1、第一講 序論一、為什么要上生命科學(xué)導(dǎo)論課二、21世紀(jì)將是生命科學(xué)的世紀(jì)三、生命科學(xué)向我們每個(gè)人走來(lái)四、生命的元素組成吳慶余主編.基礎(chǔ)生命科學(xué)，高等教育出版社，2006張惟杰主編.生命科學(xué)導(dǎo)論, 高等教育出版社，1999一 為什么要開設(shè)現(xiàn)代生物學(xué)導(dǎo)論課？ 1高等教育的目標(biāo)哈佛大學(xué)教學(xué)計(jì)劃說明“every Harvard graduate should be broadly educated as well as trained in a particular academic specialty or concentration.” 每一個(gè)哈佛畢業(yè)生應(yīng)該受到廣博教育并且還應(yīng)在專門的學(xué)科方面得到一

2、定的培訓(xùn)哈佛大學(xué)核心課程主要包括六大門類1. 各國(guó)文化 2. 歷史研究3. 文學(xué)美術(shù) 4. 道德倫理5. 科學(xué):數(shù)學(xué)，生命科學(xué) 6. 社會(huì)分析 人格的養(yǎng)成 從歷史及文化角度理解人類社會(huì)發(fā)展， 認(rèn)識(shí)個(gè)人與社會(huì)聯(lián)系， 養(yǎng)成歷史感和責(zé)任感。v 思辨能力和思維習(xí)慣的養(yǎng)成- 準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)和把握事物， 慎密的分析和綜合， 冷靜的歸結(jié)和對(duì)策2、 “公共基礎(chǔ)”由哪些板塊組成？ 1980s以來(lái)，世界著名大學(xué)如MIT等，紛紛把生物類課程列為全校必修課。1995年以后，國(guó)內(nèi)重點(diǎn)大學(xué)陸續(xù)把生物類課程列為全校非生物類專業(yè)大學(xué)生的限選或必修課程。這是因?yàn)槿藗円庾R(shí)到，21世紀(jì)將是生命科學(xué)的世紀(jì)，面向21世紀(jì)的大學(xué)生應(yīng)有生命科

3、學(xué)基礎(chǔ)，而不應(yīng)該成為“生物盲”。 二、21世紀(jì)將是生命科學(xué)的世紀(jì)1帶頭學(xué)科近300年來(lái)（17-20世紀(jì)）：物理學(xué)一直作為帶頭學(xué)科 17世紀(jì)中葉 牛頓經(jīng)典力學(xué) 18世紀(jì)中葉 （蒸汽機(jī)）工業(yè)革命19世紀(jì)中后 電氣革命20世紀(jì)初 量子論、相對(duì)論和核物理標(biāo)志著物理學(xué)革命性飛躍。20世紀(jì)上半葉被稱為 “現(xiàn)代物理學(xué)黃金半世紀(jì)” 物理學(xué)主導(dǎo)著工業(yè)革命和經(jīng)濟(jì)發(fā)展 帶領(lǐng)著天文、地質(zhì)、氣象、化學(xué)等學(xué)科發(fā)展q  薛定諤（Erwin Schrodinger,1887-1961） 是一位近代物理學(xué)家，他試著跨越物理世界/生命世界之間難以逾越的鴻溝。他所寫的小冊(cè)子生命是什么是一個(gè)偉大嘗試。q 面對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的許多

4、問題，科學(xué)界把目光轉(zhuǎn)向生命科學(xué)，尋求 新的概念， 新的觀點(diǎn)， 新的思路。2、從傳統(tǒng)生物學(xué)到現(xiàn)代生命科學(xué) 生命科學(xué)能夠迎接21世紀(jì)的挑戰(zhàn) 生物學(xué)經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：Ø 描述生物學(xué)階段 （19世紀(jì)中葉以前）（1） 描述生物學(xué)階段（19世紀(jì)中葉以前） 主要從外部形態(tài)特征觀察、描述、記載各種類型生物，尋找他們之間的異同和進(jìn)化脈絡(luò) 達(dá)爾文 物種起源（1859）（2）實(shí)驗(yàn)生物學(xué)階段（ 19世紀(jì)中到20世紀(jì)中） 利用各種儀器工具，通過實(shí)驗(yàn)過程，探索生命活動(dòng)的內(nèi)在規(guī)律（3）創(chuàng)造生物學(xué)階段（20世紀(jì)中葉以后）3、生命科學(xué)如何發(fā)揮它的重要作用？v 生命科學(xué)必須和物理科學(xué)、工程科學(xué)等其他學(xué)科相結(jié)合（1）從

5、我國(guó)科學(xué)發(fā)展規(guī)劃看生命科學(xué)的重要性（2）生命科學(xué)必須和物理科學(xué)、工程科學(xué)等其他學(xué)科相結(jié)合 21世紀(jì)是生物的世紀(jì)，但生物學(xué)要有大突破必須尋求物理學(xué)科等其他學(xué)科的支持。v 普林斯頓大學(xué) 以發(fā)育生物學(xué)家謝利蒂夫曼為首，集中12名資深教授 (生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)、工程)成立嶄新的研究中心v  斯坦福大學(xué) 朱棣文(物理學(xué))和詹姆斯斯布迪許(生物學(xué))等建立一個(gè)研究中心，50名成員。（Bio-X計(jì)劃） 三 生命科學(xué)向我們每個(gè)人走來(lái) 1  生存與健康2  交叉學(xué)科和邊緣領(lǐng)域同時(shí)提供機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)3. 生命科學(xué)渴求各個(gè)領(lǐng)域優(yōu)秀人才的參與1、生存與健康 q 另一

6、方面人類面臨一批新型疾病的威脅： 心血管病 糖尿病 艾滋病 癌癥 新傳染病 2、交叉學(xué)科和邊緣領(lǐng)域同時(shí)提供機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)3、生命科學(xué)渴求各個(gè)領(lǐng)域優(yōu)秀人才的參與四、生命的元素組成 在生物學(xué)和其他學(xué)科交叉的邊緣學(xué)科中,生物化學(xué)在過去的幾十年中發(fā)展特別快。研究生物體的化學(xué)組成和研究生命過程中的化學(xué)變化，所得到的豐碩成果，構(gòu)成分子生物學(xué)和生物技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。 這里先介紹生命的元素組成，主要為后面第二講（構(gòu)造生物的基本元件）和第三講（生物體的新陳代謝）做準(zhǔn)備。1 哪些元素參與生物體的組成？ 參與生物體組成的元素總共約二、三十種，他們?cè)谠刂芷诒碇械姆植既鐖D所示 用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的飼養(yǎng)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究各種元素成份在營(yíng)

