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动物细胞中的囊泡执行吞噬（颗粒物的吸收）和胞饮功能。

许多小囊泡的集合形成了溶酶体这种细胞器。

溶酶体中含有消化酶（在高尔基体中的溶酶体中包装而成），能够降解大多数生物大分子，行使消化食物颗粒和分解损坏的细胞组件的作用。

线粒体是所有细胞中发生产能化学反应的场所。

另外，植物细胞含有质体，在光合作用的过程中利用化学能制造糖类。

产生ATP的酶位于线粒体内嵴的表面区域上。

线粒体能自我复制，可能它们是原来的自由生活的原核生物进化的后代。

共有两种类型的质体：

白色体和色素体。

白色体缺乏色素，作为淀粉、蛋白质和油类的贮存场所。

色素体含有色素。

最重要的色素体是叶绿体，它含有在光合作用中使用的叶绿素。

叶绿体的内部结构包括嵌到基质上的由膜状结构堆叠成的基粒。

4细胞骨架所有的真核细胞含有细胞骨架，它是由细丝和管组成的回旋状的网格，似乎充满了细胞中的所有空间，为其它各种细胞器提供了支撑作用。

细胞骨架的大部分包括了线状的微丝。

微丝主要由可伸缩的肌动蛋白组成，参与了动物和植物细胞中多种类型的细胞运动。

第二种蛋白质是肌球蛋白，参与了肌肉细胞的收缩。

细胞骨架的另外一种结构组分是微管，由球形蛋白质-微管蛋白组成，组合在一起象脚手架那样使细胞维持稳定的形状。

细胞骨架中的中间纤维似乎给予细胞质可以拉长的力量。

一些动力酶如肌球蛋白、动力蛋白和运动蛋白等与细胞骨架中的丝和管相互作用产生了导致运动的动力。

5细胞运动虽然细胞骨胳为细胞提供了一些稳定，它的微管和微丝及相关蛋白质能够使细胞爬行或滑行。

这些运动需要有固体基底，这样细胞能够吸附其上，根据其表面形状而被引导。

一些细胞表现出趋化性，移向或离开扩散的化学物质源。

特定的真核细胞能够由鞭状的纤毛或鞭毛驱动在流体环境中游动。

纤毛和鞭毛具有同样的内部结构：

9个联管（微管对）排列成环状，沿纤毛或鞭毛长轴延长，另有两根微管在环的中央位置。

纤毛或鞭毛自细胞表面的基体长出，其运动基于每个联管上的一个微管延伸出的由微小的动力蛋白的形成的臂。

大多数植物细胞内部的营养物质、蛋白质和其它物质通过胞质流动进行运动。

这一过程发生在附着于细胞器上的肌球蛋白推动微丝在细胞中重排。

微丝和微管与差不多所有的胞质运动都有关联。

在细胞分裂过程中，由中心粒这一细胞器附近的微管蛋白亚基装配形成纺锤体的微管，使染色体运动。

光合作用光合作用仅发生于绿色植物、藻类、某些原生动物和细菌等含有叶绿素的细胞中。

它是将光能转化为以化学键形式储存能量的化学能。

从化学和能量学的观点看，它是细胞呼吸的对立面。

虽然细胞呼吸释放出大量能量，但光合作用需要大量能量。

光合作用以CO2和水为原材料，通过两步反应进行。

第一步反应称为光反应，水分子被分解（氧化），放出氧气，形成ATP和NADPH。

这些反应必须有光能的存在才能进行。

