经全国中小学教材审定委员会 2004年初审通过 普通高中课程标准实验教科书 生物o 必修 分子与细胞 人民教育出版社课程教材研究所编著 生物课程教材研究开发中心 人真清成社
目录 科学家访谈探索生物大分子的奥秘 第1章走近细胞 第1节从生物圈到细胞… 第2节细胞的多样性和统一性 科学前沿组装细肥 12 第2章组成细胞的分子…… .+分分分 15 第1节细胞中的元素和化合物…… 16 第2节生命活动的主要承担者—蛋白质 20 科学史话世界上笫一个人工合成蛋白质的诞生 24 科学前沿国际人类蛋白质组计划 第3节遗传信息的携带者—核酸…………………26 第4节细胞中的糖类和脂质 30 第5节细胞中的无机物 第3章细胞的基本结构……………39 第1节细胞膜—一系统的边界 第2节细胞器—系统内的分工合作… 科学家的故事细胞世界探微三例 第3节细胞核——系统的控制中心
第4章细胞的物质输入和输出…… 第1节物质跨膜运输的实例 60 953 第2节生物膜的流动镶嵌模型… …65 第3节物质跨膜运输的方式 .70 科学前沿授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究 74 第5章细胞的能量供应和利用………7 第1节降低化学反应活化能的酶……………………78 酶的作用和本质………………78 二酶的特性 ………………………83 科学·技术·社会酶为生活添姿彩……………87 第2节细胞的能量“通货”—ATP…………………88 第3节ATP的主要来源—细胞呼吸 第4节能量之源—一光与光合作用… 97 捕获光能的色素和结构 二光合作用的原理和应用 …101 第6章细胞的生命历程………………………109 第1节细胞的增殖…………110 第2节细胞的分化………………………117 第3节细孢的衰老和凋亡… …………121 第4节细胞的癌变 ……125 与生物学有关的职业医院里的检验师……………128
与科学家访谈 探索生物大分子的奥秘 ——与邹承鲁院士的一席谈 邹承鲁 江苏无锡人,生物化学家。中国科学院院士,第三世 界科学院院士。他做学问所遵循的基木原则是:努力迫求 科学真理,避免追求新闻价值,跟踪最新发展前沿,不断 提高水平,勤奋工作,永不自满。 邹承鲁院士已经80多岁了,但他每天都要工作6-7个 小时,我们在他的办公室采访了他。 邹院士的工作与蛋白质有密切关系。蛋白质是重要的 生命物质,是生物体所特有的生物大分子。天然蛋白质都 是生物合成的。如果能够人工合成蛋白质,将打破生物界 与非生物界的界限,极大地推进人类对生物大分子的研究 和应用。世界上第一个人工合成的蛋白质—具有生物活 性的结晶牛胰岛素,是由我国科学家完成的。这一壮举已 载入史册成为生物科学发展历程中一个重要的里程碑。邹 院士是这项工作的主要参加者,因此我们的采访围绕这一 话题展开。 问:人工合成牛胰岛素是在1965年成功的,您还记得 获得成功的那一刻的情景吗? 答:当然记得。最后的实验是在一个房间里进行的,因 为房间小,所以在里面工作的人不多。当时只允许三个人 进那个房间,其他人都在外面等候。实验成功的消息传出 来,大家都激动得欢呼雀跃起来。 问:那一刻,您最大的感受是什么? 答:终于完成了。 问:这项课题是1958年确定,1965年完成的。按照当 时的国情,实验室设备条件应该是比较简陋的,这给你们 造成了很多困难吧? 答:条件是很差。就像拿20世纪60年代的北京和现
在的北京比吧。不过这项工作还是得到了领导 的大力支持,在经费等各个方面都尽可能地给 予保证。 问:在这么困难的条件下,你们是怎么想到 做这个高难度的课题的?是其他科学家的工作让 你们感觉有一定的把握吗? 答:没有,只是凭一股热情。当时大家就是 有一个愿望,做出一项重大的科研成果,为祖国 发展做贡献。记得当时参加选題讨论的人很多, 气氛非常热烈,记不得是我还是别人,提出了“人 结品牛胰岛素 工合成胰岛素”这个课題。课題一提出,就得到大家的一致 响应。因为全世界还没有人做成过,所以说这一课题是非常 有挑战性的,它需要有很大的男气和创折思维,这对科研工 作者来说是很有吸引力的。 问:蛋白质在生物体内非常多,为什么还要人工合成 呢?直接提取不是更方便吗? 答:19世纪尿素人工合成的成功,曾被认为打破了生 命物质与非生命物质之间的界限。但是尿素并没有生物活 性。而胰岛素是结构复杂并且具有特定生物功能的白质 分子胰島素的人工合成,才能真正算得上打破生命物质与 非生命物质的界限,是人工改造生命的一个重要里程碑。在 定意义上讲,这一成就对科学发展的澎响是超前的。当 然,现在对于蛋白质结构与功能关系的研究已经进展得非 常快了。 问:您觉得在那样一个年代,取得科研成就最重要的 因素是什么? 答:锲而不舍的精神。不光是那个年代,现在进行科 学研究同样需要锲而不舍。 问:当时在实验室里,你们做了多少次实验?是不 是经历了很多次失败? 答:搞科学研究,失败是不可選免的。合成 胰岛素的过程中,因为一开始思路就比 较正确,我印象里失败的次数不是很 问:为了保证设计的实验方案尽 可能科学、合理,你们事先做了哪些工 作?
