基础生命科学

基础生命科学4•什么是双盲设计，科学研究中的假象和误差是如何产生的？双盲设计是指被试者和研究实施者（主试）都不清楚研究的某些重要方面。

双盲的实验设计有助于预防偏见•消除观察者偏差和期望偏差，加强了实验的标准化。

科学研究中的误差包括：随机误差（因不确定因素引起误差）和系统误差（由方法、仪器和入为因素而引起误差）两类。

5•科学研究一般遵循哪些最基本的思维方式和步骤？请用本书第六章图6—8的实验研究实例，总结岀科学研究的一般步骤。

科学研究中最基本的思维方式包括：⑴归纳和演绎；（2）分析和综合；（3）抽象和具体；（4）逻辑的和历史的：每一个人都应该学会科学的思维，这就需要遵循逻辑思维的要求，把握创新思维的能力，提升自己的思维品质。

科学研究遵循的一般步骤：（1）发现问题；（2）收集与此问题相关的资料（通过观察、测量等）;（3）筛选相关资料，寻找理想的联系和规律；（4）提出假设（一个总结），此假设应能够解释已有的资料，并对进一步需要研究问题提岀建设；（5 ）严格验证假设；（6）根据新发现对假设进行证实、修订或否定。

6.细胞内4种主要生物大分子单体的碳骨架与功能团各有哪些特征？哪些生物学功能？糖类化合物糖分子含C、H、O 3种元素，通常3者的比例为1： 2： 1, 一般化学通式为（CH20）n。

糖类包括小分子的单糖、寡糖和多糖。

从化学本质上来说，糖类是多羟醛、多羟酮或其衍生物。

天然的单糖一般都是D型，重要的单糖包括葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、脱氧核糖等。

重要的二糖包括蔗糖、麦芽糖、乳糖等。

麦芽糖由两分子葡萄糖单体脱水缩合形成；蔗糖由一分子葡萄糖和一分子果糖缩合形成；乳糖由一分子葡萄糖和一分子半乳糖缩合而成。

重要的多糖有淀粉、糖原、纤维素、氨基葡聚糖等，由葡萄糖单体聚合而成。

糖类生物学功能：（1）作为生物体的结构成分：植物、真菌以及细菌的细胞壁，昆虫和甲壳类的外骨骼等；（2）作为生物体内的主要能源物质：生物氧化的燃料，葡萄糖和能量的贮存物质一一淀粉和糖原等；（3）生物体内的重要中间代谢物质：糖类通过这些中间物质为其他生物分子如氨基酸、核苷酸以及脂肪酸等提供碳骨架；（4）作为细胞识别的信息分子：许多膜蛋白、分泌蛋白和受体蛋白都是糖蛋白，即在特定部位结合一定量的寡糖，这些糖链可能起信号识别的作用。

脂类生物体内的脂类是指不溶于水的物质，包括三酰甘油、磷脂、类固醇等几类。

脂类可溶于乙醚、氯仿等非极性溶剂。

中性脂肪和油都是脂肪酸与甘油经过脱水缩合形成的脂类，由3个脂肪酸上的羧基与一分子甘油上的3个羟基分别脱水缩合形成的脂类又叫三酰甘油。

三酰甘油分子中甘油的1个羟基与磷酸及其衍生物结合便构成为磷脂，如卵磷脂（磷脂酰胆碱）、脑磷脂等；磷脂是生物膜的主要成分。

类固醇也称甾类，以环戊烷多氢菲为基础，不合脂肪酸，但具有脂类性质，也是细胞膜的重要成分。

常见其他类型的脂类包括糖脂、多异戊二烯类、某些脂溶性维生素等。

脂类生物学功能：（1）是生物体的能量提供者，脂肪氧化时产生的能量大约是糖的二倍；⑵磷脂是生物膜的主要成分；（3）参与细胞的识别，作为细胞的表面物质，与细胞识别，种特异性和组织免疫等有密切关系；（4）某些萜类及类固醇类物质如维生素A、D、E、K、胆酸及固醇类激素具有营养、代谢及调节功能；（5 ）生物表面的保护层：保持体温、水分、抗逆等。

