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第一章 生命科学1

第一节 生物学是研究生命的科学1

一、什么是生命1

二、结构层次2

第二节 科学研究的方法3

一、生物学是一门重要的科学3

二、归纳3

三、演绎3

第三节 如何从事科学研究3

一、检验假说4

二、设立对照4

三、结果预测4

四、发展理论4

五、科学研究的内容与方法5

第四节 达尔文的进化论是科学研究的典范5

一、查理士·达尔文5

二、达尔文的证据7

三、自然选择假说7

四、达尔文之后的进化论：更多的证据8

第五节 生命科学的四大主题10

一、细胞理论10

二、遗传学10

三、生物多样性11

四、生物统一性11

第二章 生命的化学基础13

第一节25种元素构成了生物体13

第二节 原子和分子14

一、原子由亚原子粒子组成14

二、原子的化学性质是由电子决定的14

三、分子因化学键而维系在一起14

四、弱化学键在生命化学中起重要作用16

五、化学反应中有化学键的断裂和形成17

第三节 水是生命的源泉18

一、水的极性赋予水独特的性质18

二、水的电离20

第四节 碳骨架和生物分子多样性20

一、碳构成生物大分子的基本骨架20

二、官能团决定了有机化合物的性质21

第五节 生物大分子的结构与功能22

一、生物大分子22

二、蛋白质对生命的构成和活性是必需的23

三、核酸贮藏和传递遗传信息28

四、糖类储存能量和提供分子构建材料32

五、脂质是形形色色的疏水分子35

六、研究大分子结构的方法36

第三章 地球上生命的起源40

第一节 关于生命起源的不同观点40

一、上帝创造说——神创论40

二、外星球起源说40

三、自然起源学说40

第二节 地球上的生命源自非生命物质41

一、宇宙大爆炸和地球的起源41

二、化学进化产生原始生命42

三、地球上的生命在哪里起源44

四、繁殖和遗传物质的起源——RNA世界45

第三节 细胞的进化46

一、原核细胞47

二、真核细胞48

第四章 细胞的结构50

第一节 生物体由细胞组成50

一、一切生物体都由细胞构成50

二、细胞是生命活动的基本单位50

三、细胞的起源与进化52

四、细胞理论53

五、观察细胞54

第二节 细胞的共同特点56

一、具有相同的遗传物质DNA56

二、具有相似的质膜57

三、都具有细胞质57

四、具有共同的能量代谢途径57

第三节 原核细胞的特点58

一、原核细胞的共同特点58

二、原核细胞的种类59

第四节 真核细胞的特点60

一、细胞膜61

二、细胞核63

三、内膜系统66

四、线粒体与叶绿体68

五、非膜结构的细胞器69

六、细胞连接75

第五节 真核细胞的蛋白质分选76

一、蛋白质分选信号76

二、细胞中蛋白质的运输方式和途径77

三、各类细胞器的蛋白质分选78

四、蛋白质分泌途径79

第六节 原核细胞的蛋白质转运79

一、信号识别颗粒途径80

二、分泌途径依赖的蛋白质转运途径80

三、双精氨酸转运途径80

第五章 细胞膜82

第一节 细胞膜的起源与进化82

一、原始细胞的起源82

二、细胞膜的起源83

三、细胞膜的进化84

第二节 细胞膜的化学组成85

一、细胞膜由双层脂质膜组成85

二、细胞膜的蛋白质87

三、细胞膜的糖类89

第三节 细胞膜的结构89

一、一个世纪的探索89

二、生物膜的不对称性92

三、生物膜的流动性94

第四节 细胞膜的物质转运96

一、细胞膜的被动运输96

二、细胞膜的主动运输99

三、胞吞101

四、胞吐103

五、原核分泌系统105

第六章 细胞通讯108

第一节 细胞的通讯方式108

一、细胞通讯的种类108

二、细胞通讯与信号转导的进化110

第二节 细胞信号转导111

一、细胞信号转导的步骤111

二、信号分子112

三、受体113

四、第二信使117

五、磷酸化级联反应119

六、终效应分子120

七、细胞信号转导途径网络120

第三节 细胞接触通讯120

一、细胞连接依赖的细胞通讯121

