清华大学普通生物学课件总结1细胞与环境

第三部分

1.线粒体和叶绿体是两个能量转换器官

光能——有机物中的化学能——ATP——生命的基本活动 2.ATP是细胞中的能量通货

3.生物氧化——细胞主要的获能方式

（1）生物氧化是指糖、脂类、蛋白质等有机化合物在细胞内氧化分解为CO2和H2O，并释放能量的过程。

（2）生物氧化的特点：

(1)发生在生物个体中，有多种酶的参与和调控； (2)在温和条件下进行（体温、生理pH）；

(3)是一个复杂的氧化还原过程，包括电子转移和质子的转移； (4)能量的释放是逐步的，并以ATP的形式储存和传送。 （3）动物细胞生物氧化可分为三个阶段： 1. 生物大分子转变为小分子，胞外进行

2. 小分子转变为乙酰辅酶A, 大部分是在细胞质中进行的

3. 乙酰辅酶A 参与柠檬酸循环, 被氧化成水和二氧化碳,产生能量 （糖、脂肪及部分氨基酸都在线粒体中降解为乙酰辅酶A） （4）生物氧化以糖为代表的过程

1'糖酵解 一分子葡萄糖降解为两分子丙酮酸,净产生2个分子的ATP和两个分子的NADH,在细胞质基质中进行，不需要O2,维持细胞基本能源供应的形式，也是生物进化中古老的代谢途径

2'柠檬酸循环(或克氏循环或三羧酸循环) 在有氧的条件下，丙酮酸转化为乙酰辅酶A进入柠檬酸循环

在细胞线粒体基质中进行,细胞内物质代谢的最后共同途径

3'电子传递与氧化磷酸化 高能电子经过一系列的传递最终导致发生氧化磷酸化 (1)线粒体内膜的三种蛋白复合物起着电子传递和质子泵的作用

(2)电子能量逐步降低,电子传递复合物的还原势逐步升高，易得到电子 (3)电子传递链与氧化磷酸化均发生在线粒体内膜上 质子驱动力：跨内膜的电位梯度和质子浓度梯度

氧化磷酸化的一般机制——细胞产能的化学渗透偶联学说：电子传递时释放的能量使传递链中的蛋白质复合体将质子由内膜的内测通过主动运输到达外侧，造成膜两侧的质子浓度梯度，外高内低，但质子不能自由通过内膜，只有通过ATP合酶的质子通道才能进入膜内。膜两侧的质子浓度就是一种势能，一旦质子通过通道，ATP合酶就利用这个能量合成ATP 发酵——无氧条件下,有机物降解而产生能量的途径 乳酸发酵 乙醇发酵 4'葡萄糖的生物氧化与ATP的产生的统计

NADH=2.5 ATP FADH2=1.5ATP所以10NADH =25 2FADH =3 外加4ATP Total 32 Transport 2 NADH 进入线粒体takes 2 ATP Actual total: 30 ATP 有的30有的32

（5）生物氧化也提供了形成生物大分子的前体分子 4.叶绿体与光合作用 叶绿体是绿色植物光合作用的器官 （1）光反应和暗反应

光反应：由光所引起的一系列光物理和光化学反应，即光能驱动ATP和NADPH生成及水裂解释放氧气的过程，发生在类囊体片层中

暗反应：利用光反应生成的ATP和NADPH固定CO2生成糖类的过程，发生叶绿体基质中；

（2）光与叶绿素的光吸收 主要为红光和蓝紫光 色素的吸收光谱 （3）光能的吸收、传递和转换（光合磷酸化）

1'光反应系统 作用：将光能转化为电子能 结构组成：

天线色素复合体：叶绿素或一些类黄素与蛋白质形成的复合体，供光能的收集 反应中心：蛋白质叶绿素复合体，光能转变为电子能

两种反应中心：PSI ：反应中心色素 P700, PSII：反应中心色素 P680 2'光反应系统II

光能将中心叶绿素(P680)中的电子激发为高能状态 高能电子被转移到电子载体进入到电子传递链 电子能量降低，用于合成ATP

失去的电子来自于水，水的氧化产生氧气 3'光反应系统I

光反应系统II的电子(能量已很低)传递给P700，P700被光激发产生另一个高能电子，电子传递继续进行，将NADP+合成NADPH

4'光合磷酸化 指光反应中合成ATP的过程 和生物氧化中氧化磷酸化过程类似

5'电子传递发生在类囊体膜上 两个光系统配合 电子流向还原势高的载体 最终的电子受体是氧化的NADP+,NADP+被还原形成高能量的NADPH（NAPDP+ + H+ + 2e =NADPH) 产生的质子电化学梯度用于合成ATP 光能最终转化为ATP和NADPH