第二步成为非光依赖型反应（暗反应），CO2被还原（通过加氢）成为糖类。

上述化学活动依赖于第一步反应产生的NADPH和ATP作为电子载体。

以上两步反应发生于叶绿体中。

光反应中大多数酶类和色素镶嵌于叶绿体类囊体膜上。

暗反应发生于基质中。

1光能如何进入进行光合作用的细胞中可见光谱中的光量子能够被生物分子所俘获用于建设性的工作。

植物细胞的叶绿素吸收特定吸收光谱（叶绿素对不同波长的光吸收程度不同）的光量子。

当光线被吸收时，它改变了吸收分子的电子排列。

由光子增加的能量推进分子的能量状况从稳定状态（基态）转变为不稳定的激发态。

在光合作用的光反应过程中，吸收分子又回到基态，多余的激发能传递到其它分子中，以化学能的形式储存起来。

所有进行光合作用的有机体含有多种叶绿素、一种或多种类胡萝卜素（辅助色素），这些色素在光合作用中发挥作用。

称为天线复合体的色素分子群存在于类囊体上。

到达任何一个色素分子的光能汇集到称为反应中心叶绿素的特殊的叶绿素分子上，它直接参与光合作用。

大多数光合生物含有两种类型的反应中心叶绿素，P680和P700，每一种叶绿素分子与电子受体分子和电子供体分子相关联。

这些聚合体分别称为光合系统I（P700）和光合系统II（P680）。

2．光反应：

将太阳能转化为化学键能光合作用中的光反应将光能包装储存于化学复合物ATP和NADPH中。

这一包装过程从光线到达光合系统II的活性中心P680这一步骤开始，包括了一系列氧化还原反应。

在第一个步骤中，水分子被分解，放出氧气，提供电子。

电子首先被质体醌接受，然后是一系列的载体，即沿电子传递链往下传递。

每4个电子在链中传递，形成2个ATP分子。

链的最终受体是光合系统I的P700活性中心。

在此位置，进入的光子激发了电子能量，被铁氧还蛋白吸收，铁氧还蛋白再次被氧化，NADP+ 

辅酶被还原成为NADPH。

前面产生的ATP和NADPH参与了暗反应。

从光能的激发产生的电子沿电子传递链传递并产生ATP的过程称为光合磷酸化。

电子通过光合系统II和I单方向的流动称为非环式光合磷酸化。

植物也通过环式光合磷酸化过程得到额外的能量，在这一过程中一些电子通过光合系统II和I之间的电子传递链进行传递。

3．暗反应：

制造糖类光合作用的暗反应过程中，ATP和NADPH提供动力，由CO2转变为糖类。

这一反应也称为卡尔文-本森循环。

空气中的CO2与核酮糖二磷酸反应，由二磷酸核酮糖羧化酶催化而被固定。

CO2通过循环中的几步反应被还原成为糖类（二磷酸果糖），最终核酮糖二磷酸被再生，这样循环能够持续进行。

4．氧：

光合作用的抑制剂植物细胞中高浓度的氧气能够破坏光合作用，同时也能够引起光呼吸，这是一种效率差的暗反应，氧而不是CO2被固定，不产生糖类。

5．减缓光呼吸：

C4途径许多植物是C3植物，由于光呼吸作用，在热的、干燥的条件下糖类合成减弱。

然而，C4植物，特殊的叶片解剖结构和独特的生物化学途径能够在干旱的条件下茁壮成长。