7、養(yǎng)學(xué)上的必要性。要證明某一種微量元素在營(yíng)養(yǎng)學(xué)上是必不可少的，至少需要做下面三個(gè)方面的實(shí)驗(yàn)：讓實(shí)驗(yàn)動(dòng)物攝入缺少某一種元素的膳食,觀察是否出現(xiàn)特有的病癥。向膳食中添加該元素后，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的上述特有病癥是否消失。進(jìn)一步闡明該種元素在身體中起作用的代謝機(jī)理。 只有上述三條都弄清楚，才能確定某種元素是否為營(yíng)養(yǎng)上必需的元素。 常量元素的重要性比較容易認(rèn)識(shí)。微量元素的營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究困難大得多。所以，一些微量元素在1950s 或 1970s 以后才確證為人體必需微量元素。 3. 元素營(yíng)養(yǎng)方面的幾個(gè)例子 例一、鈣1 人每天需要攝入多少鈣？2、鈣參加幾乎每一種生理代謝過程嬰、幼、少兒-佝僂病老年人-骨質(zhì)疏松癥上海地區(qū)骨

8、質(zhì)疏松癥患者 男 20.1% 女48.1%其中 60歲以上 男 24.9% 女75.5%上海地區(qū)老年人骨折發(fā)生率 城區(qū) 16.5% 農(nóng)村 6.9%影響鈣吸收的因素 維生素D甲狀旁腺素（PTH） 促小腸吸收鈣 促骨骼釋放鈣 促腎細(xì)胞回收鈣 抑骨骼釋放鈣 抑腎細(xì)胞回收鈣例三 鉻例四 硒第二講 構(gòu)造生物體的基本元件一、生物小分子與生物大分子的關(guān)系二、生物小分子簡(jiǎn)介三、生物大分子的形成四、生物大分子的高級(jí)結(jié)構(gòu)一、生物小分子和生物大分子的關(guān)系 小分子 大分子 復(fù)合大分子  單糖 多糖 糖蛋白 氨基酸 蛋白質(zhì) 糖脂 核苷酸 核酸 脂蛋白 脂類 二、生物小分子簡(jiǎn)介1、水水影響生命活動(dòng)的例子： 2、

9、氨基酸 （1） 碳原子（2）具有 氨基和羧基是各種氨基酸的共性（3）各種氨基酸的區(qū)別在側(cè)鏈基團(tuán)R 20種天然氨基酸除甘氨酸外，都帶一個(gè)不對(duì)稱碳原子碳原子，都有光學(xué)異構(gòu)體（鏡映體）。氨基酸的功能：（1）作為組建蛋白質(zhì)的元件 （2）有的氨基酸或其衍生物具有生物活性（代謝調(diào)節(jié)、信號(hào)傳遞等）3、單糖 （1）C2-C5 均為不對(duì)稱碳原子。六碳糖有 16 種同分異構(gòu)體。（2）天然單糖在 C5 位上羥基有固定結(jié)構(gòu)方向，天然單糖大多數(shù)是 D-型糖。（3）在水溶液中葡萄糖在 C1-C5 之間脫水通過氧橋相聯(lián)成環(huán)狀吡喃型（4）各個(gè)C上羥基位于環(huán)上或環(huán)下（5）C1 上羥基位置不同出現(xiàn)-，-兩種構(gòu)型 4、核苷酸DNA

10、分子的基本單位：核苷酸參加大分子核酸組成的共有8種核苷酸 DNA水解液中 RNA水解液中腺脫氧核苷酸（dAMP） 腺苷酸（AMP）鳥脫氧核苷酸（dGMP） 鳥苷酸（GMP）胞脫氧核苷酸（dCMP） 胞苷酸（CMP）胸腺脫氧核苷酸（dTMP） 尿苷酸（UMP） 另外還有一些重要的具有生物活性的核苷酸 cAMP，cGMP參與細(xì)胞信號(hào)傳遞 5、脂類脂類是指生物體內(nèi)不溶于水而溶于有機(jī)溶劑的各種小分子。 葡萄糖水溶性的 油 脂脂溶性的脂類種類很多，分子結(jié)構(gòu)相差較大 A、油脂：甘油三脂 B、磷脂和鞘脂C、固醇 Tay-Sachs癥，兒童的悲劇 所有的人類遺傳病中，Tay-Sachs遺傳病是最為悲慘的疾病之

11、一。帶有導(dǎo)致該病的突變基因的純合子?jì)雰涸诔錾鷷r(shí)表現(xiàn)正常；然而，數(shù)月之后他們表現(xiàn)為對(duì)噪音的極度敏感，眼睛視網(wǎng)膜上出現(xiàn)一個(gè)櫻桃紅的小點(diǎn)。這些早期癥狀往往被父母和醫(yī)生所忽略。在出生后半年到一年，患兒出現(xiàn)的進(jìn)行性的神經(jīng)退化導(dǎo)致精神障礙、眼盲、耳聾以及身體控制機(jī)能的喪失。在兩歲時(shí)通常已經(jīng)完全癱瘓，并出現(xiàn)呼吸性感染。一般在三至四歲時(shí)患兒就死亡了。 關(guān)于此病的唯一好消息就是它在大多數(shù)人群中就十分罕見的；然而在中歐地區(qū)的德裔猶太人及其后裔中，此病的發(fā)病率達(dá)到了兒童的1/3600，并且大約1/30的成人帶缺陷基因。如果兩人都是缺陷基因攜帶者，通常他們小孩就有四分之一的可能是這種缺陷基因的純合子并最終會(huì)發(fā)展成為T

12、ay-Sachs癥。 導(dǎo)致Tay-Sachs癥的突變位于HEXA基因，它的編碼產(chǎn)物是己糖胺酶A。該酶作用于神經(jīng)節(jié)苷脂GM2并將它分解。 神經(jīng)節(jié)苷脂GM2的功能是覆蓋于神經(jīng)細(xì)胞，使神經(jīng)細(xì)胞與相鄰的細(xì)胞分隔開，從而加速神經(jīng)沖動(dòng)的傳遞。如果該酶不存在，神經(jīng)節(jié)苷脂GM2會(huì)累積并窒息神經(jīng)細(xì)胞，最終導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)功能喪失和癱瘓。 三、生物大分子的形成 生物大分子主要有三大類： 蛋白質(zhì) 核酸 多糖 它們都是由生物小分子單體通過特有的共價(jià)鍵聯(lián)結(jié)而成。1、氨基酸通過肽鍵聯(lián)成肽鏈結(jié)構(gòu)蛋白2、單糖通過糖苷鍵聯(lián)成多糖鏈 （3）注意：多糖鏈也有方向性，有還原端和非還原端 一條多糖鏈的兩端有不同結(jié)構(gòu)和性質(zhì)： 一端的糖基有游

