第一章生命的起源与生命的物质基础

第一章生命的起源与生命的物质基础
第一节生命的起源
一、地球最早出现的生物
大约40亿年前，诞生了最早的生命…异养细菌，到35亿年前，出现了具有光合作用的原核生物，原核生物对地球自然环境的发展产生了重大影响：原始大气成分发生改变，氧的含量增加；原始生物从嫌氧发展成喜氧，逐渐形成生物圈；有机体的发展增加了太阳能在地球表面的存储，改变了地球表层的组成和结构。

二、生命化学演化学说
现在普遍认为原始生命的起源与发展需要经过化学演化和生物进化两个阶段，从而生命起源的最早阶段是化学演化阶段。

化学演化过程可分成以下三个阶段：
1.从无机小分子到有机小分子
1953年，美国科学家米勒（Stanley Miller）设计了一个实验，模拟在原始还原性大气条件下氨基酸产生的过程，并取得了成功。

由此可以看出：在原始地球条件下，原始大气成分在一定能量的作用下，完全可以完成从无机物向简单有机物的转化。

2.从有机小分子到生物大分子
原始地球普遍存在于高于水沸点的环境中，这促进了氨基酸和核苷酸等有机小分子聚合成蛋白质和核酸等生物大分子，而生命的物质基础就是蛋白质和核酸。

3.原始生命的诞生
最初的原始生命是非细胞形态，经过漫长的历史演变，逐渐发展成为具有细胞形态的原核生物，进而再进化产生真核生物，由真核单细胞进化到真核多细胞。

第二节生命的物质基础
一、组成生物体的化学元素
生命的世界也是物质的世界，组成生物体的基本成分是化学元素，所有的生命形态，其
化学元素组成基本相同。

在组成生物体的大量元素中C是最基本的元素，C、H、O、N是基本元素，C、H、O、N、P、S是主要元素，大约共占原生质总量的97％，是生物体组成的主要物质。

生物需要量很少，但生命活动所必需的一些元素被称作微量元素，如Fe、Mn、Zn、Cu、I、B、Mo等。

组成生物体的化学元素的作用是：1.它们可进一步组成各种化合物；2.这些化学元素能
够影响生物体的生命活动。

二、组成生物体的化合物
组成生物体的化合物可分为无机物和有机物两大类。

无机物主要有水和无机盐。

有机物
主要有糖类、脂类、蛋白质和核酸等。

（一）水
在生物体的化学组成中，水的含量是最高的，占生物体质量的65％-95％。

水在生命中
的作用主要有以下几个方面：
1.水是代谢物质的良好溶剂和运输载体。

2.水是促进代谢反应的物质。

3.水参与细胞结构的形成。

4.水有调节各种生理作用的功能。

（二）无机盐
无机盐在生物体内通常以离子状态存在，仅占身体干重的2％-5％，其主要作用有维持渗透压、维持酸碱平衡以及其他特异作用等。

（三）糖类
糖类在人类体内含量较少，一般占其干重的2％以下。

1.糖类分为单糖、二糖和多糖。

（1）单糖如葡萄糖、果糖、核糖、脱氧核糖。

葡萄糖是生物体的直接能源物质。

核糖和脱氧核糖都是构成生物遗传物质（DNA或RNA）的重要组成成分。

（2）二糖最重要的二糖是人类日常食用的蔗糖、麦芽糖和乳糖。

（3）多糖最重要的多糖有三种，即淀粉、糖原和纤维素。

2.糖类的主要功能：（1）糖类是一切生物体所需能量的主要来源，为生物体提供能量以维持生命活动：（2）糖类能够作为生物体的结构组分参与各种组织；（3）糖类还是生物体合成其他化合物的重要碳源：（4）糖类在细胞识别、免疫活性等多种生理活动中有重要意义；（5）糖类还是一种重要的信息分子，并能和蛋白质、脂类物质形成复合糖，在生物
体内发挥重要作用。

（四）脂类
1.脂类主要包括脂肪、类脂和固醇等。

（1）脂肪也叫中性脂，是人体内的储能物质。

脂肪组织广泛分布于皮下和各内脏器官的周围，可减少内脏器官间的相互摩擦、撞击等，起着保护垫和缓冲机械撞击的作用。

（2）类脂类脂包括磷脂和糖脂。

（3）固醇又叫甾醇，人体内最常见也是最重要的固醇为胆固醇。

2.脂类的主要功能：（1）脂类是构成生物膜的重要成分；（2）机体表面的脂类有防止机械损伤和水分过度散失的作用；（3）脂类与其他物质相结合，构成了细胞之间的识别物质和细胞免疫的成分；（4）某些脂类具有很强的生物活性。

（五）蛋白质
蛋白质是生命最基本的物质之一。

1.蛋白质的组成元素和基本组成单位蛋白质主要由C、H、O、N四种元素组成。

基本组
成单位是氨基酸，组成天然蛋白质的氨基酸约有20种，并且都是L型的a-氨基酸。

2.蛋白质的结构可分为一级、二级、三级、四级结构，呈现多样性。

3.蛋白质的生物学功能（1）催化作用：新陈代谢所要进行的所有生化反应，几乎都是
在生物催化剂——酶的作用下完成的；（2）运输作用和储存作用；（3）结构和机械支持作用；（4）收缩或运动功能；（5）免疫防护功能；（6）调节作用。

4.蛋白质的变性变性的实质是由于维持高级结构的次级键遭到破坏而造成天然构象
的解体，有些变性是可逆的（能复性），有些则不可逆。

（六）核酸
生物体内存在两大类核酸，即脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。

前者主要存在于细胞核中，后者则主要存在于细胞质中。

核酸是生物的遗传物质。

1.核酸的组成元素及其基本组成单位核酸是由C、H、O、N、P等元素组成的高分子化合物。

其基本组成单位是核苷酸。

组成DNA的碱基有四种：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）。

组成RNA的碱基也有四种：A、G、C、尿嘧啶（U）。

2.核酸的结构
（1）DNA的一级结构是直线形或环形。

DNA的二级结构是由两条反向平行的多核苷酸链绕同一中心轴构成双螺旋结构。

DNA双螺旋结构具有以下特点：①DNA分子是由两条方向相反的平行多核苷酸链构成，两条链的主链都是右手螺旋，螺旋表面有大沟和小沟；②碱基均在主链内侧，A与T配对，G与C配对，依靠碱基之间的氢键结合在一起，“半保留复制”；
③成对碱基处于同一平面，与螺旋轴垂直，双螺旋的平均直径为2nm，核苷酸之间的夹角为
36°，每转1周有10个碱基对，螺距为3.4nm。

（2）RNA的螺旋结构特点：①RNA是单链分子，通常较短；②RNA螺旋区的两条链也是沿相反方向平行，A与U、G与C配对，但碱基既不彼此平行，也不垂直于螺旋轴；③RNA 分子的非螺旋区呈不规则单链形式存在，或自由弯曲成“环”。

3.生物学功能（1）核酸是遗传信息的载体；（2）核酸是一切生物的遗传物质。