生命的多样性

1、第一节生物分类学分类的系统分类学的发展人为分类(依据生物形态与解剖学上的相似性)一一自然分类(物种演化过程中的 亲缘关系)一一生化分类(生物化学、免疫学、遗传学、分子生物学标准)人为分类：属名，种名。集大成者-瑞典植物学家林奈除了利用现存物种的性状进行比较外，还从种系发生的角度，比较化石种与 现存种，使分类更接近真实。自然分类法得出的结果，大部分与人为分类法 一致，但有时也有差别。生化分类中如免疫学分类方法一一免疫交叉反应越强的物种，一般而言，亲 缘关系越近随着分子生物学迅速发展，追溯生物间进化关系可以通过直接比较不同生物的编 码和非编码区序列追溯它们的进化谱系(phylogeny),并在此基

2、础上建立起了分子系统学 (molecular systematics)。蛋白序列或核酸序列越接近的物种，亲缘关系越近分类的等级1林奈的分类系统包括纲、目、属、种四个 等级。现代分类学增加为 7 级：界(kingdom)、门(phylum)、纲(class)、目(order)、科(family)、 属(genus)、种(species)。例如人：动物界，脊索动物门，哺乳动物纲真兽亚纲，灵长目类人猿亚目，人科人属人种物种(species)的概物种：根据现代遗传学的定义，物种是具有共同基因库、与其他类群有生殖隔离的群体。生殖隔离(reproductive isolation)：由于某些生物学因素的存

3、在，两个物种的个体之间无法 产生可存活的，有生殖力的后代。生殖隔离分为两种：合子前生殖隔离和合子后生殖隔离。合子前隔离(prezygonic barriers)：合子无法形成包括情况：生态隔离：两个物种生活于同一区域，但栖息地不同，无法相遇。行为隔离：相近的物种间，如鸟类，往往采用不同的求偶仪式，时间隔离：如植物花期不同；动物繁殖期不同。器质性隔离：相近动物物种，交配器官无法适合，使交配不可能。阻碍受精：精子和卵子不会互相吸引；如植物花粉难以在异种柱头上萌发。合子后隔离(postzygonic barriers):形成的合子无法存活或生育包括情况：两个物种的发育进程不匹配，使杂种合子往往在发育

4、过程中夭折。有时合子虽然能够完成发育，但得到的个体羸弱，在选择中夭折。合子有的很强壮，但由于减数分裂时染色体不匹配无法产生后代。生物分界两界一一植物界和动物界三界植物动物、原生动物五界一一原核生物、原生生物、动物、植物、真菌如今的三域六界系统：古核生物(新近增加)、原核生物、真核生物(原生生物、动 物、植物、真菌)注：（一）古核生物细菌：单细胞生物，兼具原核生物和真核生物的某些特征，还具有既不同于 原核细胞也不同于真核细胞的特征。多生活在极端的生态环境中，通常对其它生 物 无害，且未知有致病古菌。古核生物分类：极端嗜盐（生活在高盐的产盐池中），极端嗜热,产甲烷（二）原生生物（1）原生动物（pr

5、otists）:吞咽食物的原生生物。例如：贾第虫（细胞核内有二单分体，能引起人类腹部痉挛和严重腹泻）克氏锥虫（由舌蝇传播，引起人类昏睡病）疟原虫（由按蚊传播）利什曼原虫（引起利什曼病，由沙蝇传播）放射虫、有孔虫、腰鞭毛虫黏菌（mycetozoans）:暨像原生动物又像真菌的原生生物生命史中既有变形虫的身体构造，也有与真菌类似的能够释放抱子的子实体（3）藻类（algae）:进行光合作用的原生生物例如，团藻衣藻硅藻海藻（seaweeds）:多细胞的水生藻类例如，红藻褐藻金藻（三）真菌界（Kingdom Fungi）（1）真菌异养（heterotrophs）腐生。不直接摄取食物，而是分泌胞外酶（ex

6、oenzymes）将 周围营养物质分解为小分子后再吸收。（2） 结构 细胞壁：细胞有细胞壁，大多由分支或不分支的菌丝（hyphae）、菌丝体 （Mycelia）构成，低等真菌的细胞壁成分以纤维素为主，酵母菌以葡聚糖为主，而高等真菌则以几丁质为主。（3）真菌的起源：真菌界与动物界的亲缘关系近于植物界，可能与动物界拥有 共同的祖先：单细胞的鞭毛原生生物。真菌可能是最早的陆生生物之一，当时可能与植物形成共生关系。例如:地衣真菌中的子囊菌和绿藻或蓝藻的共生体。特殊的菌丝能够从细胞中吸收营养。（4例子：壶菌，球囊菌，子囊菌门（青霉菌，酵母菌，冬虫夏草），接合菌门（5真菌的意义真菌作为分解者对于有机和无机