二、黏附分子介导的细胞通讯121

三、突触124

四、细胞与外基质的连接与通讯124

第四节 植物细胞间通讯125

一、植物细胞间通讯的特点125

二、植物激素介导的细胞间通讯125

三、胞间连丝介导的通讯126

第七章 能量与代谢128

第一节 生命与能量128

第二节 两个定律控制能量变化129

一、热力学第一定律129

二、热力学第二定律129

第三节 自由能的变化决定化学反应的方向130

第四节 ATP是能量的流通货币131

第五节 酶是生物催化剂133

一、活化能和反应速率133

二、酶是生物催化剂133

第六节 代谢及其调控138

第七节 生物化学途径的进化139

第八章 细胞呼吸捕获化学能141

第一节 细胞捕获化学键中的能量141

一、细胞呼吸“燃烧”葡萄糖获得能量141

二、细胞呼吸中电子从葡萄糖（有机燃料）传递到氧气142

三、电子传递过程中的氧化还原反应释放能量并贮藏于ATP142

四、氢载体NAD+在氧化还原反应中使电子来回穿梭142

五、氢载体把电子传递到O2逐步释放能量143

六、细胞生成ATP的两种机制143

第二节 细胞呼吸的过程144

一、糖酵解通过氧化葡萄糖生成丙酮酸获取化学能144

二、丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A145

三、Krebs循环146

四、电子传递链和氧化磷酸化147

五、有氧呼吸的产率148

六、细胞呼吸的调控149

第三节 发酵使细胞在无氧条件下产生ATP150

一、乙醇发酵150

二、乳酸发酵151

第四节 其他分子的代谢也提供能量151

第九章 光合作用154

第一节 对光合作用的认知是科学研究的范例154

第二节 光合作用在叶绿体内进行155

一、叶绿体的结构155

二、光合色素捕获太阳光中的能量156

三、光合系统157

第三节 光反应将光能转化为化学能158

一、线性非循环电子传递链158

二、光反应中ATP的化学渗透生成158

三、循环电子传递链159

第四节 碳反应利用ATP和NADPH把CO2转化成糖160

一、卡尔文循环160

二、光合作用的产物是甘油醛-3-磷酸161

三、光呼吸消耗O2并释放CO2161

四、热带植物用C4途径固定CO2162

第五节 光合作用的意义163

第十章 细胞分裂与繁殖165

第一节 染色体结构与数量165

一、染色体结构165

二、染色体数量167

第二节 有丝分裂167

一、细胞分裂167

二、有丝分裂过程168

第三节 有性生殖的减数分裂169

一、减数分裂169

二、第一次减数分裂170

三、第二次减数分裂171

第四节 动植物有性生殖的配子形成171

一、动物的配子形成171

二、植物的配子形成172

第五节 细胞分裂周期172

一、细胞周期173

二、细胞周期调控173

三、细胞周期与肿瘤176

第六节 细胞的分化178

一、细胞的分化潜能178

二、细胞分化的机制179

三、干细胞180

第七节 细胞凋亡182

一、细胞凋亡的主要特点182

二、凋亡的分子机制184

第十一章 遗传与基因187

第一节 遗传187

一、孟德尔遗传方式187

二、单基因遗传和复等位基因190

三、基因的连锁与交换192

四、遗传标记与基因诊断194

五、性别决定195

六、伴性遗传197

第二节 遗传的分子基础——DNA199

一、什么是遗传物质199

二、DNA的结构202

三、DNA如何复制206

四、什么是基因210

第三节 基因的结构与信息流213

一、中心法则与信息流213

二、遗传密码213

三、信息流：转录，随后翻译217

四、真核生物转录物的剪接加工221

五、原核生物和真核生物基因表达的差异224

第四节 基因技术224

一、DNA操作与基因克隆224

二、基因工程的流程228

三、生物技术正在掀起一场科技革命233

第五节 基因组238

一、遗传图和物理图238

二、基因组测序240

三、基因组测序计划242

