绪论-西南大学生物化学课件.ppt
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1、,第 1 章 绪 论 生物界与生物学, 绪论:生物界与生物学, 地球上高度的生物多样性 大小 支原体:100 nm; 巨杉:83 m,6167 t。 寿命 细菌:每分钟分裂一次, 寿命 1分钟; 巨杉:3200年,可能更长;, 细胞构成 变形虫:单细胞; 人:1014个(1万亿) 高度分化 复杂人体; 营养方式 自养:植物、藻类、蓝细菌; 异养:渗透营养:真菌、细菌; 吞噬营养:原生动物、动物。, 生物的分布 横向:全球; 纵向:树高 100m,鸟飞 2000m 海洋生物:大多 150 m; 细菌:深 4000m; 土壤生物:大多 50m; 细菌:深 2000m 石油矿床;, 生物圈 (bio
2、sphere) 有生物存在的地理圈:大气圈 下层, 水圈 上层, 岩石圈 表层。, 生物学研究对象的特点 研究对象:生物界; 研究对象的特点 具高度复杂性、多样性; 又有高度统一性。,1.1 生物的特征 1.2 生物界是一个多层次的组构系统 1.3 把生物界划分为5个界 1.4 生物和它的环境 形成相互联结的网络 1.5 在生物界巨大的多样性中 存在着高度的统一性 1.6 研究生物学的方法 1.7 生物学与现代社会生活的关系,1.1 生物的特征 生物体:自然界最复杂的系统; 什么是生命?难下定义, 生物的六大共同特征 特定的组构 新陈代谢 稳态和应激性 生殖和遗传 生长和发育 进化和适应, 特
3、定的组构 生物的组构 (organization) 生物是由细胞(cell)组成的; 质膜 将细胞与环境分隔开来; 细胞、环境之间选择性地进行 物质、能量交换的界面。, 细胞的化学组成 不同于无生命物体 水:大量, 50; 有机分子:种类繁多; 特别是起关键作用的生物大分子 核酸,蛋白质,多糖,脂质; 生物分子 细胞器 细胞。, 细胞 结构异常复杂、高度有序的系统,动物细胞,植物细胞, 生物体的基本结构、功能单位 细胞中可以进行生命所需要的 全部基本新陈代谢活动; 即:生物体全部基本新陈代谢活动 都是在细胞中进行的。, 多细胞生物中 高度分化的细胞 各有特定的功能; 整个生物体的生命活动 有赖
4、于其组成细胞的功能的整合。, 新陈代谢 (metabolism) 定义:活的生物体、细胞内 存在着无休止的化学变化, 这些化学反应的总和 即新陈代谢; 本质:一系列酶促反应 复杂的反应网络;, 生命活动需要能量 所有生物都要从外部获得自由能 来驱动化学反应 自养生物 获取太阳光能、利用简单的原料 合成自身复杂的有机分子;, 异养生物 从食物中获得能量; 食物:其他生物合成的有机物质; 食物 小分子 + 能量; 小分子(原料) 合成自身生物大分子。, 生物体是一个开放的系统 生物体内每一次能的转换, 总有一些自由能 热; 一些富含自由能的大分子 简单代谢废物 系统无序性 生物体、细胞 不断和环境
5、进行能量、物质交换 维持内部的新陈代谢。, 新陈代谢是生命的属性 每一个反应环节 是化学反应,遵循化学规律; 整体上 突显出生命的属性, 如:自主进行、 能不断更新自己。, 新陈代谢过程的统一性 各种生物的基本代谢过程相同; 如:动、植物细胞呼吸, 不需氧 糖酵解,三羧酸循环, 需氧, 稳态、应激性 稳态是生物体新陈代谢的需要 生物新陈代谢 需要内部条件相对稳定; 原因:酶促反应需要严格的 物、化条件(温度、pH等), 稳态(homeostasis) 定义:生物体具有许多调节机制, 在环境发生某些变化时, 来保持内部条件的相对稳定; 如:当某种细胞成分过多时, 产生它的过程就会关闭; 当细胞中
6、能量供应不足时, 释放能量的过程就会加强。, 应激性 (irritability) 定义 生物体有多种多样的机制, 能感受刺激 应答 利于保持体内稳态 利于维持生命活动;, 刺激 体内外的物理、化学变化, 如:温度,压力, 光线颜色和强度, 土、水中化学成分,等;, 生殖和遗传 生殖 (reproduction) 个体不能永久存活, 它们通过生殖产生子代 使物种得以延续;, 遗传(heredity) 子代具有和亲代相似的性状;, 生殖和遗传的核心机制 DNA的自我复制; 遗传信息的传递 全部遗传信息通过细胞 从亲代传递到子代;, 遗传信息流 DNA RNA 蛋白质 遗传的本质 DNA携带的遗传