7、环境的物质循环发挥重要作用。真菌与植物、动物形成广泛的共生关系。人类利用真菌为食物或制备食物如奶酪，酿酒，面包等。真菌能产生抗细菌的抗生素但是，30%的真菌为生物的病原体，可使动植物人类患病（四）植物界：包括藻类、苔藓植物、蕨类植物、裸子植物、被子植物（藻类？）（五）动物界第二节病毒与人类病毒病病毒是人类主要的病原体之一，约有400多种病毒可以感染人类（造成多次瘟疫如麻疹病毒、 天花病毒、流感病毒、HIV病毒，新病毒层出不穷如埃博拉病毒、禽流感病毒、SARS冠状病 毒、H1N1流感病毒）补充：传染病原鉴定的柯赫法则1在每一病例中都出现这种微生物；2要从寄主分离出这样的微生物并在培养基中培养出来

8、；3用这种微生物的纯培养接种健康而敏感的寄主，同样的疾病会重复发生；4从试验发病的寄主中能再度分离培养出这种微生物来。.病毒的特征及结构（一）病毒概念及特征：病毒是一类非细胞结构的生物实体，是非细胞形态的生命体，是迄今发现（最初发现的是烟 草花叶病毒）的最小、最简单的有机体。病毒由一个或几个DNA分子或RNA分子，外包 一个蛋白质外壳（有时也含有脂类和糖）构成。只能在活细胞内增殖，专性活细胞内寄生。按照宿主不同，病毒可分为动物病毒、植物病毒和细菌病毒一噬菌体（bacteriophages） 三大类，这三类病毒之间，一般不会交叉感染。直径10 400nm,必需经过扫描电子显微镜和透射电子显微镜可

9、见。（二）病毒的结构基因组：DNA或RNA，单链或双链，环状或线状。储存遗传信息，是病毒的感染单位。衣壳（capsid）：包裹在遗传物质外面的蛋白质外壳，保护核酸，决定抗原性。根据其形状 可将病毒分为三大类，杆状、线状和多面体。某些种类的病毒衣壳内含有少数几种酶分子， 主要与病毒核酸的复制有关。包膜（envelopes）；核衣壳之外，主要成分为脂类与蛋白。帮助病毒侵染细胞。*包膜脂类通 常来自于宿主细胞的核膜或质膜。包膜蛋白通常由病毒基因编码，帮助病毒识别宿主细胞，可用于鉴定病毒。（三）病毒的种类按照宿主划分：动物病毒、植物病毒和细菌病毒（噬菌体）按照核酸划分：DNA病毒：单链DNA（ ssD

10、NA）病毒双链 DNA（ dsDNA）病毒RNA病毒：双链RNA（ dsRNA）病毒单链逆转录（retrovirus）病毒单链RNA（ ssRNA）病毒：正链RNA病毒（基因组单链RNA直接作为mRNA）负链RNA病毒（基因组单链RNA作为mRNA合成的模板哪个作为mRNA）：例如流感病毒三.病毒生活史（一）病毒生活史的一般步骤吸附：病毒通过表面的蛋白与细胞表面的特异的受体分子结合；侵染：病毒基因组进入宿主细胞，方式各有不同（胞吞，膜融合，核酸注入）；复制：利用宿主细胞提供的整套装置复制其基因组，合成蛋白；装配：基因组和核衣壳蛋白自发地组装成病毒粒子;释放：细胞会被裂解，释放出子代病毒，继续新

11、的感染周期。细菌的溶源周期与裂解周期跟蛋白酶有什么关系原病毒：整合到宿主 细胞基因组中的病毒DNA原噬菌体：整合到细 菌基因组中的噬菌体DNA溶源型细菌：携带有 原病毒或原噬菌体的 细菌 （二）病毒的复制1.DNA病毒利用宿主酶在细胞核内复制DNA，转录mRNA； 2.RNA病毒利用自身携带的依赖于RNA的RNA聚合酶在细胞质中复制RNA，转录mRNA；逆转录病毒通过自身携带的依赖于RNA的DNA聚合酶（逆转录酶）在细胞质中合成DNA 中间体，进入细胞核，整合进宿主染色体形成原病 毒；再利用宿主细胞的酶转录合成mRNA 以及病毒遗传物质RNA。（三）几种病毒流感病毒的RNA复制易产生突变，两种

