1、第一章 走近生命科学第一节 走进生命科学的世纪一生命科学发展简史1生命科学发展阶段（1）描述法和比较法生物学阶段我国古代：诗经诗歌总集；贾思勰齐民要素农书；李时珍本草纲目药书。国外：17 世纪显微镜的发明，生物研究进入细胞水平；18 世纪瑞典林耐的“生物分类法则” ；1838-1839 年德国施莱登和施旺“细胞学说” ；1859 年英国达尔文物种起源的“进化论”（2）实验法生物学阶段遗传学奠基人孟德尔的豌豆杂交试验摩尔根的果蝇实验进一步揭示遗传机制(伴性遗传)（3）分子生物学阶段微观领域：1944 年艾弗里证明 DNA 是遗传物质1953 年沃森和克里克建立 DNA 双螺旋结构的分子模型，生物
2、研究进入分子水平核酸领域：我国科学家人工合成结晶牛胰岛素和酵母丙氨酸转移核糖核酸。2当代生命科学的发展方向微观领域的方向分子生物学宏观领域的方向生态学3当代生命科学研究的重大成果1997 年克隆羊“多利”人类采用高度分化的体细胞克隆动物的重大突破成功分离人体胚胎干细胞世界十大科学成就之首2003 年完成人体基因组计划生命科学的“阿波罗登月计划”(用于人类疾病的基因诊断、治疗)水稻基因组计划二展望生命科学新世纪后基因组学、转基因技术、基因治疗、生物多样性保护、脑科学。三生命科学的定义生命科学是以生命为研究对象的科学和技术的总称，它是研究生命活动及其规律的科学，并涉及到医学、农学、健康、环境等领域
3、。第二节 走进生命科学实验室一生命科学探究的基本步骤1基本步骤学习或生活实践提出疑问提出假设设计实验实施实验分析数据得出结论解答疑问新的疑问进一步探究。2实验设计的原则（1）等量原则；（2）单一变量原则；（3）设置对照原则；（4）可操作性原则；（5）平行重复原则；（6）随机性原则。二显微镜的使用三本节例题11882 年，荷兰医生艾克曼率领一支医疗队到达荷属东印度。艾克曼注意到脚气病在当地人群中蔓延。艾克曼开始研究病因，最初，他根据疾病的突发性，认为脚气病可能是一种传染病，却一直没有找到可能引起脚气病的病原菌。1890 年，他的实验鸡群中爆发了多发性神经炎，症状与脚气病相似，得病的鸡出现痉挛，颈
4、部间后弯曲，但仍然没有找到致病微生物。而一位饲养员用米糠代替精米，所喂养的鸡只只都很健康。这一现象引起艾克曼的注意，他意识到脚气病可能是一种营养缺乏病，米糠中可能含有治疗脚气病的因子。艾克曼把鸡分成两组，进行胃饲实验。l897 年，艾克曼终于证明实验鸡群的多发性神经炎是由精米喂养引起，加入米糠即可治愈。他也用米糠治愈了所有求诊的脚气病病人。后来两位科学家从米糠中分离出这种营养因素即维生素 B1或称硫胺素。（1）艾克曼把鸡分成两组，分别是实验组和对照组。（2）从维生素 B 的发现得出生命科学探究的一般步骤是：提出疑问，提出假设，设计实验，实施实验，分析数据，得出结论。【解析】实验设计的原则之一是
5、设置对照，所以分成实验组和对照组。实验组也可以根据具体情况再分组。实验 1.1 细胞的观察和测量一实验目的学会高倍显微镜的使用和显微测微尺的使用。二实验原理应用显微镜的成像原理，同时借助显微镜的物镜测微尺和目镜测微尺，两尺配合使用，进行测量和运算，得出细胞的大小。三实验过程1低倍镜观察：对光规范地安放玻片调焦低倍镜观察。2高倍镜的使用：在高倍镜下观察细胞，首先必须在低倍镜下调整焦距使物像达到最清晰，并把要进一步放大的物像移到视野的正中央。转动转换器，使高倍镜到位。在转动时，两眼要从显微镜侧面注意观察，避免镜头与玻片相碰。在高倍镜下观察细胞应使用细调节器，绝不可以用粗调节器，避免镜头压碎玻片。3