这样C4植物并非在细胞中存在高浓度的CO2条件下才能进行光合作用，从而减弱光呼吸。

它们含有一套新的碳固定的机制。

第三课细胞繁殖：

有丝分裂和减数分裂1细胞核和染色体细胞核是遗传信息的主要贮存室。

细胞核内部是染色体，包括紧密缠绕（高度螺旋）的线状DNA和与之相连的蛋白质串。

长的伸展的持续的DNA分子围绕蛋白质串（组蛋白）缠绕，形成串珠状的复合体，被称为核小体。

更多的螺旋或超螺旋形成一个密集的染色体结构。

每一个DNA长链与组蛋白或非组蛋白结合构成了染色质。

有机体的染色体以螺旋的、浓缩的状态以图示的方式展示出来，称为染色体组型。

染色体组型显示出大多数细胞除了性染色体以外的其他染色体以2个拷贝的形式存在，被称为同源染色体对。

非性染色体称为常染色体。

细胞中含有两套亲本染色体的有机体称为二倍体；

细胞中含有一套亲本染色体的有机体称为单倍体。

2细胞周期细胞周期是一个有顺序的过程：

细胞生长、准备分裂、分裂形成两个子细胞，每个子细胞再重新开始细胞周期。

这种有效的循环使得单细胞生物永生。

多细胞生物的许多细胞包括动物肌肉和神经细胞能够使细胞周期时间延长或完全脱离细胞周期。

正常的细胞周期包括四步。

前3步包括G1（正常的代谢阶段）；

S期（持续进行生物分子的正常合成）；

G2期（代谢和再次生长的短阶段）G1、和G2期合起来称为间期。

。

S细胞周期的第四步为M期（进行有丝分裂的阶段），在这一阶段，复制的染色体浓缩、运动，细胞分裂。

被认为是细胞质的特性和外部的刺激因子和抑制剂例如抑素控制了细胞周期。

3．有丝分裂：

将遗传物质分开生物学把有丝分裂周期分为四步，分裂前期开始时，每一条染色体包括两条高度浓缩的染色单体，两者在着丝粒位置连在一起。

当前期结束时，分裂中期开始。

高度浓缩的染色体与纺锤体相连，最终染色体排在一个叫做中期板的平面上，与纺锤丝成垂直角度。

接着，在分裂后期，每个染色体上的两个姊妹染色单体分开，每一对的一个分别移向细胞的一极。

在分裂末期，围绕每一套染色体开始形成核膜，然后开始细胞质的分裂。

当有丝分裂进行时，纺锤体的微管在保证成对的或分离的染色单体适时向正确的方向运动起到关键作用。

当微管从每个分裂细胞的两极延伸至赤道板时，形成了纺锤体的每一半。

在有丝分裂前期，另外一种微管，着丝粒纤维从纺锤体的两极向外延伸到染色体上叫做动粒的结构上。

在分裂后期，纤维开始缩短，染色单体开始分开。

在植物和动物细胞中纺锤体的形成不同，动物细胞中，与中心体有关。

在植物和真菌细胞中纺锤体的形成与叫做微管组织中心的区域有关。

4．胞质分裂：

将细胞质分开有丝分裂结束时细胞质的分裂称为胞质分裂。

动物细胞中胞质分裂过程中，首先肌动蛋白形成的环在细胞赤道周围进行收缩，将细胞收缩为两部分。

植物细胞有细胞壁包被，胞质分裂包括围绕新细胞的赤道周围形成新细胞板，然后细胞壁物质在细胞板位置沉积。

5.减数分裂：

有性生殖的基础减数分裂是细胞分裂的特殊形式，在产生生殖细胞的生殖器官中发生。