13、離的半縮醛羥基，稱還原端； 另一端的糖基沒有游離的半縮醛羥基，稱非還原端。3、核苷酸通過磷酸二酯鍵聯(lián)成核酸四、生物大分子的高級(jí)結(jié)構(gòu)1、蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu) 由生物小分子到生物大分子，分子增大，出現(xiàn)新的性質(zhì)。 其中最主要的特點(diǎn)是：生物大分子有獨(dú)特的立體結(jié)構(gòu)、空間構(gòu)型和分子整體形狀。q 蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)是指各條肽鏈之間的位置和結(jié)構(gòu)。所以，四級(jí)結(jié)構(gòu)只存在于由兩條肽鏈以上組成的蛋白質(zhì)。2、 維持生物大分子高級(jí)結(jié)構(gòu)的重要因素非共價(jià)鍵CO · · · · · · HO CN · · · · ·

14、83; H CO · · · · · · H3 N 非共價(jià)鍵的鍵強(qiáng)度很小，所以注意：雙硫鍵也在維持蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)中起重要作用。3、 核酸的高級(jí)結(jié)構(gòu)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)3、 核酸的高級(jí)結(jié)構(gòu)（1） DNA雙螺旋：A、兩條反向平行的核苷酸鏈共同盤繞形成雙螺旋，糖磷酸糖構(gòu)成螺旋主鏈B、兩條鏈的堿基都位于中間，堿基平面與螺旋軸垂直C、兩條鏈對(duì)應(yīng)堿基呈配對(duì)關(guān)系A(chǔ)T GCD、螺旋直徑 20A，螺距 34A，每一螺距中含10bpDNA雙螺旋可以看作是DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)，DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)的形成需要蛋白質(zhì)幫助。堿基之間的氫鍵：GC間有三個(gè)氫鍵，AT間有兩個(gè)氫

15、鍵（2）RNA為單鏈盤繞，局部形成堿基配對(duì)。例如：轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）的三葉草結(jié)構(gòu)4 、多糖鏈的高級(jí)結(jié)構(gòu)不同高級(jí)結(jié)構(gòu)帶來(lái)不同的生物學(xué)性能 淀粉形成螺旋狀 能源貯存 纖維素呈長(zhǎng)纖維狀 結(jié)構(gòu)支架第三講 生物的新陳代謝 一、酶是生物催化劑 二、生命世界的能量源泉是太陽(yáng)能 三、生物體主要從有機(jī)分子的氧化取得能量 四、生物體內(nèi)有一個(gè)復(fù)雜的代謝網(wǎng)絡(luò) 生命活動(dòng)的原動(dòng)力在于生物體內(nèi)一刻不停的新陳代謝。通過新陳代謝不斷把太陽(yáng)能或食物中貯存的能量，轉(zhuǎn)化為可供生命活動(dòng)利用的能量，不斷制造出各種大、小分子以供生命活動(dòng)所需要。體內(nèi)的新陳代謝過程又都是在生物催化劑-酶的催化下進(jìn)行的。 這一講先介紹酶的性質(zhì)，然后著重介紹

16、生命活動(dòng)所需的能量，從何而來(lái)。至于新陳代謝中產(chǎn)生的大、小生物分子，種類甚多，這里僅介紹蛋白質(zhì)大分子是如何合成的。 一、酶是生物催化劑1、酶的催化特點(diǎn)催化劑可以加快化學(xué)反應(yīng)的速度，酶是生物催化劑，它的突出優(yōu)點(diǎn)是： 催化效率高 專一性質(zhì) 可以調(diào)節(jié)用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)證明酶的催化效率：2、酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，有的酶僅僅由蛋白質(zhì)組成，如：核糖核酸酶。 有的酶除了主要由蛋白質(zhì)組成外，還有一些金屬離子或小分子參與。這些金屬離子或小分子是酶活性所必須的，稱為輔酶/輔基或輔助因子。如：羧基肽酶以二價(jià)鋅離子（Zn2+）為輔助因子又如：過氧化氫酶以鐵卟啉環(huán)為輔助因子 3、酶催化作用的機(jī)理是降低活化能 催化劑只能催化原來(lái)

17、可以進(jìn)行的反應(yīng)，加快其反應(yīng)速度。 即使對(duì)可以進(jìn)行的反應(yīng)來(lái)說，反應(yīng)物分子應(yīng)越過一個(gè)活化能才能發(fā)生反應(yīng)。 酶作為催化劑的作用是降低活化能。 酶是如何降低活化能的呢 ? 首先，需要酶與底物分子結(jié)合，酶蛋白結(jié)構(gòu)中有底物結(jié)合中心/活性中心。 然后，酶蛋白分子以各種方式，作用于底物分子，使底物分子活化起來(lái)。 酶與底物的專一結(jié)合，又是酶促反應(yīng)專一性的體現(xiàn)。底物分子結(jié)合在酶的底物結(jié)合中心 4、酶的活性可以調(diào)控1) 在代謝途徑中調(diào)節(jié)酶活性 幾個(gè)酶或十幾個(gè)酶前后配合，完成一系列代謝反應(yīng)，形成一條代謝途徑。在一條代謝途徑中，常常是前一個(gè)酶促反應(yīng)的底物，便是下一個(gè)酶促反應(yīng)的底物。一條代謝途徑的終產(chǎn)物，有時(shí)可與該代謝途

18、徑的第一步反應(yīng)的酶相結(jié)合，結(jié)合的結(jié)果使這個(gè)酶活性下降，從而使整條代謝途徑的反應(yīng)速度慢起來(lái)。這種情況稱為“反饋抑制”。值得注意的是，發(fā)生反饋抑制時(shí)，代謝終產(chǎn)物與酶結(jié)合時(shí)，是非共價(jià)結(jié)合，是可逆的。q 共價(jià)調(diào)節(jié) 有時(shí)候，酶蛋白分子可以和一個(gè)基團(tuán)形成共價(jià)結(jié)合，結(jié)合的結(jié)果，使酶蛋白分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使酶活性發(fā)生改變。這種調(diào)節(jié)酶活性的情況稱為酶的共價(jià)調(diào)節(jié)。 例如，酶與磷酸根的結(jié)合。q 競(jìng)爭(zhēng)性抑制 有的酶在遇到一些化學(xué)結(jié)構(gòu)與底物相似的分子時(shí)，這些分子與底物競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合酶的活性中心，亦會(huì)表現(xiàn)出酶活性的降低（抑制）。這種情況稱為酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制。 二、生命世界的能量源泉是太陽(yáng)能 1、 生物體的代謝反應(yīng)分為物質(zhì)代謝和能

19、量代謝兩個(gè)側(cè)面。每一個(gè)反應(yīng)都有兩個(gè)側(cè)面： 物質(zhì)代謝由底物分子變成產(chǎn)物分子 能量代謝消耗能量或釋放能量n 氨基酸 + 能量 蛋白質(zhì) 2 丙酮酸 + 能量 葡萄糖 從小分子合成大分子需要消耗能量。葡萄糖 2丙酮酸 + 能量 從大分子分解為小分子會(huì)釋放能量。2、ATP是生物體能量流通的貨幣ATP：三磷酸腺苷的縮寫，全稱可以是腺嘌呤核苷三磷酸。ATP的作用：一個(gè)代謝反應(yīng)釋出的能量貯入ATP，ATP所貯能量供另一個(gè)代謝反應(yīng)消耗能量時(shí)使用。3、生物體把能量用在生命活動(dòng)的各個(gè)方面 4、太陽(yáng)能是整個(gè)生命世界的能量源泉綠色植物和光合細(xì)菌把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，利用太陽(yáng)能合成有機(jī)物；除了維持自身的生存還為其他生物提

