現代科學技術基礎

1、第3章 生命的本質與人類智力的起源地球上有100多萬種動物，30多萬種植物和10多萬種微生物。從生命物質的微觀構成的一致性上去尋求生命的定義。生命是由核酸與蛋白質組成的具有自我更新和自我復制能力的多分子體系。細胞是生命的基石；生命的物質基礎是蛋白質與核酸。1、 細胞細胞是生命的基石。細胞是生命體的基本結構單位，復雜的高等動物和植物是由很多細胞構成的，而簡單的低級動物和植物則由單個細胞構成。細胞還是生命體的基本功能單位，生命體的一切生命現象都是通過細胞來體現的。生命的新陳代謝是細胞中物質的交換和能量的轉化構成的，細胞的生長、繁殖和分化導致了生命體的生長發(fā)育。核酸（核苷酸）細胞是由分子構成的。細胞

2、中有核酸和蛋白質兩種生物分子，這兩種生物分子結構復雜、分子量巨大，通常被稱為生物大分子。它們決定了細胞的基本特性，是生命的物質基礎。各種生命活動的進行，各種生命特征的體現，都與核酸和蛋白質的功能密切相關。細胞蛋白質（氨基酸）2、 蛋白質蛋白質是一種復雜的、分子量巨大的高分子有機化合物，它的組成成分主要為氨基酸，它是生物體活動的物質基礎，具有催化作用的酶、免疫功能的抗體，其運輸作用的血液蛋白，有運動功能的肌肉蛋白、生物模蛋白、某些激素和毒素等都是蛋白質。蛋白質由一個或幾個多肽鏈組成。每個多肽鏈是一個聚合體。蛋白質的順序就存在于核酸分子的這些核苷酸的順序中。蛋白質具有極其多樣性的特點，能擔負各種各

3、樣的功能，形成千差萬別的生物。1. 蛋白質的分子組成蛋白質是維持生命過程的重要物質，組成蛋白質的化學元素有碳、氫氧、氮、硫等，有的蛋白質還含有微量的鐵和碘。蛋白質的組成成分主要為氨基酸，因此，氨基酸是組成蛋白質的基本單位。氨基酸主要是由碳、氫、氧、氮四種元素所組成，個別的還含有硫。組成蛋白質的氨基酸有20多種。但共同點都是含氨基的有機酸。氨基酸是兩性化合物。由氨基酸構成的蛋白質也呈兩極化合物的性質。氨基酸又一重要性質是氨基酸分子中的氨基（NH）在機體內經酶的作用，可以變?yōu)榘保∟H），這是氨基酸在體內代謝作用的第一步。多種氨基酸中，有種是人體不能制造的，非得從食物中補充不可，稱為必需氨基酸。它們

4、是蘇氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸、色氨酸、氨酸、甲硫氨酸（蛋氨酸）、亮氨酸和異亮氨酸。必需氨基酸對人體的生命活動來說，是重要的生活物質。. 蛋白質的分子結構蛋白質分子是由大量氨基酸組成的大分子。. 蛋白質的種類及其基本生理功能蛋白質的種類按照組成成分分為單純蛋白（如清蛋白、球蛋白、組蛋白）和組合蛋白。結合蛋白是其蛋白質分子中除了含有氨基酸這一成分外，還有輔基。輔基可以是糖類、脂類、磷類、核酸等。輔基為脂類的結合蛋白稱為脂蛋白；輔基為色素的結合蛋白稱色蛋白；輔基為磷酸的稱磷蛋白；輔基為核酸的稱核蛋白。生物體中的蛋白質大都屬于結合蛋白，而結合蛋白中核蛋白最為重要，在生物體生命活動中起著極其重要的作用，細

5、胞核內含量最多。蛋白質是重要的生命活動物質，除了它是組成生物的主要成分以外，還有一些基本的生理功能。作為特殊的蛋白質的酶，可以催化生物體內各種復雜的化學反應。（葉綠蛋白、血紅蛋白、肌紅蛋白、肌動蛋白、肌球蛋白、激素屬于蛋白質、抗體、受體、膠元纖維蛋白）球蛋白（分子似球形，較易溶解血液的血紅蛋白、豆類球形蛋白）根據蛋白質分子的形狀，將蛋白質分為球蛋白和纖維蛋白。蛋白質纖維蛋白（形狀似纖維，不溶于水，如角蛋白、絲蛋白和膠原蛋白）3、 核酸核酸是一種復雜的、分子量巨大的高分子有機化合物，它的組成成分主要為核苷酸，它是生物體遺傳的物質基礎。它對生物的生長、遺傳、變異等現象起著重要的決定作用。核酸可分為

6、脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）兩類。DNA的核苷酸上的堿基是：腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）RNA的核苷酸上的堿基是：腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、尿嘧啶（U）、胞嘧啶（C）最早揭示DNA分子結構的是沃森和克里克。. 核算的組成成分核酸是一種復雜的高分子有機化合物，核酸是單核苷酸的聚合物，組成核酸的單核苷酸是由五碳單糖、堿基和磷酸三部分組成。五碳糖有核糖和脫氧核糖兩種。堿基分嘌呤和嘧啶兩大類，嘌呤是雙環(huán)化合物，嘧啶是單環(huán)化合物。嘌呤中有腺嘌呤和鳥嘌呤；嘧啶中有胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶。組成核糖核酸（RNA）的核苷酸有四種，即腺嘌呤核苷酸（ANP）、鳥嘌呤核苷