如有丝分裂，它发生于DNA复制后，包括两个有顺序的核分裂阶段（减数分裂I期和减数分裂II期）。

这些分裂产生4个子细胞，每一个子细胞的染色体数是母细胞染色体数的一半。

减数分裂交叉现象的出现导致了染色体之间互换遗传信息。

这样分配到不同后代细胞中的同源的染色体并不相同。

象有丝分裂那样，在分裂前I期的开始，每个染色体含有两条染色单体。

在这一阶段，同源的染色体经历了联会或配对，这是由蛋白质和RNA形成的桥状结构---联会复合体的出现而发生的。

当同源染色体对排列于赤道板上时，（这两条染色体）同时存在。

然而，与有丝分裂后期不同的是，减数分裂后期I每个染色体的两条染色单体在着丝粒处相连，一起移向细胞的一极。

正是由于这一事件导致减数分裂中4个子细胞的染色体数目减半。

在减数分裂末期I，核被膜将染色体包裹在细胞核中，接着多数种类开始胞质分裂（第一次细胞核分裂）。

第二次细胞核分裂开始于减数分裂中期II，每个子细胞中的染色体重新排列于中期板上。

着丝粒最终分裂，每个姊妹染色单体移向纺锤体的一极。

下一个阶段是减数分裂末期II，然后是胞质分裂。

整个过程的结果是4个单倍体细胞，亲本的染色体被随机分配。

6无性生殖与有性生殖有丝分类和减数分裂分别使简单的细胞分裂和有性生殖成为可能。

每一种传递遗传信息的方式都有优点。

无性生殖产生后代时克隆（完全复制）了中亲本的遗传信息。

这种生殖类型的优点是它保存了亲本成功的遗传信息，基本或完全不需要特化出生殖器官，与有性生殖相比更迅速。

无性类型的主要缺点是单一的灾难性事件或疾病就可以摧毁遗传信息完全相同的整个种群。

有性生殖的主要好处是它能够提供遗传的多样性，具有迅速的清除有害变异的机制。

它也使新基因形式出现、增加并扩展到整个种群。

第四课遗传学的建立1.遗传的早期理论早期的遗传学思想包括希伯克拉底的泛生论和魏斯曼的种质理论。

在小鼠实验的基础上，魏斯曼提出配子中的遗传信息将特性传递给后代。

这些早期的观点合称为混合理论：

它们（后代）持有可遗传的性状，是两个亲本性状的混合，所以在后代中每一个亲本失去了独特的性状。

2孟德尔和遗传学的诞生孟德尔是位于奥地利布鲁恩修道院奥古斯丁教的修士，被誉为“遗传学之父”。

当他还是大学学生时，学习了物质的微粒性本质理论，同时还有数学的背景。

他开展了一系列精心设计的实验，证明遗传的物质本质。

他的革命性的思想直到他去世后许多年才被人理解与接受。

3．孟德尔的经典实验孟德尔通过花园中的豌豆开展了植物育种试验而研究了遗传，豌豆是一个自体受精、真实繁殖（每个后代与亲本的某一特征相同）。

为了试验混合理论，他将研究重点放在7个明显的特征上。

这些特征的每一个，例如种子颜色和植株高度，代表了仅有的两个截然区分的可能性。

他同时记录了来自每一对豌豆亲本产生的所有后代的类型与数目，以及两代杂交的结果。

对于他研究的每一种（对）特性，孟德尔发现一个是显性的，另一个是隐性的。

在子二代中，显性与隐性的比例是3:

