第一篇第三章生命的本质与人类智力的起源

1第一篇第三章生命的本质与人类智力的起源（p53-77）地球上有100多万种动物，30多万种植物和10多万种微生物。从生命物质的微观构成的一致性上去寻求生命的定义。生命是由核酸与蛋白质组成的具有自我更新和自我复制能力的多分子体系。细胞是生命的基石；生命的物质基础是蛋白质与核酸。一、细胞细胞是生命的基石。细胞是生命体的基本结构单位，复杂的高等动物和植物是由很多细胞构成的，而简单的低级动物和植物则由单个细胞构成。细胞还是生命体的基本功能单位，生命体的一切生命现象都是通过细胞来体现的。生命的新陈代谢是细胞中物质的交换和能量的转化构成的，细胞的生长、繁殖和分化导致了生命体的生长发育。细胞是由分子构成的。细胞中有核酸和蛋白质两种生物分子，这两种生物分子结构复杂、分子量巨大，通常被称为生物大分子。它们决定了细胞的基本特性，是生命的物质基础。各种生命活动的进行，各种生命特征的体现，都与核酸和蛋白质的功能密切相关。二、蛋白质蛋白质是一种复杂的、分子量巨大的高分子有机化合物，它的组成成分主要为氨基酸，它是生物体活动的物质基础，具有催化作用的酶、核酸（核苷酸）蛋白质（氨基酸）细胞2免疫功能的抗体，其运输作用的血液蛋白，有运动功能的肌肉蛋白、生物模蛋白、某些激素和毒素等都是蛋白质。蛋白质由一个或几个多肽链组成。每个多肽链是一个聚合体。蛋白质的顺序就存在于核酸分子的这些核苷酸的顺序中。蛋白质具有极其多样性的特点，能担负各种各样的功能，形成千差万别的生物。1.蛋白质的分子组成蛋白质是维持生命过程的重要物质，组成蛋白质的化学元素有碳、氢氧、氮、硫等，有的蛋白质还含有微量的铁和碘。蛋白质的组成成分主要为氨基酸，因此，氨基酸是组成蛋白质的基本单位。氨基酸主要是由碳、氢、氧、氮四种元素所组成，个别的还含有硫。组成蛋白质的氨基酸有20多种。但共同点都是含氨基的有机酸。氨基酸是两性化合物。由氨基酸构成的蛋白质也呈两极化合物的性质。氨基酸又一重要性质是氨基酸分子中的氨基（——NH２）在机体内经酶的作用，可以变为氨（NH３），这是氨基酸在体内代谢作用的第一步。２０多种氨基酸中，有８种是人体不能制造的，非得从食物中补充不可，称为必需氨基酸。它们是苏氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、色氨酸、氨酸、甲硫氨酸（蛋氨酸）、亮氨酸和异亮氨酸。3必需氨基酸对人体的生命活动来说，是重要的生活物质。２.蛋白质的分子结构蛋白质分子是由大量氨基酸组成的大分子。３.蛋白质的种类及其基本生理功能蛋白质的种类按照组成成分分为单纯蛋白（如清蛋白、球蛋白、组蛋白）和组合蛋白。结合蛋白是其蛋白质分子中除了含有氨基酸这一成分外，还有辅基。辅基可以是糖类、脂类、磷类、核酸等。辅基为脂类的结合蛋白称为脂蛋白；辅基为色素的结合蛋白称色蛋白；辅基为磷酸的称磷蛋白；辅基为核酸的称核蛋白。生物体中的蛋白质大都属于结合蛋白，而结合蛋白中核蛋白最为重要，在生物体生命活动中起着极其重要的作用，细胞核内含量最多。蛋白质是重要的生命活动物质，除了它是组成生物的主要成分以外，还有一些基本的生理功能。作为特殊的蛋白质的酶，可以催化生物体内各种复杂的化学反应。（叶绿蛋白、血红蛋白、肌红蛋白、肌动蛋白、肌球蛋白、激素《属于蛋白质》、抗体、受体、胶元纤维蛋白）根据蛋白质分子的形状，将蛋白质分为球蛋白和纤维蛋白。三、核酸核酸是一种复杂的、分子量巨大的高分子有机化合物，它的组成成分蛋白质球蛋白（分子似球形，较易溶解《血液的血红蛋白、豆类球形蛋白》）纤维蛋白（形状似纤维，不溶于水，如角蛋白、丝蛋白和胶原蛋白）4主要为核苷酸，它是生物体遗传的物质基础。它对生物的生长、遗传、变异等现象起着重要的决定作用。核酸可分为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两类。DNA的核苷酸上的碱基是：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）RNA的核苷酸上的碱基是：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、尿嘧啶（U）、胞嘧啶（C）最早揭示DNA分子结构的是沃森和克里克。