7、酸（CMP）、胞嘧啶核苷酸（CMP）和尿嘧啶核苷酸（UMP）。同樣，組成脫氧核糖核酸（DNA）的核苷酸也有四種，即腺嘌呤脫氧核苷酸（DAMP）、鳥嘌呤脫氧核苷酸（DGMP）、胞嘧啶脫氧核苷酸（DCMP）和胸腺嘧啶脫氧核苷酸（DTMP）。一個核酸分子是由許多核苷酸（單體）通過一個核苷酸的戊糖與另一個核苷酸的磷酸聚合串聯成為長鏈。所以核酸的分子又稱為多核苷酸。核苷酸之間借C和C間的磷酸二酯鍵連接起來的高分子化合物就是核酸。. DNA的分子結構遺傳信息就蘊藏在DNA分子上許多堿基排列的順序中。一個DNA分子上部分結構發(fā)生不變化，就意味遺傳信息的改變。DNA分布與細胞中的位置，可以因生物的種類而不同，

8、病毒（包含噬菌體）位于病毒的核心部分；細菌位于分散的染色體中；動、植物細胞均位于細胞核中；線粒體和葉綠體含有少量的DNA。3. RNA的種類及其功能RNA有三種，它們基本上是單鏈，一種叫信使核糖核酸（MRNA）、一種叫轉移核糖核酸（TRNA）和另一種叫核糖體核糖核酸（RRNA）。信使核糖核酸（MRNA）是攜帶DNA分子給予的遺傳信息（堿基的不同排列次序）來排列細胞之中的RNA，是作為蛋白質合成的模版。轉移核糖核酸（TRNA）的功能是擔負著蛋白質合成過程中氨基酸運輸功能，不同的轉移核糖核酸（TRNA）可以運輸不同的氨基酸。核糖體核糖核酸（RRNA）不能單獨存在，而是和蛋白質結合形成核糖體。核糖體

9、又稱核糖核蛋白體，是蛋白質合成的場所。核酸和蛋白質同是最重要的生命物質，它們都是細胞內的生命物質體系的主體，核酸（DNA）是細胞和的分子基礎。原生質作為生命的分子基礎，就是糖類、脂類和無機物（無機鹽和水），成為“生活物質”。第2節(jié) 生命的本質20世紀50年代，沃森和克里克提出了DNA的雙螺旋模型，宣告了一個富有生命力的新學科分子生物學的誕生。生命現象的本質特征是核酸和蛋白質化學成分的自我更新，生命現象最本質的內容是生物大分子的自我復制和生命體的自我組織。生物體內化學組成的自我更新，即生物體的新陳代謝，它包括同化作用與異化作用兩個過程。同化作用：生物體從食物中攝取養(yǎng)料轉化成自身的組織物質，是貯存

10、能量的過程，稱為同化作用（或稱“組成代謝”）。異化作用：生物體將自身的組成物質分解以釋放能量或排出體外，成為異化作用（或稱“分解代謝”）。生物體內部大分子的自我復制是生命物質另一個重要特征。在生物體內，有一個DNA的復制酶系統，在它的作用下，以一條DNA的正鏈作為模板，以脫氧核苷三磷酸為原料，根據堿基配對規(guī)律，在模版上面聚合成與正鏈互補的負鏈；同樣以一條負鏈為模版合成了正鏈。這樣一個DNA分子就變成兩個一模一樣的DNA分子。這種自我復制的特點是從分子水平上考察的。從細胞水平來看，表現為細胞分裂；從個體水平來看，表現為個體增值。因此，以所有的生物共同具有的“自我復制”來標志這一特征，具有更一般的

11、意義。1、 生物大分子的自我復制. DNA的復制遺傳物質DNA一方面通過自我復制傳遞遺傳信息，另一方面在后代的個體發(fā)育中，使遺傳信息得以表達，從而使后代表現出與親代相似的形狀（形態(tài)特征和生理特性等）。生物大分子DNA的自我復制機制是世紀最令人振奮的科學發(fā)現之一。DNA分子的復制是指以親代DNA分子為樣板（生物學上稱“模板”）來合成子代DNA的過程。DNA分子是邊解旋邊復制的。DNA分子利用細胞提供的能量，在解旋酶的作用下，按照堿基互補配對原則，合成出與母鏈互補的子鏈。新合成的子鏈不斷地延伸，同時每條子鏈與對應的母鏈相互盤繞成螺旋結構，形成一個新的DNA分子。這樣，一個DNA分子就變成兩個完全相

