《序论及元素》PPT课件.ppt

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1、生命科学导论,董新姣温州大学生命科学与环境科学学院,人之初：被精子包围的卵子,16个星期之后，受精卵发育成 初具雏形的胎儿,新生命的诞生 使人们欢欣鼓舞,1998年摄于长江春运,同时，人口问题却又是人 类社会 面临的极大挑战。60亿 12亿,人 口,研究人员培育的“超级水稻”在产量和蛋白质含量两方面均优于寻常品种,粮 食 联合国粮农组织水稻研究所（菲，马尼拉）绿色革命,农业高科技改善土地承载力,世界粮农组织（FAO）1984年调查材料,健 康 80年代，在美国发现第一例艾滋病，至今美国已有 106 感染者。E.Johnson 是洛杉矶湖人队球星，1991年被检查出为 HIV 病毒阳性。,两个月

2、时，因输血染上艾滋病的男孩。,资 源 矿物能源（石油、煤）必将枯竭，生物能源已在开发之中。很多不起眼的生物，很可能就是药物、材料等的宝贵资源。图为墨西哥荒原中的仙人掌类植物。,一个 20 米直径的水池年产 4 吨藻类，加工后可得相当于3000 升柴油的燃料。一英亩三角大戟可生产相当于 50 吨石油的燃料。,图为生长在淡水和海水中的一种硅藻,环 境 这是最早一份关于环境对生物种群影响的研究,工业化前英国乡村有很多白色蛾子停在布满淡色苔藓的树皮上，不易被鸟发现；工业化后，黑色蛾子逐渐取而代之，因为黑烟污染了环境，黑色蛾子更易藏身。,工人正在向被石油污染的海滩喷洒营养液，促使吃石油的细菌长起来。,第

3、一讲 序论,一、为什么要上生命科学导论课二、21世纪将是生命科学的世纪三、生命科学向我们每个人走来四、生命的元素组成,参考书,一 为什么要开设生命科学导论 课？,1高等教育的目标,全面素质教育 有一定专业方向的全面素质的培养，面对多个方面的挑战,职业教育从事某一种职业 的训练和准备,人是物的附件,以人为本,哈佛大学教学计划说明,“every Harvard graduate should be broadly educated as well as trained in a particular academic specialty or concentration.”每一个哈佛毕业生应该受到

4、 广博教育并且还应在专门的学科方面得到一定的培训.”,哈佛大学核心课程主要包括六大门类,1.各国文化 2.历史研究3.文学美术 4.道德伦理5.科学:数学,生命科学 6.社会分析,着重点:人格的养成;思辨能力和思维习惯的养成;分析、把握和解决问题的 能力的养成.,人格的养成 从历史及文化角度，理解人类社会发展,认识个人与社会联系,养成历史感和责任感。,思辨能力和思维习惯的养成-准确地认识和把握事物，慎密的分析和综合，冷静的归结和对策,2、“公共基础”由哪些板块组成？,数理化,毕业设计,专 业 课,专 业 基 础 课,政 治,人 文,计算机,外 语,生 物,1980s以来，世界著名大学如MIT等

5、，纷纷把生物类课程列为全校必修课.1995年以后，国内重点大学陆续把生物类课程列为全校非生物类专业大学生的限选或必修课程。,这是因为人们意识到，21世纪是生命科学的世纪，面向21世纪的大学生应有生命科学基础，而不应该成为“生物盲”。,二 21世纪将是生命科学的世纪,1带头学科近300年来（17-20世纪）：物理学一直作为带头学科 17世纪中叶 牛顿经典力学 18世纪中叶（蒸汽机）工业革命 19世纪中后 电气革命 20世纪初 量子论、相对论和核物理标志着 物理学革命性飞跃。20世纪上半 叶被称为“现代物理学黄金半世纪”物理学主导着工业革命和经济发展 带领着天文、地质、气象、化学等学科发展,薛定谔