6、放大倍数=目镜的放大倍数物镜的放大倍数。4显微测微尺的使用（1）将物镜测微尺有刻度的一面朝上放在载物台上夹好，使测微尺刻度位于视野中央。调焦至看清物镜测微尺的刻度。（2）小心移动物镜测微尺和目镜测微尺(如目镜测微尺刻度模糊，可转动目镜上透镜进行调焦，使两尺左边的“0”点一直线重合，然后由左向右找出两尺另一重合的直线。（3）记录两条重合线间目镜测微尺和物镜测微尺的格数。按照下式计算目镜测微尺每格的长度等于多少 m。若 物镜测微尺每格长度=l0m。则 目镜测微尺每格的长度(m)=物镜测微尺的格数/目镜测微尺的格数10。例如：目镜测微尺 20 小格等于镜台测微尺 3 小格，已知镜台测微尺每格 10m
7、 ，则3 小格的宽度为 310=30m，那么相应地在目镜测微尺上每小格大小为：31020=1.5m。四注意事项1镜检时，如有必要使镜筒倾斜，须注意倾斜角度不能超过 45，以免由于整个镜体重心不稳而翻倒。2转动调节器时，不要用力过猛，以防机件损坏。本章小结1生命科学是研究生命活动及其规律的科学，是与我们的生存有着密切关系的一门基础科学。它涉及到种植业、畜牧业、渔业、食品加工业、医学、制药、环境保护等方面，关系到人类生活的各个领域。2在生命科学发展的早期，主要是采用描述法和比较法进行生物体形态结构特征的观察和记录。随着生命科学、物理学、化学和数学的发展和相互渗透，实验法逐渐成为生命科学主要研究手段
8、。317 世纪显微镜的发明，使生命科学的研究进入到细胞水平。1953 年 DNA 双螺旋结构分子模型的建立，将生命科学的研究深入到分子水平，并为现代生物技术的形成和发展奠定了基础。421 世纪将是生命科学突飞猛进的时代，它面临的重大课题有后基因组学、基因治疗和转基因技术、生物多样性保护和脑科学研究等。它将对人类和社会经济的发展产生决定性的影响。5生命科学的探究过程源自问题的提出，为了解决问题，可以提出多种假设，用观察、调查和实验来检验假设是否正确，从而获得新的发现和新的理论。在探究过程中，还可能提出更多的问题，激发进一步探究。查阅与问题相关的文献资料，有助于假设的提出和实验的设计。6从总体上看
9、，当代生物科学主要朝着微观和宏观两个方面发展：在微观方面，生物学已经从细胞水平进入到分子水平去探索生命的本质；在宏观方面，生态学逐渐兴起并取得了巨大发展。第二章 生命的物质基础第一节 生物体中的无机化合物一水1含量：是鲜细胞中含量最多的无机化合物，在人和哺乳动物中含量为 70%。不同生物的含水量不同，不同的生长发育阶段含水量不同，代谢旺盛的器官含水量高。2存在形式：（1）结合水(4.5%)；（2）自由水。3生理功能结合水：与其他大分子物质一起构成细胞的组成成分。自由水：（1）自由水是细胞中的良好溶剂；（2）参与各种反应；（3）参与运输养料和废物；（4）维持体温恒定；（5）维持细胞形态。4人体缺
10、乏表现：（1）缺水 10%，生理紊乱；（2）缺水 20%，生命停止。二无机盐1含量：是生物体中含量最少的化合物，仅占细胞干重的 1%。2存在形式：大多以离子状态存在，少数以化合物形式存在。3生理功能（1）参与组成生物体内的重要化合物。如：血红蛋白：Fe 2+、骨骼：Ca 2+(缺钙，肌肉抽搐、骨质疏松、小孩会患佝偻病)、PO 43是磷脂的组成成分、Mg 是植物叶绿素的必需成分、Zn是多种酶的组成元素、I 是甲状腺素的原料。（2）参与生物体的代谢活动。（3）调节机体的渗透压和酸碱平衡。（4）维持细胞的形态和功能第二节 生物体中的有机化合物一糖类1概念：符合化学通式 Cm(H2O)n，俗称碳水化合