（4）暗反应：碳的固定，由核酮糖二磷酸羧化酶（Rubisco）催化，产生蔗糖和淀粉

固定CO2是由核酮糖二磷酸羧化酶所催化 3分子的CO2形成1分子的3-磷酸甘油酸 消耗9分子的ATP和6分子的NADPH Calvin循环（卡尔文）具体过程不要求 （5）光呼吸作用与C3, C4植物

光呼吸：核酮糖二磷酸羧化酶(固定CO2的酶)也催化核酮糖二磷酸和氧气的反应，有氧时，形成一个二碳化合物和一个三碳化合物。二碳化合物最终分解为CO2,而没有能量的产生。 C3植物: CO2被固定后的起始产物为三碳化合物

C4植物：CO2被固定后的起始产物为四碳化合物，其再释放CO2用于CO2的固定。 主要作用：避免失水（适应干旱），减少光呼吸，提高光合作用效率 第四部分

（一）细胞的分裂 1.细胞周期

（1）分裂间期 G1期 S期 G2期 细胞生长，染色体与中心粒复制 （2）有丝分裂期 M期

动物细胞M期的主要阶段 有丝分裂(核分裂) 细胞质分裂

前期： 染色体浓缩，形成姊妹染色体，中心粒分开，纺锤体开始形成 前中期： 核膜破裂，染色体同纺锤体相连 中期： 染色体位于赤道板

后期： 姊妹染色体分开，向两极分开 末期： 染色体去浓缩，核膜形成

胞质分裂： 由肌动蛋白丝和肌动蛋白形成的收缩环，将细胞缢裂为二 （3）有丝分裂某些事件

1）核被膜在细胞有丝分裂中有规律地解体与重建

核纤层：由核纤层蛋白组成，参与核膜重建，保持核膜完整。前中期时，核纤层被磷酸化首

先解体，随后核膜解体。末期时，与染色质接触，参与核膜重建

2）纺锤体：由中心体形成，含有三种微管（星体微管 动粒微管 极微管） 3）染色体分离：后期A 和后期B

1. 极微管间的滑力2. 星极微管的拉力3.动粒微管缩短产生的拉力

4）细胞器的分配 线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体不能重新合成。 它们被分配到子细胞中在子细胞中分裂（叶绿体，线粒体）、或利用原有的片段再生（内质网、高尔基体）

5）动物的胞质分裂 肌动蛋白和肌球蛋白形成收缩环，缢裂 植物的细胞分裂与细胞壁的形成

分裂前期以前，细胞板形成的位置已经确定了 成膜体：后、末期时在细胞中部由交叉的纺锤体微管及其周围一些结构而形成的一个复合体。高尔基小泡（含有细胞壁形成的前提物质）聚集融合参与形成细胞板 细胞板两侧的膜同细胞膜融合形成新的细胞膜，新的细胞壁形成 2.细胞周期调控系统与检验点（checkpoint）

A.Checkpoints的主要作用是确保后代基因组稳定性, 而对细胞周期的进程不是必要的 B.蛋白质激酶与其依赖的细胞周期蛋白是细胞周期的重要调控因子 细胞周期蛋白：随着细胞周期的进程蛋白质的量发生变化。

细胞周期蛋白依赖的蛋白质激酶：同细胞周期蛋白结合后才有活性。通过下一个检测点后，周期蛋白降解。

三个周期蛋白与依赖它的蛋白质激酶复合物对所有真核细胞周期的进程都是必须的： G1/S-Cdk, S-Cdk

3.减数分裂 有性生殖的必要过程

细胞从双倍体变成单倍体 染色体复制一次，细胞分裂两次 产生具有丰富基因组合的不同配子

1）不同对的同源染色体自由分配； 2）同源染色体发生联会，DNA发生重组 （二）细胞的分化

1.分化的分子机制---基因的选择性表达(看家基因,组织特异性基因)