20、供食物。食物鏈  綠色植物和光合細(xì)菌利用太陽(yáng)能的過程稱為光合作用。 光合作用是如何進(jìn)行的？葉綠體中的葉綠素是進(jìn)行光合作用必不可少的成份。在葉綠體中進(jìn)行的光合作用，又可以分為兩個(gè)步驟：光反應(yīng)：在葉綠素參與下，把光能用來(lái)劈開水分子，放出O2，同時(shí)造成兩種高能化合物 ATP和 NADPH。暗反應(yīng)：把 ATP 和 NADPH 中的能量，用于固定 CO2，生成糖類化合物。這個(gè)過程不需要光。三、生物體主要靠有機(jī)分子的氧化取得能量1、有機(jī)物氧化釋放能量一支火柴的燃燒是纖維素氧化（C6H12O6）n + O2 n CO2 + nH2O + 能量 纖維素 氧 溫度、光和熱 （可燃物）生物體也進(jìn)行類似的

21、反應(yīng)（C6H12O6）n + O2 n CO2 + nH2O + 能量 淀粉 氧 酶 ATP（氧化底物） 把火柴燃燒和生物體內(nèi)氧化相比，基本原則是相似的有機(jī)物氧化釋放出能量。把火柴燃燒和生物體內(nèi)氧化相比，基本原則是相似的有機(jī)物氧化釋放出能量。有哪些不同？A、生物體內(nèi)氧化比燃燒過程緩慢的多，不是猛然地發(fā)出光和熱。B、生物體內(nèi)氧化在水環(huán)境中進(jìn)行。C、生物體內(nèi)的氧化由酶催化。D、生物體內(nèi)氧化分步驟進(jìn)行，產(chǎn)生能量貯存在 ATP 中。2、生物體內(nèi)氧化分步驟進(jìn)行3、與葡萄糖氧化分解產(chǎn)生能量有關(guān)的三條代謝途徑A、  糖酵解途徑六個(gè)碳的葡萄糖分解為兩個(gè)三碳的丙酮酸，凈得兩個(gè)ATP，同時(shí)還產(chǎn)生NADH

22、。 發(fā)酵：糖酵解途徑可以在無(wú)氧情況下進(jìn)行，但是要解決NADH變回到NAD問題。B、  三羧酸循環(huán) 三羧酸循環(huán)一定需要氧才能進(jìn)行。在三羧酸循環(huán)中脫下的氫，形成NADH 和 FADH2，然后再逐步傳遞給氧。C、  呼吸鏈脫下的氫可以看作是電子加上質(zhì)子 2H2e2H 在呼吸鏈起端，電子處在高能水平，傳遞到 O2 時(shí)，處于低能水平。傳遞過程中釋出的能量，用于產(chǎn)生 ATP?？傊?，一個(gè)葡萄糖分子經(jīng)過：無(wú)氧 糖酵解途徑 丙酮酸 2個(gè) ATP有氧 糖酵解途徑、三羧酸循環(huán)途徑、 呼吸鏈 完全氧化 38個(gè)ATP CO2和H2O生物體可利用各種有機(jī)分子作燃料除了葡萄糖，其他生物分子，包括脂類、氨

23、基酸、核苷酸等，都可以通過三羧酸循環(huán)途徑，徹底氧化為 CO2 和 H2O ，同時(shí)產(chǎn)生能量。 對(duì)于人體來(lái)說，最適宜的燃料是葡萄糖。 四、生物體內(nèi)存在著復(fù)雜的代謝網(wǎng)絡(luò) 1、已介紹三條代謝途徑： 糖酵解途徑、三羧酸循環(huán)和呼吸鏈，都與分解代謝，產(chǎn)生能量有關(guān)。 生物體內(nèi)還有許許多多其他分解代謝途徑，和合成代謝途徑，形成錯(cuò)綜復(fù)雜的代謝網(wǎng)絡(luò)。這些代謝途徑分布于生活細(xì)胞的不同部位。2、蛋白質(zhì)合成也就是基因表達(dá) 決定合成什么樣的蛋白質(zhì)的遺傳信息，貯存在細(xì)胞內(nèi)的DNA大分子中，體現(xiàn)為DNA大分子中核苷酸排列次序，最終表達(dá)為蛋白質(zhì)大分子中的氨基酸序列。蛋白質(zhì)合成的第一步，由DNA 指導(dǎo)mRNA（信使 RNA）的合成

24、。DNA中的遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄體現(xiàn)在 mRNA 分子中核苷酸排列次序中。蛋白質(zhì)合成的第二步，由mRNA 指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成。mRNA 中攜帶的遺傳信息通過翻譯轉(zhuǎn)而體現(xiàn)為蛋白質(zhì)大分子中氨基酸的排列次序。3、蛋白質(zhì)合成的第一步是 mRNA的合成mRNA合成需要： · 以四種三磷酸核苷為原料 ATP、GTP、UTP、CTP； · 以 DNA（大分子中的一段）為模板； · 由 RNA 聚合酶催化。 · mRNA的合成在細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行； 然后，mRNA 從核內(nèi)移至細(xì)胞質(zhì)中。4、遺傳密碼和轉(zhuǎn)運(yùn)RNAmRNA 分子中每三個(gè)相鄰核苷酸序列決定一個(gè)氨基酸，這就是通常所說的三聯(lián)密碼

25、子。 與遺傳密碼子相對(duì)應(yīng)的反密碼子在轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）分子中。 tRNA 的二級(jí)結(jié)構(gòu)呈三葉草形，它的任務(wù)是搬運(yùn)氨基酸。在tRNA分子中，一方面聯(lián)接著被搬運(yùn)的氨基酸，另一方面通過反密碼子把氨基酸安置到合適的位置上去。 5、 蛋白質(zhì)合成的第二步由 mRNA 指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成,需依托核糖體核糖體由蛋白質(zhì)和 RNA 組成，后者稱為核糖體 RNA（rRNA）。 在細(xì)胞質(zhì)中，mRNA 先與核糖體結(jié)合第一個(gè) tRNA 把一個(gè)氨基酸放在肽鏈起始位置上；另一個(gè) tRNA帶來(lái)第二個(gè)氨基酸。第一個(gè)氨基酸以羧基聯(lián)到第二個(gè)氨基酸上，形成肽鍵。核糖體向右移三個(gè)核苷酸位置，第一個(gè)tRNA脫落，準(zhǔn)備好位置迎接第三個(gè) tRN

