生命科学导论整理

生命科学导论1.生命的特征（1）.物质成分基本相同C、H、O、N、P、S、Ca…..蛋白质、核酸、脂肪、糖类、维生素等多种有机分子蛋白质：由20种氨基酸组成。核酸：由8种核苷酸组成。ATP(三磷酸腺苷)为贮能分子（2）.严密的组织和高度的统一性各种生物编制基因程序的遗传密码是统一DNA--RNA--Protein（3）.新陈代谢，metabolism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）：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。（4）.生长特性，Growth生物体能通过新陈代谢的作用而不断地生长、发育遗传因素起决定性作用外界环境因素也有很大影响（5）遗传和繁殖能力，genetics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。（6）.应激能力，irritability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。（7）.进化2.生命的定义从生物学角度的定义：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”：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，一旦负熵的增加趋近于零，生命将趋向终结，走向死亡。“生命”的完整的、系统的定义：生命的物质基础是蛋白质和核酸;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；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。3.主要的进化学说拉马克进化学说、达尔文自然选择学说、现代综合进化论、中型选择学说。关于生命起源的假说神造论自然发生论宇生论。4.人种的迁徙四种：蒙古利亚人种（Mongloid）或称黄种高加索人种（Caucasoid）或称白种尼格罗人种（Negroid）或称黑种澳大利亚人种（Australoid）或称棕种56几种重要的生命物质有机物遗传信息的存储和传递者——核酸生命信息载体遗传信息的表达者——蛋白质（酶的催化作用、运载和贮存协调动作机械支持免疫保护产生和传递神经冲动生长和分化的控制）生命机器生命过程的催化剂（酶）酶的特点1.催化特点–生物膜的组成，磷脂、胆固醇–储存能量–生物表面的保护层–很好的绝缘体，保温–生物学活性，维生素Va、Vd，激素：前列腺素2.作用特点•只催化热力学允许的反应•只加快反应速度,不改变反应平衡点•对正逆反应催化作用相同•降低反应活化能生物体主要供能物质——糖类（生命活动所需能量来源；重要的中间代谢产物；构成生物大分子；分子识别作用。）生命过程的能源生物体的重要构件和储能物质——脂类（由C、H、O组成，H:O远大于2，不溶于水，能溶于非极性溶剂，类别较多，结构差异很大）功能:生物膜的组成，磷脂、胆固醇储存能量生物表面的保护层很好的绝缘体，保温生物学活性，维生素Va、Vd，激素：前列腺素无机物水(water)—生命的源泉无机盐(mineral)一般以离子状态存在，Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、HPO42-作用：（1）对细胞的渗透压和PH起着重要作用（2）酶的活化因子和调节因子，Mg++,Ca++（3）合成有机物的原料,PO43-合成磷脂、核苷酸（4）动作电位、肌肉收缩等，Na+、K+、Ca2+内环境稳定：PH值生物生存3~8.5，各种生物、各种组织均有适宜的PH范围，细胞中的离子有一定的缓冲能力。6.元素基本元素：C，H，O，N，S，P，Ca等占人体99.35%。其它元素：Na，K，Fe，Mg，Mn，Zn，Cu，Cl，I等数量少，但作用大。如很多金属元素是酶的辅助因子。偶然存在的元素：V、Mo、Li、F、Br、Si、As、Sn、等7.信号传导（signaltransduction）：指信号从一种物理的或化学的形式转化为另一种形式。或指通过一种胞外的信号与受体结合而引发的一系列过程，并最终触发一种或多种特意的细胞应答。细胞信号分子（singnalmolecule）：指任何存在于胞外或胞内可以介导细胞对其外界环境或其他细胞做出应答的分子。第一信使：细胞外信号分子第二信使：指第一信使与受体作用后在胞内最早产生的信号分子。跨膜信号转导过程包括：胞外信号被质膜上的特异性受体蛋白识别，受体被活化;通过胞内信号转导物(蛋白激酶，第二信使等)的相互作用传递信号；信号导致效应物蛋白的活化，引发细胞应答（如激活核内转录因子，调节基因表达）。步骤1.cAMP信号通路（1）细胞外信号结合所诱导的G蛋白的活化（2）G蛋白活化腺苷酸环化酶，合成cAMP（3）cAMP特异地活化cAMP依赖的蛋白激酶（4）被活化的蛋白激酶A（催化亚基）转为进入细胞核，使基因调控蛋白（cAMP应答结合蛋白，CREB）磷酸化，磷酸化的基因调控蛋白与靶基因调控序列结合，增强靶基因的表达。8.G蛋白G-蛋白(G-protein)是一种鸟苷酸结合蛋白，是由α、β和γ三个亚基组成的异三聚体，β和γ亚基总是紧密结合在一起作为一个功能单位GβγG-蛋白介导的信号转导的机制：G-蛋白循环。Gα亚基可分为Gs,Go,Gi,Gq等，其活性可被霍乱毒素（CT）或百日咳毒素（PT）修饰。