11、物。( m， n3)， m， n 可以不相等。组成元素 C、H、O。2作用（1）维持生命活动所需能量的主要来源；（2）组成生物体结构的基本原料。3种类种类 分布 功能核糖(C 5H10O5) 细胞中都有 组成 RNA 的成分戊糖 脱氧核糖(C5H10O4) 细胞中都有 组成 DNA 的成分葡萄糖(C 6H12O6) 细胞中都有 主要的能源物质果糖(C 6H12O6) 植物细胞中 提供能量单糖：不能水解的最简单的糖 己糖半乳糖(C 6H12O6) 动物细胞中 提供能量麦芽糖(C 12H22O11) 发芽的种子含量 丰富 提供能量蔗糖(C 12H22O11) 甘蔗甜菜含量丰 富 提供能量双糖：由两
12、分子单糖经脱水缩合而成的糖 乳糖(C 12H22O11) 动物乳汁含量丰富 提供能量淀粉(CH 2O)n 叶绿体、块根、块茎、种子中 储存能量纤维素(CH 2O)n 植物细胞的细胞 壁 支持保护细胞肝糖原 动物的肝脏中 储存能量，调节 血糖多糖：由许多个葡萄糖经脱水缩合而成的糖糖原(CH2O)n 肌糖原动物的肌肉组织中 储存能量4其他多糖物质：多糖+脂质=糖脂 多糖+蛋白质=糖蛋白二脂质：俗称脂类物质。1化学性质：不溶于水，易溶于有机溶剂。2种类（1）脂肪(甘油三酯)：组成元素 C、H、O。基本成分：甘油和脂肪酸。甘油：脂肪分子中碳与碳之间由双键连接，即含不饱和脂肪酸，室温时呈液态，称为(植物
13、)油。植物油为脂溶性维生素的溶剂。脂肪酸：脂肪分子中碳与碳之间均以单键连接，即只含饱和脂肪酸，室温时呈固态，称为(动物)脂。作用：生物体主要储能物质；减少内脏器官之间的摩擦；缓冲外界打击；减少热量损失；维持体温恒定。（2）磷脂：组成元素 C、H、O、N、P。结构：由亲水的头部和疏水的尾部组成极性分子。功能：组成细胞膜结构的双分子层。种类：卵磷脂和脑磷脂。（3）胆固醇：含量：正常人体含 l50g。分布：全身各组织中，以脑及神经组织中最为丰富，在内脏和皮下脂肪的含量也高。功能：组成细胞膜结构的重要成分；机体生成激素(性激素、肾上腺皮质激素)和维生素 D 的原料。血液胆固醇偏高与心血管疾病发生明显相
14、关。三蛋白质1概念以氨基酸为基本单位，由一条或者多条多肽链构成的大分子化合物。是生物体中含量最多的有机物(干重占 50%)。氨基酸有 20 种，其中 8 种是必需氨基酸，须从食物中获得。2基本组成单位：氨基酸。组成元素 C、H、O、N。（1）共同特点：在与羧基(COOH)相连的 C 原子上同时连有一个氨基(NH 2)。RNH2 COOHHC（2）不同之处：侧链所连接 R 基团不同，代表不同的氨基酸种类。3化学结构（1）肽键(CONH)：一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸的羧基脱去一分子水缩合形成的化学键。在由一条多肽链组成的蛋白质分子中，如果分子中一共有 M 个氨基酸组成，则分子中：肽键数=脱下的