6、（Erwin Schrodinger,1887-1961）是一位近代物理学家，他试着跨越物理 世界/生命世界之间难以逾越的鸿沟。他所写的小册子生命是什么是一个伟 大尝试。,21 世纪：生命科学将成为带头学科,“牛顿以来的物理学把宇宙统一为一个整 体，同时却把我们的世界一分为二物 理世界和生物世界”。,.,关于捕蝇草,面对复杂系统的许多问题，科学界把目光转向生命科学，寻求 新的概念，新的观点，新的思路。,维纳（N、WRENER）控制论的 奠基人 控制论（关于在动物和机器中控制 和通讯的科学）贝塔朗菲（L、BERTALANFFY）生物学家，系统论的 奠基人 机体生物学申农（SHENAN）信息论的

7、奠基人 信息论在生命科学中得到广泛应用,面对工业发展所带来的愈益严重的社会问题 人口 粮食 环境 资源 健康 等等 人们意识到要从生命科学中去寻求出路。,生物学经历了三个发展阶段：描述生物学阶段（19世纪中叶以前）,2、从传统生物学到现代生命科学 生命科学能够迎接21世纪的挑战,实验生物学阶段（19世纪中到20世纪中）,创造生物学阶段（20世纪中叶以后）,（1）描述生物学阶段（19世纪中叶以前）,主要从外部形态特征观察、描述、记载各种类型生物，寻找他们之间的异同和进化脉络 达尔文 物种起源（1859）,（图1-1a）,（图1-1b）,返回,22岁的达尔文开始贝格尔舰航行,下一幅,当时报纸上刊登

8、的讽刺达尔文的漫画,返回,上一幅,（2）实验生物学阶段（19世纪中到20世纪中）,利用各种仪器工具，通过实验过程，探索生命活动的内在规律,（图1-2）,（图1-3）,返回,下一幅,巴斯德在实验室里,返回,曲颈甑实验证明“种质论”批驳“腐生论”,动态图像,（3）创造生物学阶段（20世纪中叶以后）,（图1-4a）,分子生物学和基因工程的发展使人们有可能“创造”新的物种。,（图1-4b）,返回,华生和克里克在讨论DNA双螺旋模型,FLASH,第一例基因工程实验,返回,3、生命科学如何发挥它的重要作用？,现代仪器设备的武装是生命科学发展的 必要条件,生命科学必须和物理科学、工程科学等 其他学科相结合,

9、从我国科学发展规划看生命科学的重要性,（1）从我国科学发展规划看生命科学的重要性,自然科学基金 五年计划国重项目,基础研究,应用研究,863高科技和新型产业项目,攀登计划,973国家重大基础研究项目：农业 能源 材料 信息 环境和生态 人口与健康,（2）生命科学必须和物理科学、工程科学等其他学科相结合,21世纪是生物的世纪，但生物学要有大突破必须寻求物理学科等其他学科的支持。,现代仪器设备的武装是生命科学发展的必要条件,世界著名大学着手组建生命科学和其他学科交叉渗透的综合实验中心,光学显微镜,电子显微镜,返回,早期的光学显微镜,NEXT,返回,电子显微镜,NEXT,电子显微镜,NEXT,透射电

10、子显微镜下正在分裂的大肠杆菌,NEXT,扫描电子显微镜下的杆菌,NEXT,微分干涉相显微镜下的细菌,NEXT,原子力显微镜下的细菌,NEXT,激光共聚焦扫描显微镜下的藻类,返回,斯坦福大学 朱棣文(物理学)和詹姆斯斯布迪许(生物学)等建立一个研究中心,50名成员。（Bio-X计划）,普林斯顿大学 以发育生物学家谢利蒂夫曼为首，集中12名资深教授(生物学、物理学、化学、数学、工程)成立崭新的研究中心,三 生命科学向我们每个人走来,1 生存与健康2交叉学科和边缘领域同时提供机会与挑战3.生命科学渴求各个领域优秀人才的参与,1、生存与健康,另一方面人类面临一批新型疾病的威胁 心血管病 糖尿病 艾滋病

11、 癌症 新传染病,一方面医疗保健的发展,生活质量的提高,使人均寿命延长,2、交叉学科和边缘领域同时提供机会与挑战,生 物 学,3、生命科学渴求各个领域优秀人才的参与,例子：生物计算机 美国普林斯顿大学研究人员在一支含有1024种不同RNA链的试管里完成一道有关下国际象棋的数学题计算，这支试管计算机给出 43 个正确答案，同时给出 1 个错误答案。有人说，这是计算机家庭最新的“抽象派”成员，有人认为，比起常规芯片计算机来，RNA分子可以储存更多数据，可以进行超级并行运算。,四、生命的元素组成（见参考书第17-22页）,在生物学和其他学科交叉的边缘学科中,生物化学在过去的几十年中发展特别快。研究生