细胞分化的实质在于细胞合成特异性蛋白 特异性蛋白合成的基础在于基因的特异性表达 2.影响细胞分化的因素

卵细胞质不均一性与发育---母体信息的翻译调控 细胞间相互作用 激素或形态素的作用 环境的影响 （三）干细胞

细胞的全能性 植物细胞的全能性 动物细胞的全能性 胚胎干细胞：分化形成任何一种细胞

组织干细胞：分化形成某些细胞类型，如造血干细胞

（四）细胞衰老 细胞经过一定次数分裂之后而不能继续分裂增殖的状态。 机制：端粒缩短与细胞衰老；氧化损伤的积累与细胞衰老。 （五）细胞死亡细胞死亡的调控有两种不同途径：

细胞凋亡：自我调控的，由一系列的生化过程导致的细胞自我降解的过程 坏死：细胞的膜系统破裂，DNA降解，常引起炎症反应。由细胞损伤引起。

凋亡的生物学功能： 确保正常发育：清除正常发育中多余细胞、无用细胞、突变细胞、有害细胞或衰老细胞；维持组织、器官细胞数目相对平衡，避免组织增生或萎缩。

第五部分

一、生物与环境概述

1.生命世界从微观到宏观的组织层次

细胞 组织 器官个体 种群 群落 生态系统 生物圈 2.生态学（Ecology）：研究生物与环境相互依赖、制约和协调关系的科学 生态系统（Ecosystem）：在一定的空间内生物组分 和非生物组分通过物质循环、能量流动及信息流动而相互作用、相互依存所构成的一个生态学功能单位。 环境因子：生物体外部的全部环境要素。

生态因子:影响生物生存 包括：非生物组分：气候因子、土壤因子、地形因子；生物组分：从种群到群落（生物因子），人类（人为因子） 3.生态因子对生物的制约

Liebig 的最小因子法则：各种生物的生长发育不是受到现有的总资源多少所控制，而是受到相对最为匮乏的一种资源的限制。

Shelford的耐受性法则：生物的生长不仅在某种生态因子缺乏时受到影响，也会在该因子过量时受到影响。也就是说, 生物对生态因子的忍受是有一定范围的 每种生物对环境因子的耐受范围，称生态幅

根据生物耐受性范围的宽窄, 生物可分为狭适性和广适性 限制性因子学说：生物的生存和繁殖依赖于各种生态因子的综合作用, 但是其中必有一种或几种因子是生物生存和繁殖的关键性因子，它们制约了生物体进一步的生长或发育。这些关键性因子就是限制性因子。

4.影响生物生存、扩展及延续的几个重要生态因子

A.水 特性 保持温度的稳定性 是很好的溶剂 具有组织非极性物质的作用 在3.98 C 时密度最高

作用 生物体的组成 代谢活动 生存环境 B.阳光 能量、光质、光照周期 C.温度 基本代谢，细胞结构 二、种群

1. 物种与种群

物种：在形态、行为、生活习性、结构与组成、及遗传物质相似的个体称为一个物种。对具有有性生殖的个体来讲，能够互相交配并能产生具有生殖能力的后代的个体，称为一个物种。它是分类学上的基本单位。 种群：占有一定空间和时间的同一物种个体的集合体。它是物种的存在单位也是物种的繁殖和进化单位。

种群的研究及其意义：定量测定种群的出生率、死亡率，了解影响种群波动的因素，揭示种群变化的规律。宗旨是如何控制或预测种群的变化为人类服务。 2. 种群的特征 2．1 种群的大小 出生率：

生理出生率(最大出生率): 在理想条件下所能达到的最大出生率到.

生态出生率(实际出生率): 在一定时期内,种群在特定条件下实际出生数量内外 因素共同作用影响的结果..

影响出生率的因素:a.性成熟速度b.每次产仔数c每年生殖次数d.生殖年龄的长短 死亡率：

生理死亡率(最小死亡率):最适条件下个体因衰老而死亡,,其种群死亡率降到最低