G-pr的效应物：离子通道、腺苷酸环化酶、磷脂酶C、磷脂酶A2等8.信号分子生物大分子的结构信号：蛋白质、多糖、核酸的结构信息物理信号：电、光、磁化学信号：细胞间通讯的信号分子：激素、神经递质与神经肽、局部化学介导因子、抗体、淋巴因子细胞内通讯的信号分子：cAMP,cGMP,Ca2+,IP3,DG、NO10.受体功能两个功能：1、识别特异的配体；2、把识别和接受的信号准确无误的放大并传递到细胞内部，产生特定的细胞反应。结合特点：1、同一配体可能有两种或两种以上的不同受体；2、配体与受体结合的饱和性受体数目恒定；但是相对的10举例：配体与G蛋白偶联受体结合活化基因表达的过程:(1.配体与G蛋白偶联受体结合激活腺苷环化酶，催化ATP生成cAMP；(2.cAMP活化蛋白激酶PKA；(3.进入细胞核的活化PKA在ATP参与下使cAMP应答元件结合蛋白（CREB）磷酸化；(4.磷酸化的CREB蛋白与含有CRE的靶基因结合，并与CBP/P300相互作用控制基因的转录。11.遗传病及诊断12.常显：HINTINDON舞蹈病家族性高胆固醇血症多指，软骨发育不全，常隐：白化病先天性聋哑先天性高度近视镰刀状贫血性决定：指个体性的基因基础，如XX决定女性，XY决定男性。性分化：指雌性或雄性生殖器官是由个体的基因修饰所决定的。诊断(1）检查特征的异常代谢成份如：镰刀状贫血病血红蛋白血友病凝血因子Ⅷ(2）调查家族病史，以查明遗传病的遗传特征(3）检查异常基因是遗传病确证的关键步骤。限制性内切酶图谱多态性技术（RFLP）技术的应用，使异常基因的检查有可能从研究实验室进入医院。12.遗传病的治疗分为三个层次：（1）生理水平的治疗——对症治疗如：苯丙酮尿症——限制膳食中苯丙氨酸含量白化病——戴帽子和墨镜（2）蛋白质水平治疗，向病人体内补充缺失的蛋白质。如：血友病－－补充凝血因子Ⅷ。有时，补充必要的酶也很起作用。纤维性囊泡化病（CF）是美国白色人种中较为常见的遗传病。病儿从肺、胰腺等处分泌粘液，阻碍呼吸、消化等功能。5岁前可能因呼吸阻碍致死。（3）基因治疗遗传病的根治应该是基因治疗，但是基因治疗的难度很高。1990年第一例基因治疗临床试验使腺苷酸脱氨酶（ADA）基因进入骨髓细胞，再送回病人体内，治疗严重综合免疫缺失症（SCID）获得初步效果。实施基因治疗的必要步骤如下：找到致病基因克隆得到大量与致病基因相应的正常基因采取适当方法把正常基因放回到病人身体内去进入体内的正常基因应正常表达13干细胞的应用细胞或组织移植造血干细胞移植：造血干细胞来自骨髓或新生儿脐带血神经干细胞移植：帕金森综合症定向分化干细胞移植:治疗所有组织坏死性或退行性疾病14.基因工程的概念geneticengineering又称为重组DNA技术，指将某些特定的基因或DNA片断，通过载体或其它手段送入受体细胞，使它们在受体细胞中增殖并表达的一种遗传学操作。目的:是生产出符合人类需要的产品或创造出生物的新性状，并能稳定遗传。重要特征：1、可把来自任何生物的基因转移到与其毫无关系的任何其他受体细胞中，可以任意改造生物的遗传特性，创造出生物的新性状.2、某一段DNA可在受体细胞内进行复制，为制备大量纯化的DNA片段提供了可能15.基因工程技术路线1、DNA片段的取得（目的基因的分离和制备）(1、从基因所在的生物体直接取得限制性内切酶（restrictionenzymes）2、人工合成DNA片段（DNA合成仪）3、PCR反应合成DNA4、mRNA反转录成cDNA5、用机械的方法超声波、)2、DNA片段和载体的连接——重组体DNA3、外源DNA片段(重组体DNA)引入受体细胞——基因克隆和基因文库4、选择基因（目的基因）分子杂交（molecularhybridization）：基因序列遗传学方法：性能免疫学方法：蛋白质探针（probes）:根据所需基因的核苷酸顺序制成一段与之互补的核苷酸短链，并用同位素标记合成，蛋白质——核苷酸顺序mRNA——cDNA原位分子杂交5、目的基因表达基因工程技术路线216.应用生命科学基础理论研究中的应用农林牧副渔中的应用1.增加农作物产品的营养价值，2.提高农作物抗逆性能如：抗病虫害、抗旱、抗涝、抗除草剂等性能。3.提高光合作用效率将是提高农作物产量的一个有效方法。4.生物固氮的基因工程。若能把禾谷等非豆科植物转变为能同根瘤菌共生，或具固氮能力，将代替无数个氮肥厂。5.增加植物次生代谢产物产率。植物次生代谢产物构成全世界药物原料的25%，如治疗疟疾的奎宁、治疗白血病的长春新碱、治疗高血压的东莨菪碱、作为麻醉剂的吗啡等。6.运用转基因动物的技术，可培育畜牧业新品种。工业中的应用啤酒酿造、白酒和黄酒的酿造和酒精生产、干酪、“吃油”工程菌、纤维素酶在医学中的应用1.基因工程用于生产蛋白质类药物。2基因工程用于疫苗生产3基因工程用于基因治疗.负面效应1、伦理2、不可预见性危害17.癌细胞[1]是一种变异的细胞，是产生癌症的病源，癌细胞与正常细胞不同，有无限增殖、可转化和易转移三大特点，能够无限增殖并破坏正常的细胞组织。因此难以消灭。18人类进化阶段早期猿人（200万年前左右）非洲“能人”晚期猿人（24~150万年前）直立人、猿人亚洲中部和南部，非洲东部和西北部，欧洲西部，早期智人（4~25万年前）远古智人、古人亚洲、非洲和欧洲晚期智人（4~5万年前）现代智人、新人全球各地19.细胞细胞分化：发育过程中，细胞后代在形态、结构和功能上发生差异的过程称为细胞分化。衰老的理论：细胞核的遗传控制自由基理论端粒DNA序列的缩短