12、不同的流感病毒感染同一种细胞，由于其片段的自 由组合会产生新的病毒（流感病毒三剑客；人猪禽流感病毒）而氨基酸序列的微小变 异即可使禽流感病毒能感染人2.单链RNA逆转录病毒代表：人免疫缺陷病毒，HIVHIV专一性地侵染表面具有CD4抗原的细胞，如T辅助细胞、单核细胞和巨噬细胞，尤其是 记忆性T细胞被大量感染。这些细胞通常死亡，但有一些会存活下来并进入休眠期，携带 HIV原病毒长达数年，原病毒可以重新活化产生新的病毒。HIV的突变率高，机体无法对快速突变产生的病毒变种发生有效的免疫反应，从而无法阻 止病毒的快速增殖；另一方面也会加速产生抗病毒药物的抗性。(非凡控制者对HIV具有天然抵抗力)机理：

13、HIV分子侵入人体初期，人体的吞噬细胞会吞噬病毒，白细胞中的抗原(HLA)分子 与病毒抗原结合，吸引辅助性T细胞并活化它。辅助性T细胞召集杀伤性T细胞，进攻被病 毒感染的细胞。但多数感染者杀伤性T细胞识别HLA-病毒蛋白复合物的能力不强，不能完 全消灭被病毒感染的细胞。但是非凡控制者的HLA分子发生突变，使被感染细胞容易被杀 伤性T细胞识别。类病毒与肮病毒(一)1.真病毒(virus):DNA或RNA与蛋白质组成的具有感染能力的核酸-蛋白质复合体。类病毒(viroids):具有感染能力的环状单链RNA，由几百个核苷酸组成，不编码蛋白质， 部分具有核酶活性。最早由Theodor O. Diene

14、r于1971年在马铃薯纺锤块茎病中发现，导 致多种植物病变。肮病毒(prions，Proteinoceous Infectious Particle)具有感染能力的蛋白。导致疯牛病，人 库鲁病，克雅氏病等神经系统病症。病毒的起源病毒起源的两种假说病毒是介于生物大分子与细胞间的桥梁；生物演化：生物大分子f病毒f细胞。细胞核可能是从原核生物中永久安家的大型DNA病毒进化而来。病毒由脱离细胞独立出来的细胞核酸演变而来。至少一些比较复杂的包膜病毒，由寄 生性细胞退行性进化来。新的致病病毒产生的可能途径已经存在的病毒发生突变，尤其是RNA病毒；病毒从一种宿主迁徙到另一种宿主例如：野生动物与人的近距离接触

15、可能是人类新兴病毒病的重要原因。原来在某些小的孤立群体中未绝灭的病毒由于社会等原因会造成全球流行；环境的改变，自然或人为，将增加病毒致病的几率。病毒与癌症目前已有证据表明病毒至少与6种人类癌症发生有关： Epstein-Barr (EBV)病毒，疱疹病毒，引起两种癌症，Burkitt淋巴瘤，鼻咽癌。乙型肝炎病毒与肝细胞性肝癌人疱疹病毒8型与卡波西氏肉瘤的发展人乳头瘤病毒(HPV)与宫颈癌(人类可能消除的第一个恶性肿瘤)逆转录病毒人T细胞白血病病毒HTLV导致人T细胞白血病和毛状细胞白血病病毒的致癌途径：病毒本身携带癌基因(RNA病毒)，在短时间内诱发肿瘤。病毒自身基因编码的蛋白干扰宿主细胞正常

16、基因的作用，诱发肿瘤。病毒的强启动子或增强子诱导宿主的原癌基因过度表达，使细胞癌变。病毒病及防治（一）病毒病的传播途径空气传播的病毒病：禽痘（水痘）和带状疱疹；流感；严重急性呼吸道综合征；麻疹； 流行性腮腺炎；病毒性肺炎：风疹；天花节肢动物媒介的病毒病：黄热病；脑炎直接接触传播的病毒病：获得性免疫缺陷综合症；唇疱疹；普通感冒；狂犬病食物和水传播的病毒病：胃肠炎；甲型肝炎；脊髓灰质炎其它病毒病：疣（二）防治抗病原微生物的化学疗法概念:化疗剂：用于治疗疾病的化学试剂抗生素（antibiotic）:可杀死敏感微生物或抑制其生长的微生物产物及其衍生物，化学合成的 药物有时也称为抗生素半合成抗生素：天然