26、A及其所帶的氨基酸。 直到在mRNA上出現(xiàn)休止符號(hào)的密碼子。于是，不再有新的tRNA上來(lái)，肽鏈合成結(jié)束。核糖體與mRNA脫開。 蛋白質(zhì)合成中還有其他加工步驟 包括： A、蛋白質(zhì)大分子折疊； B、糖基和其他基團(tuán)的修飾； C、蛋白質(zhì)分子向細(xì)胞各部位的運(yùn)送等等。第四講 細(xì)胞生物體的基本結(jié)構(gòu)單位一、細(xì)胞學(xué)說的建立1、細(xì)胞學(xué)說的主要的內(nèi)容 17世紀(jì)中葉，顯微鏡被用于生物學(xué)研究，用顯微鏡觀察來(lái)自樹皮的木栓，看到一個(gè)個(gè)“小室”結(jié)構(gòu)，稱之謂“Cell”（細(xì)胞）。人們用顯微鏡觀察各種生物，包括微生物和動(dòng)、植物的細(xì)微構(gòu)造，到處都看到細(xì)胞結(jié)構(gòu)。逐漸形成一個(gè)觀念：各種生物都是由細(xì)胞組成的。 19世紀(jì)初，兩位德國(guó)生物學(xué)

27、家施萊登和施旺正式明確提出：細(xì)胞是植物體和動(dòng)物體的基本結(jié)構(gòu)單位。 這個(gè)觀點(diǎn)，經(jīng)過后來(lái)的豐富和發(fā)展，形成公認(rèn)的細(xì)胞學(xué)說：（1）細(xì)胞是所有動(dòng)、植物的基本結(jié)構(gòu)單位。（2）每個(gè)細(xì)胞相對(duì)獨(dú)立，一個(gè)生物體內(nèi)各細(xì)胞之間協(xié)同配合。（3）新細(xì)胞由老細(xì)胞繁殖產(chǎn)生。2、細(xì)胞學(xué)說的科學(xué)意義：細(xì)胞學(xué)說的提出先于進(jìn)化論約20年，它與進(jìn)化論一起，奠定了生物科學(xué)的基礎(chǔ)。細(xì)胞學(xué)說使生命世界有機(jī)結(jié)構(gòu)多樣性的統(tǒng)一，從哲學(xué)推斷走向自然科學(xué)論證。 細(xì)胞學(xué)說被認(rèn)為是19世紀(jì)自然科學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)之一。 值得注意的是，從兩篇經(jīng)典的論文看來(lái)，細(xì)胞學(xué)說不但關(guān)系到生物體的構(gòu)造，也關(guān)系到生物體的生長(zhǎng)與發(fā)育。最初提出細(xì)胞學(xué)說觀點(diǎn)的兩篇論文是： 德國(guó)植物

28、學(xué)家施萊登1838年發(fā)表的論文：論植物發(fā)現(xiàn); 德國(guó)動(dòng)物學(xué)家施旺1839年發(fā)表的論文：動(dòng)植物結(jié)構(gòu)與生長(zhǎng)相似性的顯微研究。有沒有非細(xì)胞生命？19世紀(jì)末，人們逐漸發(fā)現(xiàn)比細(xì)菌還小的“傳染性的活性成份”，稱為病毒。 1930s1940s期間弄清病毒的化學(xué)本質(zhì)和電鏡結(jié)構(gòu)： 病毒是一類不具細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生命形態(tài)。 最簡(jiǎn)單的病毒僅由核酸大分子和蛋白質(zhì)大分子組成。但是，病毒顆粒必需進(jìn)入寄主活細(xì)胞才能表現(xiàn)出生命的各方面特性。SARS病毒為冠狀病毒二、細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能1、 動(dòng)物細(xì)胞的典型結(jié)構(gòu) 細(xì)胞膜和生物膜 磷脂和鞘脂分子具有一個(gè)共同的特征一個(gè)極性的頭兩個(gè)非極性的尾巴。在水環(huán)境中，這類分子會(huì)自發(fā)形成脂雙層微囊。 細(xì)胞膜

29、的框架，就是脂雙層，還有蛋白質(zhì)“鑲嵌”其中。1970s提出的流動(dòng)鑲嵌學(xué)說,強(qiáng)調(diào)了生物膜中脂分子和蛋白質(zhì)分子的運(yùn)動(dòng)。 這樣的膜結(jié)構(gòu)不但用以組成細(xì)胞膜，還用以分割形成各種細(xì)胞器，所以，統(tǒng)稱生物膜。 古生菌除脂雙層結(jié)構(gòu)外，也有脂單層結(jié)構(gòu)，脂單層結(jié)構(gòu)難被剝離，所以廣泛存在于嗜熱古生菌中細(xì)胞核由兩層生物膜圍成，遺傳信息貯藏在核內(nèi)，是DNA復(fù)制和RNA 合成場(chǎng)所。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)由單層生物膜圍成。是蛋白質(zhì)合成、修飾和分泌；脂類合成的場(chǎng)所。真核生物的信息傳遞：從細(xì)胞核內(nèi)到細(xì)胞核外；從DNA到RNA再到蛋白質(zhì)高爾基體 由單層生物膜圍成，與蛋白質(zhì)修飾和分泌有關(guān)。 溶酶體 由單層生物膜圍成，是生物大分子分解的場(chǎng)所。線粒體

30、由雙層生物膜圍成，是生物氧化、產(chǎn)生能量的場(chǎng)所。 細(xì)胞質(zhì) 有多種蛋白質(zhì)和酶，是糖酶解和糖元合成等反應(yīng)的場(chǎng)所。 細(xì)胞骨架 由蛋白質(zhì)亞基組裝成，和細(xì)胞形狀、遷移、信息傳導(dǎo)等有關(guān)。核糖體 由RNA和蛋白質(zhì)形成的大顆粒，是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所。2、植物細(xì)胞的典型結(jié)構(gòu) 與動(dòng)物細(xì)胞相比，有幾點(diǎn)不同： 植物細(xì)胞 動(dòng)物細(xì)胞 有細(xì)胞壁 沒有細(xì)胞壁 有葉綠體 沒有葉綠體 有中央液泡 沒有中央液泡3、真核細(xì)胞和原核細(xì)胞細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)與動(dòng)、植物細(xì)胞不同，要簡(jiǎn)單的多。最主要的差別是細(xì)菌沒有細(xì)胞核結(jié)構(gòu)，核物質(zhì)DNA還是有的，形成核區(qū)(又稱擬核)。并且細(xì)菌細(xì)胞也沒有其他各種細(xì)胞器。 依據(jù)有無(wú)細(xì)胞核，整個(gè)生命世界可以區(qū)分為兩大類：