蛋白质是重要的生物大分子，其组成单位是氨基酸。

组成蛋白质的氨基酸有20种，均为a—氨基酸。

每个氨基酸的a—碳上连接一个羧基，一个氨基，一个氢原子和一个侧链R基团。

20种氨基酸结构的差别就在于它们的R基团结构的不同。

根据 R基团的极性，可将其分为 4大类：非极性氨基酸（8种）；极性不带电荷氨基酸（7种）;带负电荷氨基酸（酸性氨基酸）（2种）;带正电荷氨基酸（碱性氨基酸）（3种）。

一个氨基酸的a—氨基与另一个氨基酸的a—羧基脱水缩合形成了肽键，通过肽键相互连接而成的化合物称为肽。

蛋白质是由多个氨基酸单体组成的生物大分子多聚体。

蛋白质结构分为4个结构水平，包括一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。

蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序和二硫键的位置。

在多肽链的含有游离氨基的一端称为肽链的氨基端或N端，而含有游离羧基的一端称为肽链的羧基端或 C 端。

蛋白质的二级结构是指多肽链骨架盘绕折叠所形成的有规律性的结构单元。

最基本的二级结构单元类型有a—螺旋、B—折叠、B—转角和自由回转。

蛋白质的三级结构是整个多肽链的三维构象，它是在二级结构的基础上，多肽链进一步折叠卷曲形成复杂的球状分子结构。

蛋白质的四级结构指具有独立的三级结构的数条多肽链相互聚集而成的复合体。

在具有四级结构的蛋白质中，每一条具有三级结构的肤链称为亚基。

四级结构涉及亚基在整个分子中的空间排布以及亚基之间的相互关系。

亚基本身不具有生物活性。

按照功能，蛋白质可分为：（1）结构蛋白：生物结构成分，如胶原蛋白、角蛋白等（2）伸缩蛋白：收缩与运动，如肌纤维中的肌球蛋白等；（3）防御蛋白：如免疫球蛋白、金属硫蛋白等；⑷贮存蛋白：贮存氨基酸和离子等，如酪蛋白、卵清蛋白、载铁蛋白等；（5）运输蛋白：运输功能，如血液中运送02与CO2的血红蛋白和运送脂质的脂蛋白；控制离子进岀的离子泵等，（6）激素蛋白：调节物质代谢、生长分化等，如生长激素；（7）信号蛋白：接受与传递信号，如受体蛋白等；（8）酶：催化功能，包括参与生命活动的大多数酶。

核酸核酸可分为DNA和RNA两大类。

除病毒外，所有生物细胞都含有这两类核酸。

核酸是由核苷酸单体连接形成的大分子多聚体。

每一个核昔酸单体由3部分组成：戊糖、磷酸和含氮碱基。

碱基包括腺嘌呤、鸟嘌吟、胸腺嘧啶、胞嘧啶和尿嘧啶5种。

组成DNA的碱基中有胸腺嘧啶、RNA中有尿嘧啶，两者均有腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶；一个核苷酸单体戊糖第 5位碳的磷酸根与另一个核苷酸单体戊糖第3位碳相连，形成3'，5磷酸二酯键，如此重复连接形成核酸链的磷酸戊糖基本骨架，构成DNA分子的为D — 2—脱氧核糖，构成RNA的为核糖。