１.核酸的组成成分核酸是一种复杂的高分子有机化合物，核酸是单核苷酸的聚合物，组成核酸的单核苷酸是由五碳单糖、碱基和磷酸三部分组成。五碳糖有核糖和脱氧核糖两种。碱基分嘌呤和嘧啶两大类，嘌呤是双环化合物，嘧啶是单环化合物。嘌呤中有腺嘌呤和鸟嘌呤；嘧啶中有胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶。组成核糖核酸（RNA）的核苷酸有四种，即腺嘌呤核苷酸（ANP）、鸟5嘌呤核苷酸（CMP）、胞嘧啶核苷酸（CMP）和尿嘧啶核苷酸（UMP）。同样，组成脱氧核糖核酸（DNA）的核苷酸也有四种，即腺嘌呤脱氧核苷酸（DAMP）、鸟嘌呤脱氧核苷酸（DGMP）、胞嘧啶脱氧核苷酸（DCMP）和胸腺嘧啶脱氧核苷酸（DTMP）。一个核酸分子是由许多核苷酸（单体）通过一个核苷酸的戊糖与另一个核苷酸的磷酸聚合串联成为长链。所以核酸的分子又称为多核苷酸。核苷酸之间借C——３’和C——５’间的磷酸二酯键连接起来的高分子化合物就是核酸。２.DNA的分子结构遗传信息就蕴藏在DNA分子上许多碱基排列的顺序中。一个DNA分子上部分结构发生不变化，就意味遗传信息的改变。DNA分布与细胞中的位置，可以因生物的种类而不同，病毒（包含噬菌体）位于病毒的核心部分；细菌位于分散的染色体中；动、植物细胞均位于细胞核中；线粒体和叶绿体含有少量的DNA。3.RNA的种类及其功能RNA有三种，它们基本上是单链，一种叫信使核糖核酸（MRNA）、一种叫转移核糖核酸（TRNA）和另一种叫核糖体核糖核酸（RRNA）。6信使核糖核酸（MRNA）是携带DNA分子给予的遗传信息（碱基的不同排列次序）来排列细胞之中的RNA，是作为蛋白质合成的模版。转移核糖核酸（TRNA）的功能是担负着蛋白质合成过程中氨基酸运输功能，不同的转移核糖核酸（TRNA）可以运输不同的氨基酸。核糖体核糖核酸（RRNA）不能单独存在，而是和蛋白质结合形成核糖体。核糖体又称核糖核蛋白体，是蛋白质合成的场所。核酸和蛋白质同是最重要的生命物质，它们都是细胞内的生命物质体系的主体，核酸（DNA）是细胞和的分子基础。原生质作为生命的分子基础，就是糖类、脂类和无机物（无机盐和水），成为“生活物质”。第二节生命的本质20世纪50年代，沃森和克里克提出了DNA的双螺旋模型，宣告了一个富有生命力的新学科——分子生物学的诞生。生命现象的本质特征是核酸和蛋白质化学成分的自我更新，生命现象最本质的内容是生物大分子的自我复制和生命体的自我组织。生物体内化学组成的自我更新，即生物体的新陈代谢，它包括同化作用与异化作用两个过程。同化作用：生物体从食物中摄取养料转化成自身的组织物质，是贮存7能量的过程，称为同化作用（或称“组成代谢”）。异化作用：生物体将自身的组成物质分解以释放能量或排出体外，成为异化作用（或称“分解代谢”）。生物体内部大分子的自我复制是生命物质另一个重要特征。在生物体内，有一个DNA的复制酶系统，在它的作用下，以一条DNA的正链作为模板，以脱氧核苷三磷酸为原料，根据碱基配对规律，在模版上面聚合成与正链互补的负链；同样以一条负链为模版合成了正链。这样一个DNA分子就变成两个一模一样的DNA分子。这种自我复制的特点是从分子水平上考察的。从细胞水平来看，表现为细胞分裂；从个体水平来看，表现为个体增值。因此，以所有的生物共同具有的“自我复制”来标志这一特征，具有更一般的意义。一、生物大分子的自我复制１.DNA的复制遗传物质DNA一方面通过自我复制传递遗传信息，另一方面在后代的个体发育中，使遗传信息得以表达，从而使后代表现出与亲代相似的形状（形态特征和生理特性等）。生物大分子DNA的自我复制机制是２０世纪最令人振奋的科学发现之一。DNA分子的复制是指以亲代DNA分子为样板（生8物学上称“模板”）来合成子代DNA的过程。DNA分子是边解旋边复制的。DNA分子利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，按照碱基互补配对原则，合成出与母链互补的子链。新合成的子链不断地延伸，同时每条子链与对应的母链相互盘绕成螺旋结构，形成一个新的DNA分子。这样，一个DNA分子就变成两个完全相同的DNA分子。