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1、生命科学学院生命科学学院教师:李力教师:李力生命科学概论生命科学概论第一章第一章 绪绪 论论 1、什么是生命 2、为什么要学习生命科学 3、学什么 4、如何学大 家 好!Welcome to the study of Life Sciences 1、什么是生命?生命的特征是什么?生命的本质特征生命的本质特征v化学成分的同一性;v严整有序的结构;v新陈代谢;v应激性和运动;v内稳态;v生长发育;v繁殖与遗传;v适应;化学成分的同一性生生物物体体是是由由蛋蛋白白质质、核核酸酸、脂脂肪肪、糖糖类类、维维生生素素等等多多种种有有机机分分子子以以及及C、H、O、N、P、S等一些无机元素组成。等一些无机元
2、素组成。蛋白质:由蛋白质:由20种氨基酸组成。种氨基酸组成。核酸:由核酸:由8种核苷酸组成。种核苷酸组成。各各种种生生物物编编制制基基因因程程序序的的遗遗传传密密码码是是统统一一的的各各种种生生物物都都是是以以ATP(三三磷磷酸酸腺腺苷苷)为为贮贮能能分子分子蛋白质由20种氨基酸组成严整有序的结构生命的基本单位是细胞细胞的结构整个生物界是一个多层次的有序结构:细胞 组织 器官 系统 个体种群群落生态系统细 胞 的 结 构v细胞是生物的基本组成单位(病毒除外)新陈代谢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
3、):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。v 新陈代谢、生长和运动是生命的基本功能 物理运动化学运动生命运动 最高级运动形式 ATP有机质合成有机质分解应激性和运动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。n生物对外界可产生应激反应,对环境有适应性内稳态生物体在没有强烈的外界因素的影响下,有某些机制使其内环境能保持动态稳定性。生长发育生物体能通过新陈代谢的作用而不断地生长、发育,其中遗传因素起决定性作用,而外界环境因素也有很大影响。生物具有个体发育和系统进化的历史
4、繁殖与遗传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。n生命通过繁殖而延续,DNA是生物遗传的基本物质遗遗传传学学家家和和模特儿模特儿 适适 应应n n适应有两方面的含义:(1)生物的结构都适应于一定的功能;(2)生物的结构和功能适应于该生物在一定环境条件下的生存和延续。n n适应是生物界普遍存在的现象。n生命的定义生命的定义n生命起源之谜生命起源之谜n有关于有关于“生命的本质生命的本质”的的一些观点和理论一些观点和理论n生命的本质特征生命的本质特征生命是什么?生命是什么?“生命生命”应如何定义?应如何定义?
5、生命是什么?生命是什么?“生命生命”应如何定义?应如何定义?生命是什么?生命是什么?“生命生命”应如何定义?应如何定义?生命是什么?生命是什么?“生命生命”应如何定义?应如何定义?生命的定义生命的定义n从生物学角度的定义n从物理学角度的定义n从生物物理学角度的定义n“生命”的完整的、系统的定义从生物学角度的定义n n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”n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
6、熵的增加趋近于零,生命将趋向终结,走向死亡。从生物物理学角度的定义-三要素:物质、能量、信息 在生物体的整个运动过程中,贯穿了物质、能量、信息三者的变化、协调和统一。“生命”的完整的、系统的定义 生命是主要由核酸和蛋白质组成的具有不断自我更新能力的多分子体系的存在形式,是一种过程,是一种现象。n生命的物质基础是蛋白质和核酸;n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;n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。生命的涵义:生命的涵义:生命起源之谜生命起源之谜n宗教认为上帝创造了生命n古代人认为生命是自然发生的n达尔文的探索n奥巴林的生命起源假说
7、n米勒的实验-生命起源于无机物宗教认为上帝创造了人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”的说法达尔文的探索n“适者生存”-自然选择理论的精髓;1859年写下物种起源。奥巴林的生命起源假说n n“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米勒的实验-生命起源于无机物有关于有关于“生命的本质生命的本质”的一些观的一些观点和理论点和理论n生机论:将生物现象归结为一种非物质的“活力”n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n还原论:生物的一切都可用分子和分子
8、相互作用的规律来说明。n整体论:生物各组成部分规律加起来不等于整体的规律。生命科学的分科生命科学的分科n按生物类群或研究对象来分;按生物类群或研究对象来分;n按研究的生命现象或生命过程按研究的生命现象或生命过程来分;来分;n按生物结构的层次来分;按生物结构的层次来分;n按与其他学科的关系来分。按与其他学科的关系来分。按生物类群或研究对象来分按生物类群或研究对象来分n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。按研究的生命现象或生命过程来分按研究的生命现象或生命过程来分n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