1。

孟德尔推断只有每个个体包含两个遗传单位，分别来自于父本和母本，才能出现这种结果。

孟德尔假设的单位如今称为等位基因（基因二中选一的形式）。

基因是遗传的基本单位。

一些有机体继承了来自父本、母本的同一性状的两个相同的等位基因，被称为某一性状的纯合体。

如果继承的是某一性状的不同的等位基因，有机体被称为某一性状的杂合体。

当有机体是某一性状的杂合体时，这一性状的表型结果只表达了显性等位基因。

这样，有机体的表型（它的物理形状和特性）与它的基因型不同，基因型同时包括一个显性和一个隐性等位基因。

遗传杂交的所有可能的组合的图示形式被称为庞纳特方格。

孟德尔关于显性和隐性遗传实验的结果称为孟德尔第一定律：

分离定律。

这一定律认为对于某一特定形状，有机体继承了每一个亲本的等位基因。

这些等位基因在一起形成了等位基因对。

当减数分裂形成配子时，两个等位基因分离（染色体数目减半）。

为了使该理论获得证据，孟德尔开展了测交实验，基因型未知的植物与某一性状隐性纯合体的植物杂交。

根据后代中显性基因型的比例可以搞清未知基因型是杂合、纯合显性还是纯合隐性。

4．孟德尔的思想和自由组合定律孟德尔也开展了双因子杂合体杂交实验，使得他考虑两个性状如何有关联的遗传。

这一工作形成了自由组合定律，认为控制不同性状的等位基因独立遗传。

孟德尔定律的一个明显例外情况是不完全显性，杂交后代的表现型表现出介于亲本性状之间。

然而，不完全显性反映了待研究性状的两个等位基因对于表现型都发挥作用。

等位基因自身仍然是独立的。

1866年，孟德尔在布鲁恩自然历史学会出版的科学论文上提出他的思想。

不幸的是，他的研究意义不能被同时代的科学家理解。

他的工作在1900年被CarlCorrens和HugodeVries重新发现。

5.染色体和孟德尔遗传学孟德尔的工作被重新发现不久，WalterSutton和TheodorBoveri分别独立地提出遗传单位可能位于染色体上。

这一假设被哥伦比亚大学的ThomasHuntMorgan和他的学生用果蝇的性染色体实验进行了证实。

摩根的研究也是性连锁特性的首次探索。

它导致了1916年CalvinBridges的不分离现象的发现，在不分离现象中染色体对在减数分裂时不分离。

第五课基因化学本质的发现1.特定蛋白质的基因密码第一个调查基因如何影响表现型的科学家是）AichibaldGarrod爵士,他的关于黑尿症的研究揭示了基因和酶之间的关系。

30年以后，Beadle和Ephrussi展示了关于特定基因和控制果蝇中复眼颜色的生物合成反应之间的关系。

接着，在一系列关于面包霉粗糙脉孢霉突变效应的经典实验中，Beadle和Tatum探究了一基因一酶假设，这一假设认为每一个基因编码一个特定的酶。

他们的工作为其他研究者以精确方式阐明酶影响复杂代谢途径铺平了道路。

1949年，在研究了镰刀形红细胞贫血症中血红蛋白的作用后，LinusPauling帮助将一基因一酶假设精炼成为一基因一多肽假设。

2核酸的化学和分子结构的研究核酸最早由JohannMiescher在1871年分离。

在20世纪早期，采用由Feulgen建立的红染方法，核酸被鉴定为组成染色体的基本成分，FrederickGriffith采用R和S菌株对肺炎双球菌进行染色，表明来自于一个细菌的未知物质能够改变另一细菌的物理性状。

在20世纪40年代，Avery、MacLeod和McCarty组成的团队，表明这一未知物质是DNA。

大约是同一时代，P.A.Levene发现DNA包括四种含氮碱基，每一种碱基与一个核糖分子和一个磷酸基相连，Levene称这种组合为核苷酸。

在二十世纪50年代早期Martha和AlfredHershey关于大肠杆菌的工作清楚地表明ＤＮＡ，而不是蛋白质，是遗传信息的载体，这样纠结束了关于ＤＮＡ是否能够携带复杂的遗传信息的争论。

每一个ＤＮＡ核苷酸包含一个五碳糖，脱氧核糖，连在四种碱基的其中一种之一上，腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶。

腺嘌呤和鸟嘌呤分子是被称为嘌呤的双环结构，而胞嘧啶核胸腺嘧啶是被称为嘧啶的单环结构。

由一个碱基和一个糖分子构成的分子称为核苷。

DNA的每个分子中磷酸基团连接了链上一个核苷的五碳糖和相邻核苷的五碳糖。

这一磷酸键创造了糖-磷酸基骨架。

Chargaff规则定义了如下事实，DNA中腺嘌呤数量与胸腺嘧啶的数量相同，

（1）胞嘧啶和鸟嘌呤的数量相同，

（2）A/T和C/T的比例因物种不同而异。

3DNA分子结构的研究历程在二十世纪40年代晚期和50年代早期，研究者利用Chargaff的观点、Levene关于DNA组分的思想和其他两条证据去研究DNA结构。

一个是LinusPauling的观点，认为DNA可能是由氢键在确定位置形成的螺旋结构，另一个证据是由Franklin和Wilkins拍摄的DNAX-衍射照片，在每一圈之间存在距离的螺旋结构。

