞(如原生動(dòng)物和一些藻類細(xì)胞)，又包括全部的多細(xì)胞生物(一切動(dòng)植物)的細(xì)胞。

第一章化學(xué)與生命植物細(xì)胞模式圖第一章化學(xué)與生命動(dòng)物細(xì)胞模式圖第一章化學(xué)與生命第一章化學(xué)與生命真核生物的細(xì)胞膜與細(xì)胞核結(jié)構(gòu)由流體鑲嵌模型發(fā)展而來(lái)的生物膜結(jié)構(gòu)模型(引自Solomonetal.2002)細(xì)胞核的形態(tài)結(jié)構(gòu)(引自Cooper,2000年)第一章化學(xué)與生命較小（1μm～10μm）較大（10μm～100μ）沒(méi)有成形的細(xì)胞核，組成核的物質(zhì)集中在核區(qū)。無(wú)核膜，無(wú)核仁。有成形的、真正的細(xì)胞核。有核膜，有核仁。

含纖維素、果膠主要含肽聚糖

由蛋白質(zhì)和DNA分子組成

只是裸露的環(huán)狀DNA分子原核細(xì)胞真核細(xì)胞細(xì)胞大小細(xì)胞核細(xì)胞壁

染色體

原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的比較第一章化學(xué)與生命三、細(xì)胞的化學(xué)成分1．水和無(wú)機(jī)鹽2、有機(jī)分子（1）蛋白質(zhì)（2）核酸（3）糖類（4）脂類3、酶和生物催化劑（1）酶（2）RNA催化劑基本元素：O、C、H、N、Si、K、Ca、P、Mg?；瘜W(xué)物質(zhì)：無(wú)機(jī)物和有機(jī)物第一章化學(xué)與生命四、細(xì)胞衰老與死亡衰老的定義：P17人體組織細(xì)胞壽命差異顯著，組織細(xì)胞分4類：①更新組織三類：干細(xì)胞、過(guò)渡細(xì)胞、成熟細(xì)胞②穩(wěn)定組織細(xì)胞③恒久組織細(xì)胞④可耗盡組織細(xì)胞1.細(xì)胞衰老的特征（1）形態(tài)變化（2）分子水平的變化第一章化學(xué)與生命2. 細(xì)胞衰老的機(jī)理

關(guān)于細(xì)胞衰老的機(jī)理具有許多不同的學(xué)說(shuō)，概括起來(lái)主要有差錯(cuò)學(xué)派和遺傳學(xué)派兩大類，前者強(qiáng)調(diào)衰老是由于細(xì)胞中的各種錯(cuò)誤積累引起的，是各種細(xì)胞成分在受到內(nèi)外環(huán)境的損傷作用后，因缺乏完善的修復(fù)，使“差錯(cuò)”積累，導(dǎo)致細(xì)胞衰老。后者強(qiáng)調(diào)衰老是遺傳決定的自然演進(jìn)過(guò)程，認(rèn)為衰老是遺傳決定的自然演進(jìn)過(guò)程，一切細(xì)胞均有內(nèi)在的預(yù)定程序決定其壽命，而細(xì)胞壽命又決定種屬壽命的差異，外部因素只能使細(xì)胞壽命在限定范圍內(nèi)變動(dòng)。其實(shí)，現(xiàn)在看來(lái)兩者是相互統(tǒng)一的。第一章化學(xué)與生命3．細(xì)胞死亡三種方式：

①細(xì)胞壞死壞死細(xì)胞形態(tài)變化由酶性消化和蛋白變性引起②細(xì)胞凋亡③細(xì)胞的程序性死亡第一章化學(xué)與生命

細(xì)胞凋亡是由基因決定的細(xì)胞自動(dòng)結(jié)束生命的過(guò)程，是一種自然的生理過(guò)程。

細(xì)胞壞死是指在種種不利因素影響下，因細(xì)胞的正常代謝活動(dòng)受損或中斷引起細(xì)胞的損傷和死亡，它是細(xì)胞的一種病理性死亡。根本原因過(guò)程特點(diǎn)細(xì)胞凋亡細(xì)胞壞死基因不可逆轉(zhuǎn)可逆轉(zhuǎn)外界因素生理性病理性