7、信息 沿DNARNA蛋白质的途径, 表达为性状, 从而使亲代性状重现于子代。, 生长和发育 生长(growth) 定义:由小到大的生理过程;, 原因:细胞体积或数量的增长; 本质:生物体吸收的营养物 精确调控下的一系列变化 细胞组分; 无生命物体的“生长” 食盐:过饱和溶液 食盐晶体 晶体“长大”; 本质:同类物质的聚集。, 发育(development) 和生长密切相关的过程; 定义:多细胞生物生活史中发生的 一系列结构、功能的变化, 包括:组织器官的形态建成、 性成熟、衰老等; 本质:精确调控、程序性变化过程。, 进化和适应 变异:生殖过程中, 遗传物质 重组、突变 亲、子代间 差异, 子
8、代个体间 差异;, 进化(evolution) 原因:突变、漂变、基因流、 非随机交配和选择 生物种群进化; 达尔文:进化是“有饰变的传代” (descent with modification),不同品种的菊花, 适应 产生原因 选择 生物一代代越来越 适应它所处的环境; 生物对的环境适应 指生物和它具有的某些遗传性状, 提高了它在特定环境中 生存和生殖的能力。, 进化概念的意义 生物学中一个重要的基本概念; 借助这个概念能合理解释 生物界的 多样性、统一性和适应性。, 生物、非生命物体的区分 根据上述生物的六大共同特征; 病毒 (virus) 病毒的组成 蛋白质 + 核酸(DNA or R
9、NA) 无进行新陈代谢所必需的基本系统; 无自身的复制系统;, 病毒的复制 接触宿主细胞 脱去蛋白质外套; 核酸(基因) 宿主细胞; 借助宿主细胞的复制系统 按照病毒基因的指令 复制新的病毒; 病毒的地位:生命、非生命体之间。,1.2 生物界是一个 多层次的组构系统 地球上的物质 组织起来形成一个 多层次的结构系统; 生物界 多层次的组构系统;, 每个层次都建筑在 下一层次之上; 11 个组构层次 生物大分子、 细胞器、细胞、 组织、器官、系统、 个体、种群、群落、 生态系统、生物圈。,个体, 个体(individual) 自然界能独立存在的 基本生命单位; 单细胞个体 原核、原生生物; 多细
10、胞个体 人,复杂;,个体, 下面先考察个体以上 的各个层次(宏观) 种群(population) 定义:在一个地区, 一群互交繁殖的 同种个体; 物种存在、繁殖、 进化的单位。, 物种 物种的组成 一个物种可以由许多种群组成, 分别生活在不同地区; 物种的形成 地理隔离 阻断种群间基因交流; 环境差异、长期隔离 种群 亚种 新物种;, 群落 (community) 定义 在一定空间里, 多种生物种群 的集合体; 群落适应它的环境;, 群落内不同物种的 种群之间的关系 不是任意物种的 随机组合; 相互制约、相互依存; 群落是各个物种 适应当地环境 并彼此适应的产物。, 生态系统 (ecosyst
11、em) 构成 一定空间内, 生物、非生物成分 通过能量流动、 物质循环 构成相互 依赖、制约的 生态系统;, 性质 地球表面自然界的基本单位; 大小 鄱阳湖、长白山原始森林, 小池塘、水坑; 生物圈(biosphere) 地球上所有生态系统的总和, 最大的生态系统。, 上面介绍的是 个体以上层次 (宏观) 下面介绍 个体以下层次 (微观),个体, 器官系统 (系统,system) 定义 若干相关器官组成 能完成特定功能;,个体, 人体:至少 11 个系统(第 6 章) 消化、呼吸、循环、排泄 神经系统(图6.10i) 功能:调节各器官、系统 协调一致 整体; 组成:脑、脊髓、脑神经、脊神经,
12、器官 (organ) 定义:若干组织组成, 能完成特定功能; 脑:图13.10 神经系统的 一个重要器官, 由神经组织构成;, 组织 (tissue) 定义:一种、几种细胞 结合起来的细胞群; 神经组织: 神经细胞,图13.1 + 胶质细胞(支持、营养) 交织 网络; 类型:上皮、结缔、 肌肉、神经。, 细胞(cell) 生物体组构的基本单位; 不同类型的细胞 各有特定的形态、功能; 又具统一的结构模式 如:细胞膜(质膜)、 细胞质、细胞器;, 细胞器(organelle) (图3.4 ) 特化的部分 核、线粒体、 内质网、核糖体、 溶酶体、 高尔基体等;, 都有各自特定的位置、结构、功能 如
