科目生物学

1科目：生物學學分數：2學分一學年任課教師：鄭成教科書：生物學歐亞書局教學方式：講義及課本評量方式：平時成績40%期中考30%期末考30%平時考次數約6~8次教學進度：1.探索生命2.生命的化學基礎3.細胞分子4.細胞之遊5.作工中的細胞6.細胞如何產生化學能7.光合作用8.以細胞為基礎的複製與遺傳9.遺傳模式10.基因的分子生物學11.基因表現的調控12.DNA技術及基因組學16.原核與原生生物20.結構與功能之概論21.營養與消化作用22.氣體交換23.循環24.免疫系統25.體內環境的控制26.化學的調節27.生殖作用與胚胎發育28.神經系統29.感覺30.動物如何運動31.植物學32.生態學2第一章生物學探索生命*生物學的領域一.生命的層級架構決定了生物學的領域Fig.1.1生物圈biosphere：生態系ecosystem:群落community：族群population：生物體organism：器官系統organsystem：器官organ：組織tissue：細胞cell：胞器organelle分子molecule：原子atom：二.生物體與其生活環境組成了互相聯繫的網路Fig.1.2生產者producer消費者consumer分解者decomposer三.細胞是生命構成與作用的單位細胞是所有生物構造上與功能上的基本單位Fig.1.3原核細胞prokaryoticcell真核細胞eukaryoticcell二者之異原核~~~簡單.小細菌真核~~~具內膜區隔的胞器(包括有DNA的核)植物.動物.真菌二者之同皆具膜(包與流通).DNA*演化、一致性與多樣性一.生命的一致性:所有生命的形式都具有共同的特性Fig.1.4Aa.ATCGb.密碼c.雙螺旋d.四種核苷酸e.變異性：不同的生物有不同的___________排列多樣性及來至於__________序列的變異f.所有生物的一些共同特性Fig.1.4BCDE次序3調節生長及發育利用能量對環境反應生殖演化二.生命的多樣性可劃分為三大域Fig.1.5ABC三個域:細菌.古微生物.真核生物(原生動物.真菌.植物.動物)*科學的程序科學方法：觀察、問題、假說、預測、實驗支持假說第二章生命的化學基礎*元素、原子及分子一.生物大約由25個化學元素組成1.化學元素→物質(所有佔有空間及質量的東西)→生物2.自然界存在實驗室中製造3.人體25種元素表2.1C.H.O.N96%微量元素二.元素能組合形成化合物1.化合物2.生物分子中所含有的元素四大類有機務醣類脂質蛋白質核酸三.原子包括質子.中子.電子Fig.2.4AB1.一種元素由一種原子構成2.原子atom原子核nucleus3.質子proton.中子neutron.電子eletron4.電中性5.HeC5.原子序atomicnumberp數目6.質量數massnumberp+nHe4C127.原子量atomicmass8.同位數isotopes49.放射性元素四.放射性元素對我們有利也有弊1.細胞無法區分而吸收2.易偵測顯跡物3.光合作用的研究4.醫學診斷5.PET(正電子放射斷層造影術)6.傷害細胞內分子------DNA7.氡----肺癌五.電子的排列決定原子的性質1.電子決定原子的作用2.能階:內與外2.8.8……3.最外層電子數決定此原子的化學性質填滿未填滿4.HCNOFig.2.65.化學鍵chemicalbond離子健.共價鍵.氫鍵七.離子鍵是具有相對電荷的離子之間的吸引力1.NaClFig2.7A2.離子3.離子化合物Fig2.7B八.共價鍵Covalentbond.電子共用.聚合原子成為分子1.定義2.H23.HONC4.O2CH4H2O55.共用一對電子形成一條共價鍵九.不等數目的電子共享產生極性分子1.負電性electronegativity:2.非極性共價鍵nonpolar：3.極性共價鍵polar：4.水是極性分子polarmoleculeF2.9十.