15、水分子数=M1。在由 N 条多肽链组成的蛋白质分子中，如果分子中一共有 M 个氨基酸组成，则分子中：肽键数=脱下的水分子数=MN。蛋白质的分子量=氨基酸个数平均分子量脱下的水分子数18（2）肽链：氨基酸通过肽键连接而成的链状结构。肽链不是直线结构，而是折叠或螺旋成一定的空间结构。（3）多肽：由 3 个以上氨基酸残基连成的肽链，3 个组成就是三肽，4 个组成就是四肽，n 个氨基酸组成就是 n 肽。（4）自由氨基和自由羧基：每条多肽链的一端至少有 1 个自由氨基(N 端)，另一端至少有一个自由羧基(C 端)。4蛋白质多样性的原因：20 种氨基酸的种类、数目、排列顺序及多肽链的空间结构(功能多样性的
16、主因)。5功能（1）机体构造的主要成分(结构物质)。（2）酶、抗体、激素(胰岛素、生长素)、血红蛋白等的必需原料(调节物质)。（3）分解供能占日需总能的 10%15%(能源物质)。四核酸1定义：细胞内携带遗传信息的物质。组成单位：核苷酸，组成元素 C、H、O、N、P。2分类脱氧核糖核酸(DNA) 核糖核酸(RNA)结构 规则的双螺旋结构 单链结构组成基本单位 脱氧核苷酸 核糖核苷酸嘌呤 腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G) 腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)碱基嘧啶 胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T) 胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U)五碳糖 脱氧核糖 核糖无机酸 磷酸 磷酸分布 主要存在于细胞核 主要存在于细胞质3作用：核
17、酸是一切生物体(包括病毒)的遗传物质，对于生物体的遗传变异和蛋白质的生物合成有极其重要的作用。五维生素1概念：是生物生长和代谢必需的微量有机化合物。2特点：需要量极少，但不能缺乏。膳食多样化是避免缺乏症的合理方法。3分类：根据溶解特性划分。（1）脂溶性维生素：A(夜盲症)、D(软骨病、佝偻病)、E、K 溶解于脂肪，不溶于水，与脂肪一起被淋巴组织吸收后，可在体内储存。（2）水溶性维生素：B 族(B 1和 B6) (皮炎、神经炎)、C(坏血症)溶解于水，不溶于脂肪，直接吸收进入血液中，吸收后很少储存，过多的则由尿液排出。实验 2.1 食物中的主要营养成分的鉴定一实验目的学会植物组织中还原性糖，脂肪
18、和蛋白质的鉴定。二实验原理某些化学试剂能够使生物组织中有关有机物产生特定颜色反应。可以根据特定的颜色反应，鉴定生物组织中还原性糖，脂肪和蛋白质的存在。三实验过程1预备实验材料 方法与试剂 现象 结论1%淀粉糊 在试管中加 1%淀粉糊(多糖)2mL，滴加碘液 2 滴 蓝色淀粉糊中有大量淀粉存在(多糖鉴定法)1%葡萄糖溶液在试管中加葡萄糖溶液 2mL，滴加 2 滴班氏试剂，均匀加热至沸腾砖红色葡萄糖属于还原性糖(还原性糖鉴定法)10%鸡蛋清溶液在试管中加鸡蛋清溶液 2mL，然后加入 2mL 5% NaOH 溶液震荡，再滴加 23 滴 1% CuSO4溶液(5% NaOH+ l% CuSO4称为双缩