四、基因组学的研究与应用244

第六节 基因的表达与调控247

一、基因的转录调控247

二、转录因子如何识别基因表达调控元件248

三、原核生物基因转录起始调控250

四、真核生物远距离转录调控252

第七节 发育的细胞机制257

一、发育是一个有序调控的过程257

二、发育模式的决定261

三、同源异形基因与发育模式的调控263

四、干细胞与体细胞克隆265

第十二章 生物的多样性269

第一节 病毒269

一、病毒的特性269

二、亚病毒275

三、病毒与人类疾病277

第二节 原核生物界284

一、原核生物细胞的基本特征284

二、原核生物的主要类群287

三、原核生物与人类生活密切相关290

第三节 原生生物界293

一、变形虫293

二、草履虫294

三、眼虫294

四、衣藻294

五、海带295

第四节 真菌界296

一、真菌的基本特性297

二、真菌各类群的主要特征299

三、真菌与其他生物的共生关系302

第五节 植物界304

一、苔藓植物304

二、蕨类植物306

三、裸子植物311

四、被子植物313

第六节 动物界314

一、无体腔的无脊椎动物314

二、具有假体腔的无脊椎动物317

三、具真体腔的无脊椎动物318

四、具脊索的动物323

第十三章 植物的结构与功能332

第一节 植物的组织332

第二节 植物的营养器官336

一、根的结构与功能336

二、茎的结构与功能341

三、叶的结构与功能345

第三节 植物的生殖器官347

一、花的形态与结构347

二、种子的结构349

三、被子植物果实的形态与结构350

第十四章 动物的结构与功能352

第一节 动物体的结构与功能相适应352

一、结构与功能相适应是动物体中的普遍现象352

二、动物体结构有层次之分353

第二节 消化系统359

一、消化系统的类型与适应性359

二、脊椎动物的消化系统360

第三节 排泄系统364

一、渗透调节364

二、排泄系统的组成与功能366

第四节 呼吸系统368

一、气体交换368

二、呼吸机制与呼吸调控372

第五节 循环系统375

一、循环系统与其他组织的密切联系375

二、人类的心脏和心血管系统376

三、循环系统的类型与进化381

第六节 繁殖、生殖系统和胚胎发育384

一、动物的无性繁殖和有性生殖384

二、人类生殖系统388

三、受精和胚胎发育393

四、辅助生殖技术396

第七节 神经系统397

一、神经系统的结构398

二、突触的结构399

三、神经冲动401

四、感觉器官402

第八节 运动系统405

一、动物的运动系统405

二、骨的结构406

三、肌肉的收缩机制406

四、神经调控肌肉收缩410

第九节 内分泌系统与动物激素作用411

一、内分泌系统411

二、内分泌腺、激素及其主要生理作用411

三、激素的作用机制416

四、内分泌系统的功能调节418

第十五章 生物进化421

第一节 生物进化思想的产生和发展421

第二节 生物的遗传与变异423

一、表型可塑性423

二、遗传重组424

三、突变424

第三节 生物居群的遗传结构与自然选择425

一、居群的遗传结构425

二、自然选择及其在生物进化中的作用426

第四节 居群分化与物种形成428

一、居群的隔离与分化428

二、物种与物种形成429

第十六章 生态与环境434

第一节 生境与生态因子分类434

一、生境的概念434

二、生态因子分类434

三、生物的能量环境和物质环境435

四、生态因子及其效应436

五、生态因子作用的一般特征445

第二节 种群生态学446

一、种群生态学的基本特征446

二、种群的数量变动与调节452

三、人类种群的增长现状与发展趋势453

第三节 生物群落与生物多样性458

一、生物群落的基本概念458

二、生物多样性的保护465

第四节 生态系统474

一、生态学系统474

二、生态系统的概念475

三、生态系统的结构和功能476

四、生物地球化学循环480

五、保护生态平衡486

索引490