31、原核生物 真核生物 細(xì) 菌 植 物 古生菌 動(dòng) 物 等 等 真菌（霉菌、酵母) 原生動(dòng)物 藻 類三、細(xì)胞分裂和細(xì)胞周期1、為什么會(huì)有細(xì)胞分裂？隨著細(xì)胞生長(zhǎng)，細(xì)胞體積增大，而細(xì)胞表面積和體積之比(表面積/體積)卻在變小。活細(xì)胞不斷進(jìn)行新陳代謝，細(xì)胞表面擔(dān)負(fù)著輸入養(yǎng)分，排出廢物的重任。 表面積/體積 比值的下降，意味著代謝速率的受限和下降。所以，細(xì)胞分裂是細(xì)胞生長(zhǎng)過程中保持足夠表面積，維持一定的生長(zhǎng)速率的重要措施。2、   原核生物的細(xì)胞分裂原核生物以細(xì)菌為例，細(xì)胞分裂比較簡(jiǎn)單。 細(xì)胞生長(zhǎng)增大到一定程度，DNA 復(fù)制，形成兩個(gè) DNA 分子，分別移到拉長(zhǎng)了的細(xì)胞兩端，中間形成新

32、的細(xì)胞間隔，進(jìn)而形成細(xì)胞壁，成為兩個(gè)細(xì)胞。這個(gè)過程稱為二分分裂。3、 真核細(xì)胞的有絲分裂大多數(shù)真核生物是多細(xì)胞生物。體細(xì)胞的分裂稱為有絲分裂；生殖細(xì)胞形成過程中，則有與之不同的減數(shù)分裂。（1） 細(xì)胞分裂周期 細(xì)胞從前一次分裂開始到后一次分裂開始，這段時(shí)間稱為一個(gè)：細(xì)胞周期。通常，細(xì)胞周期可以區(qū)分為四個(gè)階段：M 期 分裂期，在這個(gè)階段可以在顯微鏡下看到細(xì)胞分裂過程。G1 期 S 期 DNA 合成期G2 期 G1 期，S 期和 G2 期又總稱為：分裂間期。（2）有絲分裂過程前期：染色質(zhì)濃縮，折疊，包裝，形成光鏡下可見的染色體，每條染色體含兩條染色單體。中期：核膜消失，染色體排列在赤道板上。 后期：

33、姐妹染色單體分開，被分別拉向細(xì)胞兩側(cè)。末期：重新形成核膜，染色體消失。 （3）染色質(zhì)和染色體 處于分裂間期的細(xì)胞，細(xì)胞核內(nèi)的DNA分子，在一些蛋白質(zhì)的幫助下，有一定程度的盤繞，形成核小體。多個(gè)核小體串在一起形成染色質(zhì)。所以，染色質(zhì)是在細(xì)胞分裂間期遺傳物質(zhì)存在的形式。 核小體直徑10nm，光鏡下看不到。當(dāng)細(xì)胞進(jìn)入M期時(shí)，染色質(zhì)折疊包裝，大約壓縮8400倍，形成光鏡下可以看到的染色體。 應(yīng)記住，在染色體出現(xiàn)時(shí)，細(xì)胞已經(jīng)過S期完成DNA復(fù)制，已由原來(lái)的每個(gè)DNA分子復(fù)制出兩個(gè)DNA分子。所以，每條染色體由兩條姐妹染色單體組成。 通常把體細(xì)胞稱為雙倍體細(xì)胞，體細(xì)胞的遺傳物質(zhì)的總含量為2n。在細(xì)胞分裂中

34、，在光鏡下可以看到染色體時(shí)，已經(jīng)過DNA復(fù)制，這時(shí)遺傳物質(zhì)的總量已經(jīng)是4n了。細(xì)胞分裂完成時(shí)，出現(xiàn)的兩個(gè)子細(xì)胞又都回復(fù)為2n。 不同物種的細(xì)胞，染色體數(shù)目不同。所以，染色體數(shù)目也是不同物種細(xì)胞的特征。因?yàn)?，?duì)大多數(shù)物種來(lái)說，體細(xì)胞是2n的，所以染色體數(shù)目通常為偶數(shù)。 物種 染色體數(shù)目 物種 染色體數(shù)目 人 46 豌豆 14 小鼠 40 玉米 20 爪蟾 36 小麥 42 果蠅 8 酵母 324、   真核細(xì)胞的減數(shù)分裂   （1）減數(shù)分裂發(fā)生在產(chǎn)生生殖細(xì)胞的過程中。生殖細(xì)胞包括卵細(xì)胞和精子細(xì)胞。它們的遺傳物質(zhì)總量?jī)H為體細(xì)胞的一半，稱為n細(xì)胞。 由2n的體

35、細(xì)胞產(chǎn)生n的生殖細(xì)胞，需要經(jīng)過減數(shù)分裂。（2）減數(shù)分裂后，細(xì)胞中染色體數(shù)目減少一半。 減數(shù)分裂可以分為兩個(gè)階段： 第一次減數(shù)分裂：DNA復(fù)制一次，細(xì)胞分裂一次。 結(jié)果，子細(xì)胞染色體數(shù)目減半，遺傳物質(zhì)總量由2n變?yōu)閚。 總之，減數(shù)分裂就是DNA復(fù)制一次，細(xì)胞連續(xù)分裂兩次，結(jié)果由一個(gè)2n細(xì)胞分出4個(gè)n細(xì)胞。（3）減數(shù)分裂豐富基因組合 減數(shù)分裂的特點(diǎn)： 一是子細(xì)胞染色體數(shù)減半； 二是子細(xì)胞基因組合大為豐富。 基因組合的豐富由兩個(gè)原因造成。 首先，體細(xì)胞的染色體實(shí)際上是由兩套同源染色體組成。人的細(xì)胞有46條染色體，實(shí)際上可以看作22對(duì)同源染色體加上兩條性染色體。 在減數(shù)分裂的第一次分裂時(shí)，每對(duì)同源染色

36、體分別分配至兩個(gè)子細(xì)胞。于是父源的同源染色體和母源的同源染色體以不同組合，分配到兩個(gè)子細(xì)胞中去。這樣，產(chǎn)生不同染色體組合的配子種型大增。 其次，在第一次減數(shù)分裂中，還發(fā)生同源染色體配對(duì)，配對(duì)后還發(fā)生同源染色體之間的染色體交叉和基因重組。這使基因組合狀況更為復(fù)雜化。 所以，經(jīng)由減數(shù)分裂產(chǎn)生的生殖細(xì)胞，其基因組合表現(xiàn)極大的豐富和多樣化。結(jié)果是, 有性生殖的后代具有更豐富的基因組合，具有更強(qiáng)的適應(yīng)性和進(jìn)化潛能。四、細(xì)胞的分化、衰老與死亡1、細(xì)胞的分化成年人全身細(xì)胞總數(shù)約1012個(gè)。 細(xì)胞種類有200多種。這么多種類細(xì)胞均來(lái)自一個(gè)受精卵細(xì)胞。細(xì)胞分化的定義：發(fā)育過程中細(xì)胞后代在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生差