13、:线粒体,细胞呼吸处所,动力站,动物细胞,植物细胞, 分子(molecule) 最后一个层次 相当重要的层次; 生物体的化学成分特点 含多种有机化合物, 特别是核酸、蛋白质等 生物大分子 biomacromolecule, 核酸 相对分子质量(旧称分子量) 很大,自然界中最大的化合物; 许多单体分子聚合而成; 重要作用:遗传物质 脱氧核糖核酸,DNA, 遗传信息编码在 DNA长链中核苷酸顺序上。, 生物界向外延伸 生物分子、生态系统 位于连续的阶层两端; 生物分子向下 原子等; 生态系统向上 地球等; 但它们已不属于生物界。,1.3 生物界可划分为 5 个界 物种的数量 已知现存: 200万种
14、; 绝灭: 1500万种; 物种间的差异 形态构造、生活习性、 营养方式、生殖方式,等。 命名和分类:研究生物的需要, 俗名(common names) 日常生活中常用 猴、猿、鹰、蝇等; 缺点、问题 一个名称往往包含多个物种, 一个物种可能有多个名称; 需要制定统一、准确的名称。, 学名(scientific name) 林奈 Carl von Linne,图1.2, 18世纪(17071778) 瑞典,植物学家 双名法 binominal nomenclature 用两个拉丁名作为物种的学名, 属名 + 种名;, 例:家猫 Felis catus Felis 属名,catus 种名; Fe
15、lis 属其他成员 Felis silvestris 欧洲野猫, Felis margarite 沙猫, Felis chaus 丛林猫,等。 人(智人)Homo saptiens Linne Homo 人属,saptiens 智慧。, 分类阶元 (category) 定义:多级的分类系统中, 每级为一个分类阶元; 基本阶元:7 个 界 (kingdom)、门 (phylum)、 纲 (class)、目 (order)、 科 (family)、属 (genus)、 种 (species)。, 辅助阶元:在某一阶元上、下 再增加一个阶元; 如:科之上,超科 superfamily; 目之下,亚目
16、 suborder; 生物的分界 界:最大的分类阶元;, 两界系统 200 多年前,林奈, 植物界、动物界。 三界系统 1886年,海克尔 E. Haeckel, 增加原生生物界 (单细胞生物), 五界系统(图1.3) 细菌、蓝细菌和真菌的地位 不能再归在植物界; 1967年,美,生态学家, 惠特克 R. H. Whittaker,Monera,Protisia,Platae,Fungi,Animalia, 原核细胞 (prokaryocyte) 细菌 (bacteria) 蓝细菌 (cyanobacteria) 单细胞; 显著区别于其他四界生物的细胞 染色体:环状 DNA 分子; 无核膜、无
17、其他具膜的细胞器。, 原核生物界 从细胞结构上看, 细菌、蓝细菌 应从植物界中 分离出来, 另立为 原核生物界。, 真核细胞 (eukaryocyte) 其他四界生物的细胞, 染色体:DNA分子、 组蛋白、其他蛋白质; 有核膜:双层; 有多种细胞器:具膜 线粒体、高尔基体等;, 单细胞的真核生物 原生生物界(原生动物、藻类) 原生动物:protozoans 和动物一样, 吞噬营养, 吞食藻类、 细菌等。, 藻类 algae 和植物一样,光合作用 食物; 单细胞藻类:大多数; 多细胞藻类:少数; 仍归原生生物界: 细胞很少分化、类型简单, 与植物差别较大, 更接近单细胞藻类。, 多细胞的真核生物
18、 依据营养方式不同 植物界、真菌界、动物界;, 植物 叶绿体 光合作用 食物, 坚固的细胞壁; 真菌:图 29.1 2,蘑菇 子实体:固着于地面、树干, 像植物:有细胞壁; 不同于植物:无叶绿体, 不能行光合作;, 菌丝体:子实体下方土壤中, 渗透营养:菌丝 水解酶 体外环境 分解生物遗体; 复杂的生物大分子 小分子 吸收 自身的营养素。 真菌、植物不同 营养方式、解剖结构; 分属两个界是有道理的。, 动物 似真菌:异养生物; 无叶绿体,不能行光合作用; 不同于真菌 吞食方式获得营养; 能自由地运动; 不同于植物、真菌:无细胞壁。, 生物界的三个域 (domain) 原核生物 近 20 年来,
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