第一讲 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
吴庆余主编.《基础生命科学》，高等教育出版社，2006 张惟杰主编.《生命科学导论》, 高等教育出版社，1999
一 为什么要开设《现代生物学导论》课？
1．高等教育的目标 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
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？
1980s以来，世界著名大学如MIT等，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世纪将是生命科学的世纪，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（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。
* 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。
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
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） （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） （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
（3）创造生物学阶段（20世纪中叶以后）
3、生命科学如何发挥它的重要作用？
* 生命科学必须和物理科学、工程科学等其他学科相结合
（1）从我国科学发展规划看生命科学的重要性
（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。
* 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
* 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）
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 癌症 新传染病
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
四、生命的元素组成
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
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：
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。 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。
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？ 2、钙参加几乎每一种生理代谢过程
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% 女75.5%
上海地区老年人骨折发生率 城区 16.5% 农村 6.9%
影响钙吸收的因素 维生素D
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 * 抑骨骼释放钙 * 抑肾细胞回收钙
例三 铬 例四 硒
第二讲 构造生物体的基本元件
一、生物小分子与生物大分子的关系 二、生物小分子简介 三、生物大分子的形成
四、生物大分子的高级结构
一、生物小分子和生物大分子的关系
小分子 大分子 复合大分子 单糖 多糖 糖蛋白 氨基酸 蛋白质 糖脂 核苷酸 核酸 脂蛋白
脂类
二、生物小分子简介
1、水
水影响生命活动的例子：
2、氨基酸
（1）α－ 碳原子
（2）具有α－ 氨基和α－羧基是各种氨基酸的共性 （3）各种氨基酸的区别在侧链基团—R 20种天然氨基酸除甘氨酸外，都带一个不对称碳原子—α碳原子，都有光学异构体（镜映体）。
氨基酸的功能：
（1）作为组建蛋白质的元件
（2）有的氨基酸或其衍生物具有生物活性（代谢调节、信号传递等）
3、单糖——
（1）C2----C5 均为不对称碳原子。六碳糖有 16 种同分异构体。
（2）天然单糖在 C5 位上羟基有固定结构方向，天然单糖大多数是 D-型糖。 （3）在水溶液中葡萄糖在 C1---C5 之间脱水通过氧桥相联成环状－吡喃型 （4）各个C上羟基位于环上或环下
（5）C1 上羟基位置不同出现α-，β-两种构型
4、核苷酸
DNA分子的基本单位：核苷酸 参加大分子核酸组成的共有8种核苷酸
DNA水解液中 RNA水解液中 腺脱氧核苷酸（dAMP） 腺苷酸（AMP） 鸟脱氧核苷酸（dGMP） 鸟苷酸（GMP） 胞脱氧核苷酸（dCMP） 胞苷酸（CMP） 胸腺脱氧核苷酸（dTMP） 尿苷酸（UMP） 另外还有一些重要的具有生物活性的核苷酸
cAMP，cGMP参与细胞信号传递
5、脂类
脂类是指生物体内不溶于水而溶于有机溶剂的各种小分子。
葡萄糖－－－水溶性的 油 脂－－－脂溶性的 脂类种类很多，分子结构相差较大 A、油脂：甘油三脂 B、磷脂和鞘脂
C、固醇
Tay-Sachs症，儿童的悲剧
所有的人类遗传病中，Tay-Sachs遗传病是最为悲惨的疾病之一。带有导致该病的突变基因的纯合子婴儿在出生时表现正常；然而，数月之后他们表现为对噪音的极度敏感，眼睛视网膜上出现一个樱桃红的小点。这些早期症状往往被父母和医生所忽略。在出生后半年到一年，患儿出现的进行性的神经退化导致精神障碍、眼盲、耳聋以及身体控制机能的丧失。在两岁时通常已经完全瘫痪，并出现呼吸性感染。一般在三至四岁时患儿就死亡了。
关于此病的唯一好消息就是它在大多数人群中就十分罕见的；然而在中欧地区的德裔犹太人及其后裔中，此病的发病率达到了儿童的1/3600，并且大约1/30的成人带缺陷基因。如果两人都是缺陷基因携带者，通常他们小孩就有四分之一的可能是这种缺陷基因的纯合子并最终会发展成为Tay-Sachs症。
* 导致Tay-Sachs症的突变位于HEXA基因，它的编码产物是己糖胺酶A。该酶作用于神经节苷脂GM2并将它分解。
* 神经节苷脂GM2的功能是覆盖于神经细胞，使神经细胞与相邻的细胞分隔开，从而加速神经冲动的传递。如果该酶不存在，神经节苷脂GM2会累积并窒息神经细胞，最终导致神经系统功能丧失和瘫痪。
三、生物大分子的形成
生物大分子主要有三大类：
蛋白质 核酸 多糖
它们都是由生物小分子单体通过特有的共价键联结而成。
1、氨基酸通过肽键联成肽链
结构蛋白
2、单糖通过糖苷键联成多糖链
（3）注意：多糖链也有方向性，有还原端和非还原端
一条多糖链的两端有不同结构和性质： 一端的糖基有游离的半缩醛羟基，称还原端； 另一端的糖基没有游离的半缩醛羟基，称非还原端。
3、核苷酸通过磷酸二酯键联成核酸
四、生物大分子的高级结构
1、蛋白质的高级结构
由生物小分子到生物大分子，分子增大，出现新的性质。
其中最主要的特点是：生物大分子有独特的立体结构、空间构型和分子整体形状。
* 蛋白质的四级结构是指各条肽链之间的位置和结构。所以，四级结构只存在于由两条肽链
以上组成的蛋白质。
2、 维持生物大分子高级结构的重要因素－－非共价键