氫鍵(Hydrogenbond)在生命化學中的重要性1.為弱鍵2.Fig2.10水滴的形成3.氫鍵決定了大分子的結構DNAP.52蛋白質P.50*水支持生命的性質一.氫的鍵結讓液態水產生內聚力1.內聚力：分子間緊黏在一起的傾向2.生物界的重要角色植物吸水~~~內聚力+蒸散作用的拉力3.表面張力：一種估量有多難以延伸或打破該液體表面的力量Fig2.11二.水分子的氫鍵有助於溫度的調節煮水時鍋子與水溫的不同:加熱時:熱先用來水冷卻時:三.冰的密度比水低1.Fig2-132.對生物的影響：湖水四.水是生命的溶劑1.溶液solution：2.溶劑solvent：3.溶質solute：64.水溶液aqueoussolution：5.水的多功能溶液是因________而來Fig2-146.離子與極性分子(糖.蛋白質)皆會溶解五.生命的化學對酸檢環境很敏感1.水的解離：2.酸acid：3.鹼base：4.pH值：5.緩衝液buffer：*化學反應chemicalreaction1.化學反應重新排列物質2.H2OFig2.17A3.反應物reactant4.產物product5.β胡蘿蔔素Fig2.17B第三章細胞的分子TheMoleculesofCells*有機化合物的簡介一.生物分子的多樣性以碳的性質為基礎1.有機化合物Organiccompounds：2.以碳為骨架之因3.最簡單的有機分子：Fig3.1分子式結構式球-棒模型空間填覆模式4.碳氫化合物hydrocarbons：5.碳架6.同分異構物isomer：例子二.功能基幫助決定有機化合物的性質71.決定有機化合物性質的因素~~~碳鏈大小形狀連接物2.官能基Functiongroup：3.表3-2附加在碳鏈上包函在碳鏈中4.所有的功能基具極性.親水性5.五種表3.2醇.酮.醛.酸.胺.醣.核苷酸6.圖3.2三.細胞由一小群小分子製造出許多大分子1.四種大分子macromolecules2.聚合物polymer3.單體monomer蛋白質20種DNA4種4.脫水合成dehydrationreaction(Fig3.3A)5.水解反應hydrolysis(Fig3.3B)相反6.乳糖不耐症*碳水化合物Carbohydrates一.單醣是最簡單的碳水化合物1.CH2Omonosaccharides2.二個糖的特徵(圖3.4B)-OH-COFig3.4B3.醛醣與酮醣4.同分異構物5.三碳醣.五碳醣(戊醣).六碳醣(己醣)6.環狀結構簡化Fig3.4C7.主要能源分子8.原始材料二.細胞連結單醣以形成雙糖disaccharides1.Fig3.52.乳糖麥芽糖蔗糖三.多糖是長鍵的單醣polysaccharides1.去水合成Fig3.72.starchglycogencellulose基本組成位於鏈結功用肝糖澱粉8纖維素幾丁質*脂質Lipid一.脂肪是脂質.大部分是儲存能量的分子1.C.H.O2.非極性共價鍵.非極性分子.厭(疏)水性的hydrophobicFig3.8A3.脂肪fatFig3.8Ba.組成b.功能能量儲存(2倍).保護器官.隔熱絕緣c.甘油醇類d.脂肪酸15C非極性e.飽和脂肪酸(saturatedFA)與不飽和脂肪酸(unsaturatedFA)加氫反應f.反式脂肪酸天然的不飽和脂肪酸幾乎都是順式鍵結，所以動物所能代謝的大多為順式鏈結的脂肪。反式脂肪酸是經人工氫化處理後才誕生的，自然界中幾乎不存有，人也難以處理此類不飽和脂肪，一但進入人體中，大都滯留於人體，進而增加罹患心臟血管病的機率。4.三酸甘油脂(triglyceride)Fig3.8C_____甘油+_____脂肪酸-_____水5.種類名稱固液飽和不飽和直灣加氫例子動物性植物性二.磷脂質.臘以及膽固醇是功能不同的脂質1.磷脂質phospholipids圖5.11AP.88__甘油+__脂肪酸+__磷酸有機群-_____水細胞膜2.臘waxes脂肪酸+乙醇覆膜3.