37、異的過程稱為細(xì)胞分化。 細(xì)胞分化不但發(fā)生在胚胎階段和發(fā)育過程中，亦發(fā)生在成人階段。如：人體血細(xì)胞的產(chǎn)生。 分化以后不同種類的細(xì)胞， 形態(tài)不同， 功能不同， 基因表達(dá)不同， 代謝活動(dòng)也不同。2、 細(xì)胞的衰老衰老是人們永恒的議題，至今仍是一個(gè)迷。 人體衰老時(shí)，身體各部分功能都發(fā)生衰老。 身體的衰老是以細(xì)胞衰老為基礎(chǔ)的。實(shí)驗(yàn)證明，細(xì)胞有著明顯的衰老過程。 亦有人認(rèn)為，人體衰老時(shí)，并非全身細(xì)胞均衡衰老，而是部分細(xì)胞衰老，導(dǎo)致整體機(jī)能失調(diào)。激素系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)的衰老對(duì)全身的影響最大。 衰老的機(jī)理，尚不清楚，有各種學(xué)說。自由基假說是其中廣為人們接受的一種假說。3、 細(xì)胞凋亡多細(xì)胞生物個(gè)體的一生中，

38、不斷發(fā)生構(gòu)成身體的細(xì)胞的死亡。 有兩種細(xì)胞死亡： · 因環(huán)境因素突變或病原物入侵而死亡，稱為病理死亡，或細(xì)胞壞死。 · 因個(gè)體正常生命活動(dòng)的需要，一部分細(xì)胞必定在一定階段死去，稱細(xì)胞凋亡。細(xì)胞凋亡是普遍存在的細(xì)胞凋亡和細(xì)胞壞死有明顯區(qū)別： ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾細(xì)胞變圓,與周圍細(xì)胞脫開 細(xì)胞外形不規(guī)則變化 核染色質(zhì)凝聚 溶酶體破壞 細(xì)胞

39、膜內(nèi)陷 細(xì)胞膜破裂 細(xì)胞分為一個(gè)個(gè)小體 胞漿外溢 被周圍細(xì)胞吞噬 引起周圍炎癥反應(yīng) ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ 細(xì)胞凋亡受基因控制。線蟲是研究細(xì)胞凋亡的理想材料。 每條線蟲具有1090個(gè)細(xì)胞，其中131個(gè)細(xì)胞在發(fā)育過程中凋亡。從線蟲中找到若干控制細(xì)胞凋亡的基因。第五講 從基因到基因工程 生命最重要的本質(zhì)之一是性狀特征自上代傳至下代遺傳。 今天，從遺傳學(xué)研究衍生

40、出來(lái)的基因工程技術(shù)，已構(gòu)成生物技術(shù)的核心，在實(shí)際應(yīng)用中顯示出極大的潛力。一、 孟德爾學(xué)說奠定了遺傳學(xué)基礎(chǔ) 在孟德爾以前，人們看到遺傳現(xiàn)象，猜想遺傳是有規(guī)律的，甚至在農(nóng)牧業(yè)育種中實(shí)際運(yùn)用了遺傳規(guī)律，但是，一直找不到研究遺傳規(guī)律的恰當(dāng)方法。孟德爾（18221884）從1856年起開始豌豆試驗(yàn)。孟德爾的基本方法是雜交。 經(jīng)過近10年的潛心研究，孟德爾發(fā)表了他的研究報(bào)告。其內(nèi)容可概括兩個(gè)定律。1、孟德爾第一定律分離律他用一對(duì)性狀雜交，子一代全為顯性性狀，子一代之間自交，子二代為： 顯性性狀：隱性性狀3：12、孟德爾第二定律自由組合律他用兩對(duì)性狀雜交，子一代全為顯性性狀，子一代之間雜交，子二代出現(xiàn)四種性

41、狀，其數(shù)量比例為9：3：3：13、孟德爾學(xué)說的要點(diǎn)依據(jù)上面的試驗(yàn)結(jié)果，孟德爾認(rèn)為，每株豌豆植株中的每一對(duì)性狀，都是由一對(duì)遺傳因子所控制的，遺傳因子有顯性因子和隱性因子之分。當(dāng)一株植株中控制某一對(duì)性狀的一對(duì)遺傳因子均為隱性因子時(shí)，該植株才表現(xiàn)出隱性性狀（如白花或綠色豆粒）。其他情況下，均表現(xiàn)出顯性性狀。這一點(diǎn)在分離律實(shí)驗(yàn)中看的很清楚。 當(dāng)兩對(duì)性狀一起加以研究時(shí)，顯性和隱性的基本規(guī)律仍與上面相同，但要加上一條，控制不同性狀的遺傳因子，在傳代中各自獨(dú)立，互不干擾,出現(xiàn)自由組合現(xiàn)象。孟德爾思想之精髓：性能由一對(duì)因子控制（如硬幣的兩面），一對(duì)性能（如兩個(gè)硬幣）是隨機(jī)組合的4、孟德爾學(xué)說的重要意義（1）孟

42、德爾第一次明確提出遺傳因子的概念, 并且提出了遺傳因子控制遺傳性狀的若干規(guī)律： 大多數(shù)生物體通常由 一對(duì)遺傳因子（后來(lái)稱為兩個(gè)等位基因）控制同一性狀。這樣的生物體稱為2n個(gè)體。 遺傳因子可以區(qū)分為顯性和隱性。 控制不同性狀的遺傳因子是各自獨(dú)立的。（2）孟德爾提出了雜交、自交、回交等一套科學(xué)有效的遺傳研究方法，來(lái)研究遺傳因子的規(guī)律。孟德爾創(chuàng)立的這套方法一直沿用到1950s，才被分子遺傳學(xué)方法取代。二、基因是一段DNA序列“遺傳因子/基因”的設(shè)想一經(jīng)提出，便推動(dòng)人們?nèi)ふ?，去探?基因在哪里？ 基因是什么？1、基因在染色體上 顯微鏡技術(shù)與染色技術(shù)的發(fā)展，使人們注意到，細(xì)胞分裂時(shí)，尤其是減數(shù)分裂中，

43、染色體的行為和孟德爾提出的等位基因的分離規(guī)律相當(dāng)一致，所以，確定基因在細(xì)胞核中，在染色體上。 摩根實(shí)驗(yàn)室用果蠅為材料的工作，確定了基因在染色體上的分布規(guī)律（基因的連鎖與互換定律）?；蛑亟M服從這樣的規(guī)則： 兩個(gè)基因在染色體上離得越遠(yuǎn)，重組頻率越高；兩個(gè)基因在染色體上離得越近，重組頻率越低。2、遺傳物質(zhì)是DNA 各方面的實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，基因的化學(xué)本質(zhì)不是蛋白質(zhì)，而是DNA。格里菲斯的實(shí)驗(yàn)（1928）證明遺傳物質(zhì)可以轉(zhuǎn)化進(jìn)入細(xì)菌，改變細(xì)菌特性。后來(lái)愛弗萊的實(shí)驗(yàn)（1944）證實(shí)，進(jìn)入細(xì)菌改變特性的遺傳物質(zhì)是DNA，而不是蛋白質(zhì)。3、華生和克里克提出 DNA雙螺旋模型。 DNA雙螺旋模型說明DNA分子能