工全古戊斗素 答:当时我们查阅了大量的文献,了解人家做 经过六年多的努力,我国科学家终于成功合成了 过的实验、有哪些成功的经脸,是怎么失敗的,分析 乌素这是人是历史上第一次用人工的方法合别人失败的原因,然后再制定我们的实验方案。事实 成蛋白质,柱 类向合底生命线以了第 证明,这是很有必要的,可以避免少走很多弯路。牛 法界人线烂品144人民日报视陵岛素合成得以顺利进行,与科学的工作方法是分 了这一重要研完成果 不开的。 英国BC电台在黄金时 间广播了 这一涓息 问:您在人工合成胰岛素,蛋白质结构和功能 的研究,以及酶学方面都有许多成就,可以说您的 生都在研究生物大分子。您是不是对生物大分子情 有独钟呢? 答:我在上中学的时侯,就对各种生命現象特 别好奇。虽然我在西南联大上大学时念的是化学系, 但是我一直对生命科学怀着浓厚的兴趣。随着学习 和研究的深人,我发现许多生命科学的问题,都要到 细胞中寻找答案,而对细胞生命活动规律的阐明,又 必须建立在阐明生物大分子结构和功能的基础上。 所以我一生都在从事生物大分子的研究。 我最想对高中生说的话 办老实事,说老实话,做老实人! 2004年1月
第/章走近细胞 说到细胞,我们还清晰地记得它在显微镜下的影像。还需要进一步探究吗? 悠悠300余年,关于细胞的研究硕果累累;近50年来更进入了分子水平,老 树又绽新花。许多研究成果已经或将要走进我们的生活:植物细胞在培养瓶中悄 然长成幼苗;动物体细胞核移植诞生了克隆动物;不同生物细胞间DNA的转移创 造出新的生物类型及其产品;病危的生命期盼着干细胞移植的救助……让我们再 次走近细胞,更深入地探索它的奥秘 每一个生物科学问题的答案都必须在细胞中 寻找。 美国细胞生物学家威尔逊(EBWi on
第1节从生物圈到细胞 问题探讨 SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome, A 重急性系统综合症,俗称非典型性肺荚)是由一 种冠状病毒引发的严重传染病。2003年,我们亲历 了与它斗争的过程。 讨论 病毒不具有綱胞结构,是怎样生活和繁殖的? SARS悲者肺部X光片示弥漫性阴影 2.根据你掌握的料,说说SARS病侵害了 (左上角为SARS病添模式图) 人体的哪些细胞,是如何危及人的生命的 本节聚焦 生命活动离不开细胞。即使像病毒那样没有细胞结构 ·为什么说生命活动离 的生物,也只有依赖活细胞才能生活。 不开细胞? 细胞是生物体结构和功能的基本单位。尽管生物科学 地球上的生命系统可 的研究已经进入分子水平,并且对生物大分子(如核酸、蛋 以分为哪些层次? 白质等)的研究已经相当深人,但是这些大分子并没有生 为什么说细胞是基本 命。生命和细胞难解难分。 的生命系统? 生命活动离不开细胞 运用你已有的知识和经验,分析和讨论以下实例,说 明生命活动与细胞的关系。 资料分析 生命活动与细胞的关系 实例1.草履虫的运动和分裂 2第1章走近细胞
实例2.人的生殖和发育 电分裂 胚泡形成 格子进入卵 细,受稱 胚泡植人 卵果持出卵愿 了宫内鸦 了宫内 卵果 5周的胚胎 10周的胎儿 新生儿 实例3.缩手反射的结枃某础 第1节从生物围到纽3
实例4.艾滋 病(AIDS)是由 HIV(人类免疫缺 构,它还能完成这些生命活动吗? HIV 陷病毒)感染人体 2.在你和父母之间,什么细胞克当了遺 免疫系统的淋巴 传物质的“桥梁"?胚胎发育与细胞的生命活 细胞引起的。淋 动有什么关系? 巴细胞被大量破 3.数一数完成一个苘单的缩手反射,至 坏,导致人体免 少需要哪些细胞的参与?你能说清楚你现在 疫力降低,病人淋巴细 进行的学习活动需要多少种类和数量的胞 大多死于其他病 参与吗? 原微生物的感染 4.HⅤ破坏淋巴细胞,导致艾滋病。你 还能举出特定的鈿胞受到损伤导致疾病的例 讨论 子吗? 1.稌实例1图上表示的以外,草履虫还能 5.生命活动离不开鈿胞,你还能举出其 完成哪些生命活动?如果没有完整的细胞结 他实例来说明吗? 生物圈中存在着众多的单细胞生物,如细菌、单细胞 藻类、单细胞动物等,单个细胞就能完成各种生命活动。许 多植物和动物是多细胞生物,它们依赖各种分化的细胞密 切合作,共同完成一系列复杂的生命活动。例如,以细胞 代谢为基础的生物与环境之间物质和能量的交换;以细胞 增殖、分化为基础的生长发育;以细胞内基因的传递和变 化为基础的遗传与变异,等等。 离开细胞,就没有神奇的生命乐章,更没有地球上那 瑰丽的生命画卷。 生命系统的结构层次 相关信息 地球上瑰丽的生命画卷,在常人眼中,也就是芸芸众 系统是指彼此间相互作用、相 生,千姿百态。但在科学家的眼中,它们却是富有层次的 互依赖的组分有规律地结合而 生命系统( life systen):从生物圈到各种生态系统;从大 形成的整体。比如,你的身体是 由许多器官在结构上相互联系、 大小小的群体到每个独特的个体;个体水平以下是组成个 在功能上相互配合而形成的整 体的器官、组织,直至细胞。简而言之,从生物圈到细胞, 体,因此可以看做一个系统 生命系统层层相依,又各自有特定的组成、结构和功能。 让我们以一只龟(个体)为例,放到生命系统的结构 层次之中,研究一下各层次的相互关系(图1-1)。 第1章走近细胞