9、理学、免疫学等等。按生物结构的层次来分按生物结构的层次来分n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来分按与其他学科的关系来分n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、放射生物学等等。2、为什么学习生命科学 生命科学是21世纪自然科学的带头学科生命科学充满未解之谜生命科学与人类社会的发展息息相关1859 达尔文 物种的起源1997 绵羊“多莉”克隆v自然科学的发展1928-1942 Fleming 发明青霉素1953年 Watson和Crick DNA双螺旋1973年 斯坦福大学 Cohn 加州大学 Boyer 基因工程 重组D
10、NA技术之父1997年2月 苏格兰 Wilmut 绵羊“多莉多莉”的克隆 1999年 高考作文题 “假如记忆可以移植”2000年6月 人类基因组计划2001年 干细胞研究 20年后?人类面临最重大的问题和挑战v人口膨胀;人口膨胀;v粮食短缺;粮食短缺;v疾病危害;疾病危害;v环境污染;环境污染;v能源危机;能源危机;v资源匮乏;资源匮乏;v生生态态平平衡衡破破坏;坏;v生生物物物物种种大大量消亡。量消亡。解决人类生存与发展所面临的一系列重大问题,在很大程度上将依赖于生命科学的发展。生命科学对人类经济、科技、政治和社会发展的作用是全方位全方位的。生命科学充满未解之谜n“猛犸之谜”n“恐龙灭绝之谜
11、”n 龟鳖家族的长寿之谜“猛犸之谜”“恐龙灭绝之谜”龟鳖家族的长寿之谜、生命科学与人类社会的发展息息相关n农业方面n医药卫生方面n轻工业、食品工业、酶工程n其他方面农业方面n遗传育种-农作物、畜牧业的优良品种(无籽西瓜)n人造种子n生物杀虫剂无籽西瓜人造种子医药卫生方面n新的抗菌素、疫苗n免疫学:提高了异体器官移植的成功率,并发现了自体免疫疾病的病因n基因工程菌与基因疗法:胰岛素、干扰素、生长激素、淋巴细胞活素、血纤维蛋白溶解剂、白蛋白、血因子、单克隆抗体、DNA探针等干 扰 素轻工业、食品工业n酶工程:食品、医药、发酵、日用化工、轻纺、制革、水产、木材、造纸、能源、农业、环保等经济部门n发酵
12、工程:酿酒制曲、味精、抗菌素、维生素等溶菌酶的分子模型其他方面其他方面n细菌造雪n细菌保护古建筑n无法假冒的生物笔细 菌 造 雪 美国科学家发现假单胞菌能在寒冷的环境中将水雾凝结成雪花。细菌保护古建筑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。20世纪后叶分子生物学的突破性成就,使生命科学在自然科学中的位置起了革命性的变化,现已聚集起更大的力量,酝酿着更大的突破走向21世纪。生命科学的发展和进步也向数学、物理学、化学、信息、材料及许多工程科学提出了很多新问题、新思路和新挑战,带动了其他学科的发展和提高,生命科学将成为21世纪的带头学科。新世纪的大学生不能没
13、有生物学知识生物学家:大脑 /癌症 /光合作用生物技术专家:基因药物 /作物新品种理工科专业:生物芯片/火星生命/纳米材料社会科学专家:社会伦理 法律/生物技术和人类社会的关系 人:认识自己/认识生命 生命科学的发展需要您的参与!3、学什么 部分内容选学与自学第一章 绪论生物和生命科学第二章 生物的多样性第三章 细胞第四章 生命的基本组成第五章 能量与代谢第六章 呼吸作用能量的释放第七章 光合作用第八章 细胞繁殖和遗传第九章 DNA生命的秘密第十 章 基因表达的调控第十一章 重组DNA技术第十二章 生物技术第十三章 生命的起源和进化第十四章 植物结构功能发育第十五章 动物物结构功能发育第十六章
14、 生态学基础微观与宏观领域相互联系 既见树木 又见森林4 4、如何学习生命科学、如何学习生命科学v兴趣是最好的老师 人人热爱生命 热爱生命而喜爱生命科学 感觉:神秘,神妙,神圣 主动探索v提出问题富于想象 儿童 爱因斯坦 保持天性好奇和经常思考提问 自学v把握生命的层次 个体器官组织 细胞细胞器分子原子 分子生物学;进化 生态 宏观生物学 n 生命科学是实验科学 Loewi 迷走神经 心脏跳动(心脏肌肉收缩)电流刺激 神经系统分泌化学物质作为信号控制和启动肌肉的收缩 复活节“迷走素”乙酰胆碱 诺贝尔奖愿你在学习基础生命科学知识的同时,体验到探索生命奥秘的乐趣!细胞是生物的基本组成单位,新陈代谢
15、、生长和运动是生命的本能,生命通过繁殖而延续,DNA是生物遗传的基本物质,生物具有个体发育和系统进化的历史,生物对环境具有适应性。20世纪后叶分子生物学取得了突破性成就,已经使生命科学在自然科学中的位置起了革命性的变化;解决人类生存与发展所面临的一系列重大问题和挑战,在很大程度上还将依赖于生命科学的发展;一个21世纪的现代大学生(包括非生物学专业的大学生)不能没有现代生命科学的基础知识。本章摘要 “基础生命科学”将简明地阐述生物多样性、细胞、代谢、遗传、分子生物学、进化、发育、生态和生物技术等方面最基本的概念和理论。应该从微观和宏观两个方面把握生命科学的基本概念。注重了解包括基因调控、克隆、重组DNA、生物芯片、人类基因组计划等现代生物学前沿方面的最新进展。培养兴趣,主动探索生命的奥秘,带着问题学习,留出想象的空间,在生物学实验中提高动手能力和解决问题的能力,了解著名科学家的实验设计和研究经历,获得开启生命科学知识创新大门的钥匙。
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