17、抗生素加上额外的化学基团的修饰。k抗病毒药物（1）干扰病毒生命循环中的关键步骤：金刚胺，甲金胺，利托那韦例如新出现的阻止蛋白酶对HIV外壳蛋白的切割，阻碍新合成病毒的装 配过程（2）抑制病毒特异性核酸的合成：叠氮胸 苷，阿糖腺苷，无环鸟苷（3）干扰素（Interferon,IFN）:动物体内产生的抗病毒细胞因子，抑制病毒复制 对这些药物进行选择性组合，称为鸡尾酒疗法。但不能完全清除病毒，并且已出现抗药病毒免疫疗法（1）主动免疫：通过给予疫苗预防注射使易感人群或家畜产生对病原体的免疫反应，免遭 传染病。疫苗（bacteri：）使人或动物产生保护性免疫的制剂。包括活的弱毒（减毒）微生物； 灭活细菌

18、毒素；纯化微生物大分子；重组微生物等。（例如对付脊髓灰质炎的福尔马林灭活 疫苗和减毒的萨宾疫苗）疫苗生产：基因工程、传统方法（包括胚卵病毒培养以及动物细胞培养）（2） 被动免疫：用事先于体外产生的抗体注入已感染病原的人体内使之获得 保护。保护时间短，易产生过敏反应。病症的根除某种病原体只有同时满足三个条件才可能被根除：（1）类型单一，很少发生变异；（2）人是唯一的宿主；（3）有安全有效的疫苗。（狂犬病毒在遗传上非常未定，因此很难控制，发病后死亡率100%）第三节细菌与人类细菌病一.细菌的发现及特征发现的第一种细菌：乳酸菌细菌的形态，可以分为球状、杆状和螺旋（或弧）状。球菌直径一般为05微米左右

19、，杆菌 长度一般几个微米细菌有鞭毛(flagellum)、菌毛(fimbriae)、荚膜(capsula),内生抱子(endospore)等结构细胞结构：细胞壁、细胞膜、细胞质、核区，细胞膜可内折形成呼吸膜等。菌毛与鞭毛一样起源于细胞质内侧基粒，不具有运动功能。有的作为噬菌体吸附位点， 有的在细菌结合生殖中起作用，称为性菌毛。某些细菌体表生长着长10-20nm，负责运动的鞭毛。鞭毛有端生，两端丛生 和周生之 分。与真核生物的鞭毛不同，由鞭毛蛋白(flagellin)构成。荚膜:有的细菌细胞壁外覆盖着一层具有一定外形的胶状物，称荚膜。荚膜的组分在 不同细菌中有所差异，但多数为多糖或多肽。功能：1

20、，保护细胞免受干燥影响，抵抗宿主细胞的吞噬储存营养，需要时可作为碳源和能源利用渗透屏障表面附着作用信息识别堆积代谢废物关于细胞壁(注：支原体除外，无细胞壁)1环境恶劣情况下，有些细菌会复制DNA，并包裹厚厚的细胞壁，形成内生抱 子。其内水分含量极低，没有代谢活动，能抵抗严酷的外界环境。当环境适宜时可以重 新水化并开始代谢。2革兰氏染色：由于细菌细胞壁结构造成着色不同，染色处理后红色为革兰氏阴性 菌，紫色为革兰氏阳性菌(革兰氏染色步骤用结晶紫对菌液涂片进行初染用碘液处理使染料与细胞结合得更牢固用乙醇或丙酮冲洗进行脱色用番红进行复染)革兰氏阳性细菌的细胞壁主要由厚的肽聚糖(peptidoglyca

21、n)层构成，其间含有磷壁酸 (teichoic acid)和脂磷壁酸(lipoteichoic acid)，使细胞壁带负电荷；革兰氏染色过程中，肽聚糖作为渗透性屏障阻止结晶紫的流失，使细菌呈现紫色。革兰氏阴性细菌的细胞壁包括薄的肽聚糖层和外膜(outermembrane)。外膜含有丰富的膜蛋 白和脂多糖，可发挥屏障，保护，宿主识别等作用。革兰氏染色过程中，外膜被有机溶剂溶 解，使结晶紫易于流失，故细菌被染成红色。(二)细菌遗传细菌可以通过多种方式获得或交换遗传物质，获得新性状，如性菌毛结合生殖(conjugation)， 从周围环境直接摄取DNA (transformation)或噬菌体侵染(