細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死的區(qū)別第一章化學(xué)與生命五、腫瘤細(xì)胞與癌癥

腫瘤是機(jī)體在各種致瘤因素作用下，局部組織的細(xì)胞異常增生而形成的新生物，常表現(xiàn)為局部腫塊。腫瘤細(xì)胞具有異常的形態(tài)、代謝和功能。它生長(zhǎng)旺盛，常呈持續(xù)性生長(zhǎng)。腫瘤是一種基因病，但并非是遺傳的。腫瘤可分為良性和惡性腫瘤兩大類。第一章化學(xué)與生命

惡性腫瘤從組織學(xué)上又可以分為兩類：一類由上皮細(xì)胞發(fā)生惡變的稱為癌，如肺上皮細(xì)胞發(fā)生惡變就形成肺癌，胃上皮細(xì)胞發(fā)生惡變就形成胃癌等等；另一類由間葉組織發(fā)生惡變的稱為肉瘤，如平滑肌肉瘤，纖維肉瘤等。據(jù)我國(guó)2000年衛(wèi)生事業(yè)發(fā)展情況統(tǒng)計(jì)公報(bào)，城市地區(qū)居民死因第一位為惡性腫瘤，其次為腦血管病、心臟病。我國(guó)最為常見(jiàn)和危害性嚴(yán)重的腫瘤為肺癌、鼻咽癌、食管癌、胃癌、大腸癌、肝癌、乳腺癌、宮頸癌、白血病及淋巴瘤等。第一章化學(xué)與生命1.癌細(xì)胞的主要特征不死性、遷移性、失去接觸抑制（1）形態(tài)特征（2）生理特性①細(xì)胞周期失控②接觸抑制喪失③定向依賴性喪失④去分化現(xiàn)象⑤對(duì)生長(zhǎng)因子需要量降低⑥代謝旺盛⑦蛋白質(zhì)合成及分解代謝增強(qiáng)⑧線粒體功能障礙⑨可移植性第一章化學(xué)與生命2.腫瘤的形成始發(fā)突變、潛伏、促癌、演進(jìn)（1）腫瘤形成的內(nèi)因和原癌基因、抑癌基因突變的逐漸積累有關(guān)（2）腫瘤形成的外因和致癌物質(zhì)（理、化、生）接觸有關(guān)致癌物質(zhì)根據(jù)致癌作用不同分啟動(dòng)劑、促進(jìn)劑和完全致癌劑3.腫瘤的治療兩種觀點(diǎn)：清除腫瘤細(xì)胞和改變癌細(xì)胞的特性常規(guī)方法：手術(shù)、放療和化療

第一章化學(xué)與生命第三節(jié)遺傳與基因第一章化學(xué)與生命遺傳學(xué)(Genetics)是研究生物遺傳和變異的科學(xué)遺傳與變異是生物界最普通、最基本的兩個(gè)特征

遺傳(heredity)：指生物親代與子代相似的現(xiàn)象，即生物在世代傳遞過(guò)程中可以保持物種和生物個(gè)體各種特性不變；

變異(variation)：指生物在親代與子代之間，以及在子代與子代之間表現(xiàn)出一定差異的現(xiàn)象。遺傳與變異是一對(duì)矛盾對(duì)立統(tǒng)一的兩個(gè)方面