類固醇steroids圖3.93個六環1個五環9膽固醇---細胞膜性荷爾蒙動脈硬化*蛋白質Protein一.蛋白質對生物的結構及活動而言都是必要的1.monomer2.七種主要的蛋白a.結構蛋白肌腱.韌帶.b.收縮蛋白肌肉c.儲存蛋白卵清蛋白d.防禦蛋白抗體e.運送蛋白Hb膜蛋白f.訊號蛋白激素g.催化劑酵素enzyme二.蛋白質只是由20種胺基酸(aminoacid)組成的1.蛋白質的多樣性是基於一群相同胺基酸的不同排列2.胺基酸的構造(圖3.12A)3.R基決定性質.最簡單的胺基酸Fig3-12B4.分二大類：厭水性---Leu親水性---Ser.Cys幫助蛋白質溶解於細胞質溶液中三.胺基酸由胜肽鍵(peptidebond)連結1.脫水合成(圖3.12C)2.雙泩肽dipeptide3.多泩肽polypeptide---數個到數千個單體ormore四.蛋白質的特定形狀決定其功能1.一個蛋白質由多胜肽摺疊成特定的形狀(圖3.13A)2.如蛋白質分解酶---球狀蛋白有些結構蛋白是長條形如纖維3.酶與受質有特定結合部位辨認(圖3.13B)4.變性denaturation---熱.鹽濃度.pH五.初級結構primarystructure(圖3-14)以甲狀腺素運送蛋白為例1.胺基酸序列2.球形分子.有四條多胜肽鏈.每條127個胺基酸103.初級結構決定於遺傳基因訊息鐮刀型貧血症一個胺基酸的改變六.二級結構secondarystructureFig3-14B1.藉氫鍵形成盤繞或摺疊2.α螺旋β摺疊片3.-NH與-CO之間形成氫鍵Fig3.14B七.三級結構tertiarystructureFig3-14C1.多胜肽的整體3D立體形狀2.球狀的或纖維狀的許多球狀蛋白如甲狀腺素運送蛋白由一個α螺旋及數個摺疊版區域緊密相接而纖維蛋白如頭髮幾乎都只有螺旋狀區域3.有特定的形狀以適用於其功能4.多是由R基相互作用所造成如甲狀腺素運送蛋白厭水性的R基在內部.親水性的R基在外部八.四級結構quaternarystructureFig3-14D1.多個多胜肽的相互關係2.次單位3.膠原蛋白纖維狀蛋白.有三個螺旋狀次單位.3.血紅素2α2β*核酸NucleicAcid一.核酸是核苷酸的聚合物.富含訊息-----蛋白質兩種二.DNA控制細胞以及生物體的生命1.DNA----gene(特定範圍的DNA分子)----胺基酸的序列----三級結構----功能----蛋白質作用2.DNA-------RNA-------蛋白質轉錄轉譯三.核苷酸nucleotide3.16A四.去水合成上下相連3.16B五.DNAATCG氫鍵骨架雙螺旋doublehelix3.16C六.RNA一條多核苷酸鏈(單股)11第四章細胞遊覽＊細胞國度的簡介一.顯微鏡為細胞的世界打開一扇窗1.光學顯微鏡LM解析度人眼0.1mmLM0.2μm2.細胞學說celltheory3.電子顯微鏡EM2nm1m=mm=μm=nm=A3.掃描式電子顯微鏡SEM4.穿透式電子顯微鏡TEM二.細胞大小因其功能而不同1.最小的細菌黴漿菌直徑0.2μm最大的細胞最長的細胞2.圖4.2三.原核細胞prokaryoticcell小而簡單1.原核細胞的種類2.原核細胞的大小3.定義4.圖4.3A4.3B細胞核類核區nucleoidregion核糖體ribosomeDNA-----RNA-----Protein細胞璧cellwall莢膜capsule線毛pili原核鞭毛flagella四.真核細胞eukaryoticcell可區分為功能隔間1.種類2.圖4.4A3.膜胞器organelle:在cytoplasm(核膜之間)之膜狀物4.細胞代謝:胞器內進行的各種代謝5.內膜的優點各胞器中進行增加膜總面積---真核比原核直徑大真核比原核體積大真核比原核膜面積大6.植物無溶素體植物無中心粒植物只有一些種類的精細胞有鞭毛12植物有細胞璧纖維素植物有葉綠體植物有一個大的中心