44、夠充當(dāng)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。按照雙螺旋模型，在細(xì)胞分裂時(shí)，DNA的合成應(yīng)是“半保留復(fù)制”的模式。DNA的半保留復(fù)制 DNA在自我復(fù)制的過程中，兩條雙鏈打開，以形成的兩條單鏈為模板，各自合成一條與之互補(bǔ)的新鏈。新形成的兩條雙鏈DNA中各含有一條舊鏈和一條新鏈，所以稱為半保留復(fù)制。4、DNA作為遺傳物質(zhì)的功能（1）貯藏遺傳信息的功能 （2）傳遞遺傳信息的功能 （3）表達(dá)遺傳信息的功能 由此，克里克提出中心法則, 確定遺傳信息由DNA通過RNA流向蛋白質(zhì)的普遍規(guī)律。DNA DNA RNA蛋白質(zhì)中心法則中心法則：遺傳信息儲(chǔ)存在DNA中，DNA通過轉(zhuǎn)錄生成 mRNA，mRNA再通過翻譯生成蛋白質(zhì)，從而完成遺傳

45、信息的表達(dá)過程。5、基因理論中的許多復(fù)雜情況 以孟德爾學(xué)說為開端的遺傳理論，發(fā)展到以DNA分子結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的分子遺傳學(xué)，使我們對(duì)遺傳規(guī)律有了確切的理解。 應(yīng)該看到，實(shí)際上生命世界的遺傳現(xiàn)象遠(yuǎn)比上面談到的要復(fù)雜得多。 一個(gè)基因一個(gè)性狀？不一定。例如膚色的控制至少有三個(gè)基因參與。 基因決定性狀，環(huán)境還起不起作用？在基因型確定的基礎(chǔ)上，環(huán)境常常會(huì)影響表型。遺傳和變異是遺傳學(xué)的重要內(nèi)容。子代總是與親代相像，又有一些不像。三、基因工程技術(shù)和應(yīng)用1、基因工程技術(shù)基因工程是生物技術(shù)的核心部分?；蚬こ痰牟僮靼韵虏襟E： · 獲得目的基因 · 構(gòu)造重組DNA分子 · 轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)染

46、· 表達(dá) · 蛋白質(zhì)產(chǎn)物的分離純化基因工程的基本操作：將外源基因（又稱目的基因，是一段DNA片斷）組合到載體DNA分子中去，再把它轉(zhuǎn)到受體細(xì)胞（亦稱寄主細(xì)胞）中去，使外源基因在寄主細(xì)胞中增殖和表達(dá)，從而得到期望的由這個(gè)外源基因所編碼的蛋白質(zhì)。（1）獲得目的基因 到哪里去找目的基因？一般來(lái)說，人的基因，要從人體的組織細(xì)胞中去找；小鼠的基因要從小鼠的組織細(xì)胞中去找。 從組織細(xì)胞中可以分離得到人/小鼠的全套基因，稱為基因文庫(kù)。文庫(kù)中基因總數(shù)就人來(lái)說約有3萬(wàn)個(gè)基因。如何從中把需要的基因找出來(lái)？采取“釣”的辦法。這個(gè)辦法通常稱為印跡法。印跡法的主要步驟：（1）基因文庫(kù) DNA 用限制

47、性內(nèi)切酶處理。（2）DNA 片斷混合物通過電泳分離。（3）電泳后，通過印跡技術(shù)轉(zhuǎn)到酯酰纖維薄膜上，以便操作。（4）用已知小片斷DNA 作為探針，互補(bǔ)結(jié)合需要找的基因片斷。（5）探針DNA 片斷已用放射性元素標(biāo)記，使膠片感光后可看出。印跡法的關(guān)鍵是“分子雜交”：利用堿基配對(duì)的原則，用一段小的已知的DNA片斷去尋找（“釣”）大的未知的基因片斷。 探針DNA片斷從何而來(lái)？根據(jù)目的蛋白的氨基酸序列，只要其中N端 1520個(gè)氨基酸序列，按三聯(lián)密碼轉(zhuǎn)為40-60核苷酸序列，人工合成，即為探針DNA片斷。（2）目的基因的擴(kuò)增 用上面的方法“釣”出的目的基因，數(shù)量極少，所以，接下來(lái)必須經(jīng)過擴(kuò)增，亦稱為基因克隆

48、。獲得相當(dāng)數(shù)量的目的基因后，才能繼續(xù)下一步操作?？寺∩锓肿?，細(xì)胞，生物個(gè)體的無(wú)性增殖過程都稱為克隆。PCR 把尋找目的基因和擴(kuò)增目的基因兩步操作并成一步。PCR法，全稱多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，是近年來(lái)開發(fā)出來(lái)的基因工程新技術(shù)，它的最大優(yōu)點(diǎn)是把目的基因的尋找和擴(kuò)增，放在一個(gè)步驟里完成。PCR 反應(yīng)分三步完成：第一步 90 高溫下，使混合物的DNA片斷因變性而成單鏈。第二步 50 溫度下，引物DNA結(jié)合在適于配對(duì)的DNA片斷上。第三步 70 溫度下，由合成酶（DNA高溫聚合酶）催化，從引物開始合成目的基因DNA。 PCR的三個(gè)步驟為一次循環(huán)，約需510分鐘。每經(jīng)一次循環(huán)，所找到的目的基因擴(kuò)充一倍。經(jīng)過20次循環(huán)，即可擴(kuò)增106倍，總共只需幾個(gè)小時(shí)。（3）構(gòu)造重組DNA分子首先要有載體。載體有好幾種，常用的有：質(zhì)粒環(huán)狀雙鏈小分子DNA，適于做小片斷基因的載體。噬菌體DNA線狀雙鏈DNA，適于做大片斷基因的載體。其次，要把目的基因“裝”到載體中去?！鞍惭b”的過程，需要的關(guān)鍵酶叫限制性內(nèi)切酶。 此酶識(shí)別一定堿基序列，有的還可切出“粘性”末端，使得目的基因和載體的連接非常容易。 （4）轉(zhuǎn)化/轉(zhuǎn)染 把構(gòu)造好的重組DNA分子送進(jìn)寄主細(xì)胞，亦需要適當(dāng)?shù)募夹g(shù)方法。若受體細(xì)胞是細(xì)菌，通常稱轉(zhuǎn)化；若受體細(xì)胞是動(dòng)/植物細(xì)胞，通常稱轉(zhuǎn)染。（5）目的基因表達(dá)及蛋白質(zhì)分離 進(jìn)入到寄主細(xì)胞的目的基因還要能表達(dá)產(chǎn)生有活性