遺傳是相對(duì)的、保守的，而變異是絕對(duì)的、發(fā)展的；

沒(méi)有遺傳就沒(méi)有物種的相對(duì)穩(wěn)定，也就不存在變異的問(wèn)題

沒(méi)有變異特征物種將是一成不變的，也不存在遺傳的問(wèn)題第一章化學(xué)與生命一、遺傳的基本定律

自從人們意識(shí)到親代之間有著遺傳信息的傳遞這個(gè)事實(shí)以來(lái)，許多人一直力圖闡明親代和子代的性狀之間的遺傳規(guī)律，但都未獲得成功，直到1866年奧地利學(xué)者孟德?tīng)柛鶕?jù)他的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)表了《植物雜交試驗(yàn)》的論文，揭示了現(xiàn)在稱為孟德?tīng)柖傻倪z傳規(guī)律，才奠定了遺傳學(xué)的基礎(chǔ)。第一章化學(xué)與生命1.孟德?tīng)柤捌涿系聽(tīng)柖?865年,孟德?tīng)柛鶕?jù)他8年的植物雜交試驗(yàn)結(jié)果，2月8日在當(dāng)?shù)氐目茖W(xué)協(xié)會(huì)上宣讀了一篇題為“植物雜交實(shí)驗(yàn)”的論文。但這一偉大的發(fā)現(xiàn)埋沒(méi)35年后才重見(jiàn)天日。1900年遺傳學(xué)誕生。GregorJohannMendel(1822-1884)第一章化學(xué)與生命孟德?tīng)枺哼z傳因子假說(shuō)遺傳因子假說(shuō)認(rèn)為：生物性狀受細(xì)胞內(nèi)遺傳因子(hereditaryfactor)控制遺傳因子在生物世代間傳遞遵循分離和獨(dú)立分配（自由組合）兩個(gè)基本規(guī)律這兩個(gè)遺傳基本規(guī)律是近現(xiàn)代遺傳學(xué)最主要的、不可動(dòng)搖的基礎(chǔ)，因此，孟德?tīng)柋还J(rèn)為遺傳學(xué)的創(chuàng)始人。第一章化學(xué)與生命2.連鎖與交換定律的發(fā)展

1910年摩爾根創(chuàng)立了連鎖定律并證實(shí)了基因在染色體上以直線方式排列。提出了遺傳的染色體理論(chromosometheoryofinheritance)。獲1933年度諾貝爾獎(jiǎng)ThomasHuntMorgan(1866-1945)第一章化學(xué)與生命3.經(jīng)典遺傳病實(shí)例遺傳病的概念：由于遺傳物質(zhì)改變而引起的人類疾病遺傳病的類型：人類遺傳病單基因遺傳病多基因遺傳病染色體異常遺傳病顯性遺傳病隱性遺傳病常染色體X染色體第一章化學(xué)與生命白化病常染色體上的隱性遺傳病缺少酪氨酸酶，不能將酪氨酸轉(zhuǎn)化為黑色素，表現(xiàn)出毛發(fā)白色、皮膚呈淡紅色、畏光等癥狀。第一章化學(xué)與生命多指常染色體上的顯性遺傳病第一章化學(xué)與生命進(jìn)行性肌營(yíng)養(yǎng)不良X染色體上的隱性遺傳病肌肉萎縮無(wú)力，行走困難。患者后期雙側(cè)腓腸肌呈假性肥大。一般于4-5歲發(fā)病，20歲前死亡。第一章化學(xué)與生命唇裂多基因遺傳病第一章化學(xué)與生命苯丙酮尿癥常染色體上的隱性遺傳病缺少正?；騊，體細(xì)胞缺少一種酶。智力低下，60%患兒有腦電圖異常。頭發(fā)細(xì)黃，皮膚色淺和虹膜淡黃色，驚厥，尿有“發(fā)霉”臭味或鼠尿味。第一章化學(xué)與生命二、基因組與基因工程

基因概念的發(fā)展（一）遺傳“因子”：孟德?tīng)栒J(rèn)為，生物性狀的遺傳由遺傳因子所控制，性狀本身不遺傳。（二）染色體是基因的載體：摩爾根實(shí)驗(yàn)證明基因位于染色體上，并呈直線排列，提出了遺傳學(xué)是連鎖交換規(guī)律，建立了遺傳的染色體學(xué)說(shuō)，為細(xì)胞遺傳學(xué)奠定了重要基礎(chǔ)。并由此提出基因既是一個(gè)功能單位，是一個(gè)突變單位，也是一個(gè)交換單位的“三位一體”概念。