12、同的DNA分子。由此可見，DNA復制時需要模版、原料、能量和酶等基本條件。從復制過程還可以看出，DNA分子獨特的雙螺旋結構為復制DNA提供了精確的模版，而堿基互補配對能力保證了復制能夠準確無誤地完成。遺傳信息，就是依靠DNA的復制過程進行傳遞的。2. 基因與人類基因組基因在遺傳過程中決定著特定蛋白質的化學組成，即基因的功能是對蛋白質編碼。每個DNA分子含有很多基因，這些基因按一定順序排列，就成為制造蛋白質的圖紙和指揮復制的命令。現代遺傳學認為，基因是控制生物性壯的遺傳物質的功能單位和結構單位，是有遺傳效應的DNA片段，每個基因中可以含有成百上千個脫氧核苷酸。一種生命體的生長基因叫做這種生命體的

13、基因組，人類基因組（即編碼在螺旋形DNA里的全部遺傳信息）大約由30億個核苷酸組成，其信息量約為120億比特，可以編碼20萬種蛋白質。不同的基因，堿基排列順序不同。人類的基因組數目約為3.4萬至3.5萬個，2003年，由美、英、日、法、德和中國科學家共同完成了人類基因組序列圖繪制工作?；蛞辉~來自希臘語，意思為“生”。（遺傳因子）是遺傳的物質基礎，是指攜帶有遺傳信息的DNA序列，是控制性狀的基本遺傳單位亦即一段具有功能性的DNA序列?；蛲ㄟ^指導蛋白質的合成來表達自己所攜帶的遺傳信息，從而控制生物個體的性狀表現。3.蛋白質合成的控制基因控制蛋白質合成的過程，包括“轉錄”和“翻譯”兩個重要步驟：

14、轉錄過程是在細胞核內進行的，它是以DNA的一條鏈為模版，按照堿基互補配對原則，合襯RNA的過程。由于RNA沒有堿基T（胸腺嘧啶），而有堿基U（尿嘧啶），因此在合成RNA時，就以U（尿嘧啶）代替T（胸腺嘧啶）與A（腺嘌呤）配對。轉錄的方法可以表示如下：DNA的核苷酸上的堿基是：腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）RNA的核苷酸上的堿基是：腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、尿嘧啶（U）、胞嘧啶（C）可見，通過轉錄，DNA的遺傳信息就傳遞到RNA上，這種RNA叫做信使RNA（MRNA）。翻譯是在細胞質中進行的，它是指以信使RNA為模版，合成具有一定氨基酸順序的蛋白質的過程。信使RNA形

15、成以后，就從細胞核中出來，進入細胞質，與核糖體結合起來。核糖體是細胞內將氨基酸合成蛋白質的場所。氨基酸是通過轉移RNA（TRNA）被送到核糖體中的信使RNA上去的。每種轉移RNA的一端都有三個堿基，這三個堿基能與信使RNA的堿基相配對。轉移RNA的另一端是攜帶氨基酸的部位，一種轉移RNA只能運轉一種特定的氨基酸。當轉移RNA運載著氨基酸進入核糖體以后，就以信使RNA為模版，把氨基酸一個個連接起來，合成為具有一定氨基酸順序的蛋白質。在細胞核內，子代以DNA為模版合成信使RNA。通過轉錄，DNA的遺傳信息就傳遞到了信使RNA上，信使RNA從細胞核進入細胞質，在細胞質中再以信使RNA為模版，以轉移R

16、NA為運載工具，使氨基酸在核糖體中按照一定的順序排列起來，合成了與親代一樣的蛋白質，從而顯示出與親代一樣的性狀，完成了遺傳過程。這種遺傳信息從DNA傳遞給RNA，再從RNA傳遞給蛋白質的轉錄和翻譯的過程，以及遺傳信息從DNA傳遞給DNA的復制過程，就叫“中心法則”。RNA在這里起一種載體作用，它把DNA攜帶的遺傳信息從細胞核傳遞到細胞質中去。. 遺傳密碼遺傳密碼是大自然最偉大的創(chuàng)造之一。在中心法則里，DNA決定RNA的性質是遵循著堿基互補配對原則的。RNA如何決定蛋白質性質：RNA再編碼核糖體對信使RNA所做的重新解釋被命名RNA再編碼。RNA的核苷酸上的堿基是：腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、尿

17、嘧啶（U）、胞嘧啶（C）2、 生命世界的自組織核酸和蛋白質等生命物質構成細胞，各種細胞構成不同的組織，組織構成器官，器官構成系統，系統構成整個生命體，這些層次結構都是按照特定規(guī)律和方式自發(fā)組織而成的有序結構。生命現象是個維持高度有序結構的過程。這種自發(fā)組織形成的有序結構的過程叫做“自組織”。自組織是自然界普遍存在的現象，宇宙起源、天體形成與演化、元素起源、分子構成、生命起源、物種形成乃至生物的系統發(fā)育，基本上都是自組織過程。自組織是生命世界的一個重要特征。一切生命物質在一定空間和時間內有一定的穩(wěn)定性，但隨著環(huán)境條件變化會變得不穩(wěn)定，不過隨著物質的重調整分配又會建立新的平衡態(tài)。這個過程本省的實際進展也是自組織過程。這種自組織過程在生命世界是普遍存在的。達爾文在1859年發(fā)表了震動科學界和整個社