12、物体的化学组成和研究生命过程中的化学变化，所得到的丰硕成果，构成分子生物学和生物技术发展的重要基础。这里先介绍生命的元素组成，主要为后面第二讲（构造生物的基本元件）和第三讲（生物体的新陈代谢）做准备。,1 哪些元素参与生物体的组成？,参与生物体组成的元素总共约二、三十种，他们在元素周期表中的分布如图所示,返回,以人体为例，各种元素在人体中含量见表,常量元素在人体中含量较大。微量元素在人体中含量很少。,表 人体元素成分,常量元素,微量元素,返回,用实验动物的饲养实验来研究各种元素成份在营养学上的必要性。要证明某一种微量元素在营养学上是必不可少的，至少需要做下面三个方面的实验:,2.人体元素成分的

13、营养学意义,1 让实验动物摄入缺少某一种元素的膳食,观察是否出现特有的病症。,2 向膳食中添加该元素后，实验动物的上述特有病症是否消失。,3 进一步阐明该种元素在身体中起作用的代谢机理。,只有上述三条都弄清楚，才能确定某种元素是否为营养上必需的元素。常量元素的重要性比较容易认识。微量元素的营养学研究困难大得多。所以，一些微量元素在1950s 或 1970s 以后才确证为人体必需微量元素。,3.元素营养方面的几个例子,例一、钙1 人每天需要摄入多少钙？,从粪、尿、汗中排出 320450 mg 吸收率约 40%320 x 100/40=800 mg,人体每天需要补充钙的数量成人 800 mg婴儿（

14、10个月）400 mg幼儿（3岁）600 mg少年（10岁）800 mg青年（1218岁）1000 mg老年 1200 mg孕妇/哺乳 1500 mg,2、钙参加几乎每一种生理代谢过程,Ca 在体内的生理作用（1.2 kg/70 kg 2%）骨骼及牙齿 血浆中 99%10克需要 Ca 参与的生理过程 肌肉：肌肉收缩 免疫：白细胞吞噬功能 循环：血液凝固 内分泌：激素分泌 毛细血管通透性 骨骼：骨骼形成 微循环改善 神经：神经肌肉应激性 泌尿：生殖：（Ca 调节多种酶的活性）,婴、幼、少儿-佝偻病老年人-骨质疏松症上海地区骨质疏松症患者 男 20.1%女48.1%其中 60岁以上 男 24.9%

15、女75.5%上海地区老年人骨折发生率 城区 16.5%农村 6.9%,缺钙引起的疾病,高血压,（还带来别的效应）,缺钙,反常钙内流,血管,内壁细胞平滑肌细胞,中钙反常积储,血管内皮细胞钙化，损伤胆固醇，脂类沉积细胞因子分泌 血小板，血细胞粘附 平滑肌细胞，或纤维细胞增生导致动脉硬化,血管外周阻力增大,高血压,血管收缩,肾结石肾结石中重要成分是钙；但是，限制钙摄入恰恰会使肾结石加重。,草酸钙：草酸来自蔬菜，食物中钙可使草 酸在肠道中结成草酸钙，从粪便中排出。,缺钙,反常钙内流，损伤肾细胞,肾脏对钙回收功能受损,高钙尿液与尿中草酸结合形成结石。,尿钙排出 增多,结（直）肠癌：,Ca2+,高脂膳食刺激,钙与脂酸结合,排出体外,高胆汁酸,刺激直肠细胞癌变,钙与胆汁酸结合,排出体外,影响钙吸收的因素 维生素D,促小肠吸收钙促骨骼释放钙促肾细胞回收钙,使血清钙,甲状旁腺素（PTH）,促小肠吸收钙促骨骼释放钙促肾细胞回收钙,使血清钙,甲状旁腺,抑骨骼释放钙抑肾细胞回收钙,降血钙素（Calcitonin)，甲状腺分泌,使血清钙,例二 锌,羧基肽酶（黄色小圆球代表 Zn2+）,乙醇脱氢酶,例三 铬,例四 硒,此章节就到这里了！,