所以經(jīng)典遺傳學(xué)認(rèn)為：基因是一個(gè)最小的單位，不能分割；既是結(jié)構(gòu)單位，又是功能單位。第一章化學(xué)與生命肺炎鏈球菌實(shí)驗(yàn)

1944年，美國(guó)科學(xué)家Avery和Griffith的研究證實(shí)DNA是遺傳物質(zhì)肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)(引自吳慶余，2002)第一章化學(xué)與生命1952年，Hershey和Chase以同位素標(biāo)記法證明了噬菌體的遺傳物質(zhì)是DNA，從而進(jìn)一步證實(shí)了DNA是具有連續(xù)性的遺傳物質(zhì)噬菌體感染實(shí)驗(yàn)證明DNA是遺傳物質(zhì)(引自吳慶余，2002)第一章化學(xué)與生命基因與DNA

一個(gè)基因大約有500-6000個(gè)核苷酸對(duì)，但并非DNA分子上任一含有幾千個(gè)核苷酸對(duì)的區(qū)段都是一個(gè)基因，基因是一個(gè)含有特定遺傳信息的DNA分子區(qū)段。如何判斷一段核苷酸序列是否是某個(gè)基因？要看這個(gè)特定的核苷酸序列是否與其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA核苷酸序列或翻譯產(chǎn)物多肽鏈的氨基酸序列相對(duì)應(yīng)，這樣就必須同時(shí)測(cè)定某一段DNA的核苷酸序列和相應(yīng)產(chǎn)物的序列。第一章化學(xué)與生命基因工程（GeneEngineering）

在各種酶的作用下，將目的基因的DNA分子與載體DNA分子相連接，形成重組的DNA分子，以一定的方式導(dǎo)入原無(wú)該類分子的宿主細(xì)胞，并使宿主生物變?yōu)樽匀唤缭瓉?lái)沒(méi)有并能連續(xù)傳代的新生物。要點(diǎn)：供體、載體、受體基因工程分狹義（上游）：重組、克隆、表達(dá)的設(shè)計(jì)和構(gòu)建。廣義（下游）：表達(dá)工程菌的發(fā)酵培養(yǎng)和產(chǎn)物的純化。目的：DNA擴(kuò)增，外源基因表達(dá)產(chǎn)物，表達(dá)調(diào)控，改造生物遺傳特性等。

第一章化學(xué)與生命克隆的含義名詞(pl.clones)：克隆、無(wú)性(繁殖)系。生物個(gè)體、細(xì)胞的無(wú)性繁殖系；同一基因或DNA片段的多份拷貝。動(dòng)詞(cloning)：克隆。細(xì)胞克?。簭膯蝹€(gè)細(xì)胞產(chǎn)生一組具有同樣遺傳組成的細(xì)胞；分子克?。韩@得單個(gè)基因/DNA片段多份拷貝。常用的方法有①將帶有目的片段的重組DNA分子導(dǎo)入到特定宿主細(xì)胞中，利用宿主細(xì)胞DNA復(fù)制系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)制；②利用DNA聚合酶在無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)中復(fù)制(PCR,聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng))。第一章化學(xué)與生命

1997年2月23日，蘇格蘭Roslin研究所的Wilmut和Campbell等人在《Nature》雜志宣布：世界上首例來(lái)源于哺乳動(dòng)物體細(xì)胞的克隆羊“多莉”問(wèn)世。經(jīng)過(guò)將近一個(gè)世紀(jì)的努力哺乳動(dòng)物體細(xì)胞的克隆終于獲得成功。第一章化學(xué)與生命第四節(jié)生命科學(xué)的倫理道德問(wèn)題第一章化學(xué)與生命