碱基则与骨架上戊糖的第1位碳相连。

DNA分子是由两条脱氧核糖核酸长链以碱基相互配对连接而成的螺旋状双链分子。

RNA分子多是单链分子，有局部的碱基配对所形成的双链，这样双链和单链相间形成“发夹结构”。

根据功能的不同RNA分为信使 RNA（mRNA）、转移RNA（tRNA）和核糖体 RNA（rRNA）。

核酸生物学功能主要有：贮存遗传信息，控制蛋白质的合成，从而控制细胞和生物体的生命过程。

7 •举例说明蛋白质的空间结构对于其功能具有决定性的作用。

各种生物大分子主要有蛋白质结构与其功能有着密切的关系。

蛋白质的特定构象即蛋白质的三维空间结构和形态对于蛋白质的功能起决定性的作用。

蛋白质变性（构象发生变化）使得其特定的功能立即发生变化。

例如疯牛病（牛海绵状脑病，即BSE）和新型克雅氏病的发病与朊蛋白（抗蛋白酶传染性因子）的变异有关。

其实，人体内都存在朊蛋白，但由于感染了变异的朊蛋白等原因•使得正常的朊蛋白的结构由螺旋型变形为片状。

结构发生了变化的朊蛋白聚合起来，逐渐在脑中沉积为蛋白质分解酶不能分解的斑块。

4 •试从生命特征的不同方面说明细胞是生命的基本单位。

从生命的层次上看，细胞是具有完整生命力的最简单的物质集合形式；细胞是生物体进行新陈代谢的功能体系，作为一个外放系统，细胞不断与环境交换着物质与能量；细胞是生物体生长发育的基础，尽管数目众多的各种细脑形态和功能各个相同，它们都是由同一个受精卵分裂和分化而来的；细胞还是生物繁殖和遗传的基础，因为生物的繁殖与遗传离不开细胞分裂；不同组织细胞在信息传递过程中表现岀分工合作的相互关系，各种精细的分工和巧妙的配合使复杂多细胞生物的各种代谢活动有序地进行10•物质的跨膜运输分为被动运输和主动运输，其主要差别是什么？主动运输是指由细胞供给能量，将某种物质分子从膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程。

自由扩散和协助扩散都属于被动运输，其特点是物质分子进行顺浓度梯度的移动，所需要的能量自高浓度溶液本身所包含的位能，不需要另外供给能量。

1 生物代谢的本质是什么？生物代谢就是发生在生物体内的由酶控制的全部化学反应和能量的转化过程13•为什么生物信息学、功能基因组学利蛋白质组学逐渐成为后基因组时代的前沿领域?人类基因组计划的目标是获得遗传图、转录图、物理图和全序列图，但仅仅靠一张张绘制着生命蓝图的DNA序列图，并不能完全解开生命的奥秘，有些工作还需要蛋白质组学才能完成，如基因在生命周期的哪个时间被表达岀来；基因产物的相应含量是多少；翻译后修饰的程度如何，有些基因的删除或过量表达对生命进程有何影响；遗留的小基因或岀现长度小于300bP的可读框将如何处理；多基因现象的表型等。

此外，mRNA水平的测量并不能完全解释细胞调节，而蛋白质的性质相对于mRNA稳定，利于分析研究。

生物信息学基于生物科学和计算机科学的快速发展应用先进的数据管理技术构建数学分析模型和计算机软件，对各种生物信息进行储存、分析和处理，进而展现岀各种生命现象形成模式及演化进程，后基因组时代，生物信息学基于前基因组时代及基因组时代构建的庞大的生物数据库，将继续进行大规模的基因组分析、蛋白质组分析，及各种数据的比较和整和，即前面提到的蛋白质组学的产生及对人类基因组草图的进一步分析。

利用结构基因组学获得的生物信息来构建实验模型从而测定基因及基因非编码区的生物学功能即功能基因组学。

而对人类基因组草图中庞大的碱基数目和核苷酸序列•我们要做的工作就是研究岀他们的功能，由于 40%的结构基因是新发现的，他们的生化性质从未研究过，要知道他们的结构和功能就要对数据库中已有的生物信息进行分析，再将表型和基因型联系起来3.植物与动物在发育过程中的主要差别是什么？（1）动物形态建成只局限于胚胎发育期；进入成年的动物个体，其不再无限制地生长。

植物的生长和形态发生持续于它的整个生命周期•植物茎尖和根尖的顶端分生组织可以不断地进行分裂和分化，使植物体发育成熟以后还能保持其不断的长高和长大（2）动物的发育早期存在原肠化，即胚囊内细脑和组织的运动并重新排列，产生不同的胚层，进而发育成不同的器官。

植物发育不存在原肠化过程，植物细胞被细胞壁包围，不能移动。

（3）动物的减数分裂是在配子体中，植物是在抱子体中。

（4）植物中的生殖细胞只有在生殖生长阶段才岀现，动物的生殖系统在胚胎发育过程中就已经形成。

8请说明干细胞的类型和特征。

干细胞可分为胚胎干细胞和成体干细胞。

成体干细胞包括造血干细胞、表皮干细胞、神经干细胞等。

干细胞的特征：①终生保持未分化或低分化特征；②干细胞能无限制地分裂；③在机体中的数目、位置相对恒定；④具有自我更新能力；⑤具有多向分化潜能，能分化成不同类型的组织细胞；⑥分裂的慢周期性，绝大多数干细胞处于 G。