19、脲试剂)紫色蛋清中含有蛋白质(蛋白质鉴定法)植物油 在试管中加植物油 2mL，逐步滴加苏丹染液几滴 橘红 色 植物油属于脂肪(脂肪鉴定法)2正式实验（1）梨果肉薄片+班氏试剂(均匀加热)红黄色沉淀；（2）花生仁子叶薄片+苏丹染液橘红色；（3）含有蛋白质的材料与双缩脲试剂产生紫色反应。四注意事项1还原性糖的鉴定：预备实验时，加热试管中的溶液，应使用试管夹夹住试管上部，并放入盛有开水的大烧杯中水浴加热。2脂肪的鉴定：切片时刀口要向内，同时注意不要伤着自己和他人。3蛋白质的鉴定：使用双缩脲试剂时，应先加 NaOH 溶液，造成碱性环境，再加 CuSO4溶液，且 CuSO4溶液不能多加，否则 CuSO4
20、的蓝色将遮盖颜色反应的真实结果。本章小结1水是维持生命活动的重要物质，它是生物化学反应的介质，并具有运送物质、参与代谢、调节体温、保持体温恒定的作用。细胞中水的存在形式有自由水和结合水两种，其中含量最多的形式的主要作用是细胞内的良好溶剂，细胞内许多生化反应必须有水的参与，运输营养物质和代谢废物。2无机盐大多数以离子形式存在于生物体内，其含量虽然很少，但它们却是调节生理机能不可缺少的物质。重要作用：有些无机盐是细胞内某些复杂化合物的组成成分，如 Fe 是血红蛋白的主要成分，Mg 是叶绿素分子必需的成分；许多无机盐离子对于生物体的代谢(生命)活动有重要作用，如血液中 Ca2+含量太低就会出现抽搐现
21、象；无机盐对于维持细胞的内环境的稳定(酸碱平衡)也很重要。3蛋白质是由氨基酸组成的生物大分子化合物。氨基酸与氨基酸之间以肽键相连接形成肽链，氨基酸的数目、种类、排列顺序决定了肽链的多样性。蛋白质的空间结构是其功能多样性的基础。蛋白质不但是生物体的结构物质，而且在生理活动中起调节作用。蛋白质在细胞中的含量只比水少，占细胞干重的 50%以上其基本组成单位是氨基酸，大约有 20 种，在结构上都符合结构通式。氨基酸分子间以脱水缩合的方式互相结合形成多肽，再加工成有特定空间的蛋白质。10 个氨基酸构成 1 条多肽链，脱 9 份水，形成 9 个肽键。由多个氨基酸分子缩合而成的化合物称为多肽，其通常呈链状结
22、构，称为肽链。4糖类是细胞的主要能源物质，糖类的通式是(CH 2O)n。糖类可分为单糖双糖和多糖等几类。葡萄糖、核糖、脱氧核糖、果糖和半乳糖属于单糖，葡萄糖是细胞的主要能源物质，核糖一般不作为能源物质，它们是核酸的组成成分；双糖中蔗糖和麦芽糖是植物糖，乳糖是动物糖；多糖中糖原是动物体内的多糖物质，为动物体内的能源和结构物质。淀粉和纤维素是植物体内的主要多糖物质，淀粉和糖原是细胞中重要的储能物质。动植物共有的是葡萄糖，核糖，脱氧核糖形式，其中核糖和脱氧核糖分别主要位于细胞的 DNA 和 RNA。5核酸是由核苷酸为单体组成的生物大分子化合物。核酸有两种，一种为脱氧核糖核酸(DNA)，一种为核糖核酸
23、(RNA)。它们的基本组成单位分别是脱氧核苷酸和核糖核苷酸。核酸是遗传信息的载体。基本单位核苷酸，由一分子磷酸一分子含氮碱基和一分子五碳糖组成。脱氧核糖核酸简称 DNA，主要存在于细胞核中。核糖核酸简称 RNA，主要存在于细胞质中。6脂类主要是由 C、H、O 三种化学元素组成。脂质可分为脂肪、类脂和固醇，后者包括胆固醇、性激素和 VD，主要是对维持正常的新陈代谢和生殖过程等生命活动起重要调节作用。脂肪、磷脂和胆固醇是最常见的脂质。脂肪由甘油和脂肪酸构成，是生物体内的能量储存的重要形式；磷脂分子结构中有亲水性头部和疏水性尾部，是构成细胞膜的主要成分；胆固醇是组成细胞膜结构的重要成分之一，也是许多激素的重要组成部分。7维生素是生物生长和代谢所必需的微量有机物，按其溶解特性可分为脂溶性维生素和水溶性维生素两大类。