由此可见，DNA复制时需要模版、原料、能量和酶等基本条件。从复制过程还可以看出，DNA分子独特的双螺旋结构为复制DNA提供了精确的模版，而碱基互补配对能力保证了复制能够准确无误地完成。遗传信息，就是依靠DNA的复制过程进行传递的。2.基因与人类基因组基因在遗传过程中决定着特定蛋白质的化学组成，即基因的功能是对蛋白质编码。每个DNA分子含有很多基因，这些基因按一定顺序排列，就成为制造蛋白质的图纸和指挥复制的命令。现代遗传学认为，基因是控制生物性壮的遗传物质的功能单位和结构单位，是有遗传效应的DNA片段，每个基因中可以含有成百上千个脱氧核苷酸。一种生命体的生长基因叫做这种生命体的基因组，人类基因组（即编码在螺旋形DNA里的全部遗传信息）大约由30亿个核苷酸组成，其信息量约为120亿比特，可以编码20万种蛋白质。不同的基因，碱基排列顺序不同。人类的基因组数目约为3.4万至3.5万个，2003年，由美、英、日、法、德和中国科学家共同完成了人类基因组序列图绘制工作。93.蛋白质合成的控制基因控制蛋白质合成的过程，包括“转录”和“翻译”两个重要步骤：转录过程是在细胞核内进行的，它是以DNA的一条链为模版，按照碱基互补配对原则，合衬RNA的过程。由于RNA没有碱基T（胸腺嘧啶），而有碱基U（尿嘧啶），因此在合成RNA时，就以U（尿嘧啶）代替T（胸腺嘧啶）与A（腺嘌呤）配对。转录的方法可以表示如下：DNA的核苷酸上的碱基是：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）RNA的核苷酸上的碱基是：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、尿嘧啶（U）、胞嘧啶（C）可见，通过转录，DNA的遗传信息就传递到RNA上，这种RNA叫做信使RNA（MRNA）。翻译是在细胞质中进行的，它是指以信使RNA为模版，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。信使RNA形成以后，就从细胞核中出来，进入细胞质，与核糖体结合起来。核糖体是细胞内将氨基酸合成蛋白质的场所。氨基酸是通过转移RNA（TRNA）被送到核糖体中的信使RNA上去的。基因一词来自希腊语，意思为“生”。（遗传因子）是遗传的物质基础，是指携带有遗传信息的DNA序列，是控制性状的基本遗传单位亦即一段具有功能性的DNA序列。基因通过指导蛋白质的合成来表达自己所携带的遗传信息，从而控制生物个体的性状表现。10每种转移RNA的一端都有三个碱基，这三个碱基能与信使RNA的碱基相配对。转移RNA的另一端是携带氨基酸的部位，一种转移RNA只能运转一种特定的氨基酸。当转移RNA运载着氨基酸进入核糖体以后，就以信使RNA为模版，把氨基酸一个个连接起来，合成为具有一定氨基酸顺序的蛋白质。在细胞核内，子代以DNA为模版合成信使RNA。通过转录，DNA的遗传信息就传递到了信使RNA上，信使RNA从细胞核进入细胞质，在细胞质中再以信使RNA为模版，以转移RNA为运载工具，使氨基酸在核糖体中按照一定的顺序排列起来，合成了与亲代一样的蛋白质，从而显示出与亲代一样的性状，完成了遗传过程。这种遗传信息从DNA传递给RNA，再从RNA传递给蛋白质的转录和翻译的过程，以及遗传信息从DNA传递给DNA的复制过程，就叫“中心法则”。RNA在这里起一种载体作用，它把DNA携带的遗传信息从细胞核传递到细胞质中去。４.遗传密码遗传密码是大自然最伟大的创造之一。在中心法则里，DNA决定RNA的性质是遵循着碱基互补配对原则的。RNA如何决定蛋白质性质：RNA再编码核糖体对信使RNA所做的重新解释被命名RNA再编码。11RNA的核苷酸上的碱基是：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、尿嘧啶（U）、胞嘧啶（C）二、生命世界的自组织核酸和蛋白质等生命物质构成细胞，各种细胞构成不同的组织，组织构成器官，器官构成系统，系统构成整个生命体，这些层次结构都是按照特定规律和方式自发组织而成的有序结构。生命现象是个维持高度有序结构的过程。这种自发组织形成的有序结构的过程叫做“自组织”。自组织是自然界普遍存在的现象，宇宙