22、transduction )交换遗传物质。二.细菌病及治疗细菌病种类人类细菌病空气传播的细菌病：白喉；军团菌热；脑膜炎；百日咳；丹毒；链球菌肺炎；结核病； 猩红热2 .节肢动物媒介的细菌病：斑疹伤寒；鼠疫直接接触传播的细菌病：炭疽；淋病；麻风病；梅毒；破伤风；砂眼食物和水传播的细菌病：肉毒中毒；霍乱伤寒；脓毒性休克其它细菌病：牙菌斑；龋齿细菌如何致病细菌可在细胞外繁殖，也可以通过胞吞作用进入细胞内繁殖。对人体的危害主要通过释放 外毒素(exotoxin)和内毒素(endotoxin)造成机体代谢，免疫或神经活动紊乱：外毒素是病原菌在生长繁殖期间分泌到周围环境种的一种代谢产物，主要由革兰氏阳 性

23、菌产生，少数革兰氏阴性菌也能产生。其化学组成是蛋白质，抗原性强，毒性也强，但极 不稳定，对热和某些化学物质敏感，容易受到破坏。常见的如：白喉棒杆菌产生的白喉外 毒素(编码外毒素的基因由原噬菌体携带)、破伤风梭菌产生的破伤风毒素、霍乱弧菌产生 的肠毒素、肉毒梭菌产生的肉毒毒素等。经处理的外毒素仍保持其抗原性而不具毒性称为 类毒素(toxoid)，常用来进行预防注射。大多数革兰氏阴性细菌能产生内毒素，是细菌细胞壁的的组成部分，只有当细菌溶解 后才释放出来，因而称为内毒素。其作用没有组织器官选择性，不同病原菌产生的内毒素 引起 的症状大致相同，其毒性比外毒素要低，抗原性也弱几种致病细菌斑疹伤寒(ep

24、idemic typhus):由立克次氏体(Rickettsia, 一种寄生性细菌)引起，通 过体虱传播。曾在战争中造成人员大批死亡。结核(Tuberculosis，TB)：结核杆菌(Mycobecterium Tuberculosis)是导致结核病的罪魁 祸首。伤寒(typhoid fever):由伤寒杆菌(Salmonella typhi)引起炭疽(anthrax):炭疽杆菌(Bacillus authracis)通过直接接触感染动物或其产品而传播 给人类。可传播至皮肤，肺，肠胃。炭疽因其抱子存活时间长，易于传播，发病快，死亡 率极高，可作为生物武器。麻风病(Leprosy )：又称汉森氏

25、病，由麻风分支杆菌(Mycobacterium leprae)引起，潜 伏期35年。消化道溃疡和胃炎：由幽门螺旋杆菌(Helicobacter pylori,Hp)引起。破伤风(tetanus):破伤风梭菌(Clostridium tetani)引起。破伤风痉挛毒素可切割神经 突触囊膜蛋白，使骨骼肌无节制兴奋。砂眼(trachoma)：由衣原体(Chlamydia染引起。每年2000万人因此失明。霍乱(cholera):由霍乱弧菌(vibrio cholerae)引起几种抗细菌药物锥虫红、坤化物坤凡纳可以杀死梅毒螺旋体、百浪多息(prontosil，偶氮磺氨红)，一种皮 革的新型染料能保护小鼠

26、不受链球菌和葡萄球菌的作用，有效成分是氨苯磺氨、青霉素 (penicillin)链霉素(streptomycin)，从放线菌灰色链酶菌提取、氯霉素(chloramphenicol)，新 霉素(neomycin)，土霉素(oxytetracycline) 及四环素(tetracycline)抗细菌的化学疗法一抗生素1作用原理干扰细菌细胞壁合成(选择性强)：青霉素类，头抱菌素类，万古霉素，杆菌肽与原核细胞核糖体结合抑制蛋白质合成(选择性强)：链霉素，庆大霉素，壮观霉素， 氯林肯霉素，氯霉素，四环素，红霉素抑制核酸合成(选择性一般)：喹诺酮，破坏细胞膜(选择性一般)：多粘菌素代谢抑制剂(选择性强)：磺氨类，异烟肼2抗生素的抗菌谱1.抗生素的作用对象有一定的范围，这个范围就是抗生素 的抗菌谱(Antibacterial Spectrum )。(1)由于G+和G-的细胞壁结构不同，所以对抗生素的敏感性也不同