生命科學與工程

前言

　　從科技發(fā)展與社會需求的趨勢來看，高中與大學階段的教育不宜過早就把學生普遍地分途導向文、理、工、農、醫(yī)等專業(yè)科別的訓練。雖然這種教育方策可以訓練出很多專業(yè)技能很好的人才，但對培養(yǎng)學生的想象力、創(chuàng)造力、社會意識、領導能力等則有很多缺陷。為配合將來發(fā)展健全的社會，以及發(fā)展創(chuàng)新科技與知識產業(yè)，如何加強學子跨領域的知識和素養(yǎng)是培育人才很重要的一環(huán)。因此，在大學學程架構的設計里，適當?shù)淖⑷肟珙I域教材應是教學改進的一個重要概念?！　‰S著社會多種因素的變化及生物科學與生物醫(yī)學的快速進展，生命科學相關知識應逐漸成為大學部學生不分任何專業(yè)領域都要學習的。不容置疑的，人類生活的環(huán)境與生活的型態(tài)正在作急遽改變，人類平均壽命不斷增長，老年人比例繼續(xù)增加。這些變化造成許多問題、需求與挑戰(zhàn)。在這巨大趨勢里，結合各種工程技術、生物醫(yī)學知識與生物技術是必然的對策。一本優(yōu)秀的、可廣泛適用于大學各種工程學系的生命科學教科書是培養(yǎng)工程學系學生所不可或缺這種教材可激勵工程學系學生的創(chuàng)新能力，因而刺激新的產業(yè)形成與創(chuàng)造更多工作機會?！　”救藦氖律镝t(yī)學與生物技術研究與發(fā)展近三十年。在2006年同時向北京清華大學顧秉林校長與臺灣清華大學徐瑕生校長表達上述概念。在兩位校長鼓勵下，本人捐助經費給兩校，期盼兩校在良性競爭與適度合作原則下，分別發(fā)展一套可廣泛適用于工程學系的生物科學教材。北京清華大學由吳慶余教授帶領十多位最優(yōu)秀的學者與專家編寫，經過三年多時間完成初版。這是全世界這類教材第一次出現(xiàn)的樣本。期望這套教科書往后能不斷的改進，成為華人區(qū)大學教育的重要教材。也期望籌劃中的英文版在世界其他地區(qū)廣受使用。

內容概要

一部關于生命科學與工程深度整合的著作，對我國工程與生命科學復合型人才的培養(yǎng)和科學技術發(fā)展將產生積極影響。    涉及內容代表生命科學與化工、環(huán)境、能源、醫(yī)學、材料、電子、機械等多個工程學科交叉結合與應用的發(fā)展方向。    875幅制作精美的插圖，客觀、真實地反映了生命科學與工程結合的特征、過程及規(guī)律。    擁有一支學科跨度大、學術水平高的作者隊伍，保證了內容的權威性和先進性。

作者簡介

吳慶余
教授，博導，國家杰出青年基金獲得者，首屆國家教學名師獎獲得者
1982年，南京大學 學士
1985年，南京大學 碩士
1988年－1990年，美國William Paterson University of New Jersey 訪問學者
1993年－1994年，美國Arizona State University訪問學者
現(xiàn)任清華大學教授、生物學學位分委員會主席、生物技術研究所所長
主要科研領域與方向
微藻生物能源、藍細菌分子生物學、微生物地球化學

書籍目錄

緒論第一章  生命科學與工程概論第一部分  生命科學基礎篇  第二章  細胞——生命的基本單位  第三章  代謝及能量流動  第四章  遺傳信息的傳遞和表達  第五章  生物進化  第六章  生態(tài)學基本原理  第七章  人體解剖及生理基礎  第八章  基因工程  第九章  生物信息學第二部分  工程技術篇  第十章  細胞顯微技術  第十一章  生物醫(yī)學工程  第十二章  環(huán)境生物工程  第十三章  生物化學工程  第十四章  生物質能源工程  第十五章  生物傳感器與生物芯片  第十六章  生物材料、組織工程及人工器官  第十七章  納米生物技術  第十八掌  生物醫(yī)學影像技術  第十九章  神經工程與腦-機接口  第二十章  生物機械工程與仿生

章節(jié)摘錄

　　與底物水平磷酸化機理相比，電子傳遞系統(tǒng)耦聯(lián)的磷酸化及其機理要復雜得多，它涉及到質子的跨膜運輸?shù)??！　?.化學滲透　　1961年，英國科學家Peter D.Mitchell提出了化學滲透學說（chemiosmotic theory），解釋了線粒體內膜上電子傳遞過程中氧化磷酸化及ATP形成的機理，Mitchell由此榮獲了1978年的諾貝爾獎。Mitchell的化學滲透學說可簡單表述如下：當線粒體內膜上的呼吸鏈進行電子傳遞時，電子能量逐步降低，促使從NA：DH脫下的H’穿過內膜從線粒體的基質進入到內膜外的膜間腔中，造成跨膜的質子梯度（protongradient），即膜內外的質子濃度差。緊接著導致化學滲透發(fā)生，即質子順濃度梯度從外腔經內膜通道（ATP合成酶）返回到線粒體的基質中，在ATP合酶（ArP synthase）的作用下，所釋放的能量使ADP與磷酸結合生成了ATP（圖3-34）。由于每4個質子穿過線粒體內膜所釋放的能可合成接近1個ATP，而1個NA：DH分子經過電子傳遞鏈后，可積累10個質子，因此共可生成2.5個ATP分子；而1個FADH：分子經過電子傳遞鏈后，可積累6個質子，共可生成1.5個ARP分子?！　?.1個葡萄糖分子徹底氧化分解所形成的能量統(tǒng)計　　1個葡萄糖分子經過細胞呼吸氧化分解，生成了CO：和H：0，經過上述的糖酵解、Krebs循環(huán)和電子傳遞及ATP合成3個連續(xù)階段所產生的ATP統(tǒng)計如下（圖3-35）：　　在糖酵解階段（發(fā)生在細胞質中），底物水平磷酸化產生4分子ATP，己糖分子活化消耗2分子ATP，糖酵解階段的脫氫反應產生2分子NADH，經過電子傳遞鏈生成5個ATP；由于糖酵解階段產生于細胞質中的2個NADH進入呼吸鏈時按甘油磷酸穿梭（glycerol phosphate shuttle）途徑穿過線粒體膜需要消耗2分子ATP，因此糖酵解階段合計積累5個ATP?！　rebs循環(huán)階段（發(fā)生在線粒體中），底物水平磷酸化產生2分子ATP。脫氫反應（包括丙酮酸生成乙酰輔酶A的反應）產生8分子NADH和2分子FADH：，8分子NADH經過電子傳遞鏈生成20個ATP，2分子FADH：經過電子傳遞鏈生成3個ATP，因此Krebs循環(huán)階段凈積累25個ATP?！　〗涍^糖酵解階段和Krebs循環(huán)階段，1個葡萄糖分子通過有氧呼吸共形成30個ATP。圖3-35總結了1個葡萄糖分子經過細胞有氧呼吸產生ATP的部位和數(shù)量。

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