在这一信息的基础上，Watson和Crick提出了DNA双螺旋模型，一个象盘旋曲折的梯子样的分子，外面含有2条糖-磷酸基链，里面是核苷对形成的横档。

成对的核苷通常以A-T或G-C以氢键相连。

Watson和Crick也提出遗传信息是由DNA分子上的碱基对序列进行编码的。

4DNA如何复制在DNA结构与功能的模型中，Watson和Crick假设，DNA通过将连接A和T、C和G的氢键解开而复制自身。

这一过程将产生两条互补链，它们是方向相反的一半，将作为组建新链的模板。

这个半保留复制的模型，保留是由于每一个新分子具有原来亲本分子的一半，后来被Meselson和Stahl的工作所证明。

在大肠杆菌中，DNA的复制从环形染色体上的泡状结构开始，环形染色体由复制叉开始。

细菌DNA复制的研究表明DNA链长度只在5’至3’方向（从5’端一个核糖的碳原子，到相邻核糖的3’端碳）延长，先导链连续合成，而滞后链以被称为冈崎片段的短片段方式合成。

游离的核苷排列在父本分子的原初链形成的模板上，DNA聚合酶将其连接。

在真核细胞中DNA复制遵循着与原核细胞相同的原则。

在DNA长分子上，在两个方向上从成百上千点上同时复制。

第六课生命的起源和多样性生命的家园：

太阳系和行星地球的形成生命起源的故事（历史）开始于地球的形成。

引起我们的星球发生的事件按顺序上开始于物理学家称为大爆炸的宇宙爆炸。

大约50亿年前，位于太阳系中心的太阳由云状的原始物质（星际物质）收缩形成。

包括地球在内的行星在46亿年前形成。

地球包括一些层：

固态的地壳，半固态的地幔，很大程度上熔化（液态的）的地核，地核含有一个固态的中心（固态内核）。

地球的基本物理特征包括星球的大小、温度、组成和距离太阳的距离，可能使生命的出现成为可能。

如今主要的假设认为在早期地球上非生命物质通过化学演化自发地产生生命。

生命的出现：

原始行星上的有机和生物分子生命出现以前的阶段中，化学组织的证据来源于试图复制地球早期物理环境和化学资源的实验室的实验。

这些实验，包括Miller和Urey的开创性的工作，已成功地制造出包括氨基酸、简单糖类和核酸碱基等有机单体。

朝着生命演化的可能的下一步是这些单体自发地连接成类蛋白质和核酸。

如今的研究工作表明多聚体化的场所可能是粘土或岩石表面。

研究者业已发现，当能量输入某一系统是，它们将产生3种有机分子聚合体。

俄国人AleksandrPparin从聚合体溶液中得到了富含多聚体的小滴，被称为团聚体。

SidneyFox用氨基酸和水制造了类蛋白质微球。

第三项实验室结构是脂质体，一种用磷脂制成的球形的脂类双层分子。

一种近似上述一种或多种的聚合体可能是真细胞的前体。

导致地球上细胞的出现的接下来的几步包括：

作为生物信息分子RNA和DNA的变化。

证据表明RNA，能够在模拟早期地球条件下自发形成,是首先出现的信息分子。

RNA酶的发现-能够行使酶样的催化剂功能的RNA，说明起催化作用的RNA也能够将早期的核苷酸组装成新的RNA。

这些其催化作用的RNA也能执行RNA片段的遗传信息交换的功能。

随着脂类-蛋白质形成的表层和复制的RNA和DNA信息分子的形成，引起活细胞出现的事件将包括：

遗传密码的起源;

RNA或DNA隐蔽到细胞样的结构中；

代谢途径的出现。

3.最早期的细胞最早代表活细胞的最古老的化石最早发现于35亿年前的岩石中。

最早的细胞可能是厌氧的异氧生物，很久以后出现了自养生物。

第一个自养生物产生它们自身的营养物质，并释放氧气。

氧气是新陈代谢的副产品，对于后来的生命形式具有关键影响。

在地球大气层中作为结果出现的臭氧层降低了紫外辐射的穿透。

结果，细胞将能在浅水和陆地表面存活。

大气中氧量的增加导致了需氧细胞和细胞呼吸的演化,这将依次指示了地球碳循环的开始。

虽然最早期的细胞都是原核细胞，但在大约15亿年前出现了真核