生命科學(xué)進(jìn)入21世紀(jì)，人類在認(rèn)識(shí)自我，了解生命的本原方面大大地前進(jìn)了一步。生命科學(xué)特別是生殖技術(shù)、基因技術(shù)、克隆技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在不斷沖擊著人們的倫理觀念。如：不同物種的基因可以相互轉(zhuǎn)移，對(duì)于它們的安全性引起了廣泛的關(guān)注；克隆羊“多莉”的問(wèn)世；人類基因組研究計(jì)劃完成，人類是否也能克隆自身？輔助生殖，其中的非婚配關(guān)系，代孕母親；器官克隆和器官移植；安樂(lè)死，臨終關(guān)懷等有關(guān)倫理道德問(wèn)題，都是人們關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，制定盡可能完善的符合全人類的倫理道德規(guī)范，并成為相關(guān)法律的基礎(chǔ)，是擺在我們面前的緊迫問(wèn)題。如今，生命科學(xué)家比以往都更加需要與社會(huì)各界，特別是與社會(huì)學(xué)家、倫理學(xué)家、法學(xué)家、決策者一起，通過(guò)共同的努力，回答并解決由此而產(chǎn)生的一系列社會(huì)、法律和倫理問(wèn)題。第一章化學(xué)與生命一、生命倫理道德的基本原則行善自主不傷害公正第一章化學(xué)與生命二、人類干細(xì)胞研究中的倫理問(wèn)題

1998年10月，美國(guó)《科學(xué)》雜志發(fā)表兩項(xiàng)胚胎干細(xì)胞研究的突破性成果，其中一項(xiàng)是威斯康辛大學(xué)湯姆森（Thomson）教授建立的人胚胎干細(xì)胞系，該成果被評(píng)為1999年十大科技進(jìn)展之首，并迅速興起了胚胎干細(xì)胞研究的熱潮。第一章化學(xué)與生命

人類干細(xì)胞主要來(lái)自于三個(gè)方面，一是來(lái)自人工授精中捐獻(xiàn)的多余胚胎，獲得胚胎干細(xì)胞；二是從死亡胎兒尸體的原始生殖組織分離得到胚胎生殖細(xì)胞；三是類似于克隆羊“多莉”經(jīng)由體細(xì)胞核轉(zhuǎn)移技術(shù)建立的胚胎中分離出來(lái)的多能干細(xì)胞。在胚胎干細(xì)胞研究的熱潮中，也發(fā)生了激烈的倫理之爭(zhēng)。主要的分歧在于：其一，治療性克隆是否必然滑向生殖性克?。科涠?，研究胚胎干細(xì)胞是否謀害生命？即胚胎干細(xì)胞的來(lái)源問(wèn)題。第一章化學(xué)與生命

目前對(duì)于干細(xì)胞研究的行為規(guī)范如下：（1）只允許對(duì)發(fā)育到14天內(nèi)的囊胚進(jìn)行研究。（2）不允許將胚胎重新植入子宮。（3）不能將人類胚胎干細(xì)胞用于非治療途徑的研究。（4）不能將人類生殖細(xì)胞直接與動(dòng)物生殖細(xì)胞相結(jié)合。（5）不能將人類胚胎直接生產(chǎn)人類胚胎干細(xì)胞的產(chǎn)物用于臨床治療，只能分離和培養(yǎng)成胚胎干細(xì)胞系而提供醫(yī)療使用。（6）人類干細(xì)胞研究人員應(yīng)不斷提高思想素質(zhì)和技術(shù)素質(zhì)。（7）人類干細(xì)胞研究機(jī)構(gòu)應(yīng)向科研主管部門倫理委員會(huì)和機(jī)構(gòu)評(píng)審委員會(huì)提出工作報(bào)告，接受評(píng)估和監(jiān)督。第一章化學(xué)與生命三、人類基因組研究與倫理、法律、和社會(huì)影響問(wèn)題2000年，當(dāng)人類基因圖譜首次繪制完成時(shí)，它被譽(yù)為人類的壯舉。人類基因組計(jì)劃所帶來(lái)的巨大利益已經(jīng)顯現(xiàn)在我們眼前，對(duì)整個(gè)人類社會(huì)將帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響，人類如何應(yīng)