生命科學(xué)與工程

前言

　　從科技發(fā)展與社會(huì)需求的趨勢(shì)來看，高中與大學(xué)階段的教育不宜過早就把學(xué)生普遍地分途導(dǎo)向文、理、工、農(nóng)、醫(yī)等專業(yè)科別的訓(xùn)練。雖然這種教育方策可以訓(xùn)練出很多專業(yè)技能很好的人才，但對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的想象力、創(chuàng)造力、社會(huì)意識(shí)、領(lǐng)導(dǎo)能力等則有很多缺陷。為配合將來發(fā)展健全的社會(huì)，以及發(fā)展創(chuàng)新科技與知識(shí)產(chǎn)業(yè)，如何加強(qiáng)學(xué)子跨領(lǐng)域的知識(shí)和素養(yǎng)是培育人才很重要的一環(huán)。因此，在大學(xué)學(xué)程架構(gòu)的設(shè)計(jì)里，適當(dāng)?shù)淖⑷肟珙I(lǐng)域教材應(yīng)是教學(xué)改進(jìn)的一個(gè)重要概念?！　‰S著社會(huì)多種因素的變化及生物科學(xué)與生物醫(yī)學(xué)的快速進(jìn)展，生命科學(xué)相關(guān)知識(shí)應(yīng)逐漸成為大學(xué)部學(xué)生不分任何專業(yè)領(lǐng)域都要學(xué)習(xí)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(shì)里，結(jié)合各種工程技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)知識(shí)與生物技術(shù)是必然的對(duì)策。一本優(yōu)秀的、可廣泛適用于大學(xué)各種工程學(xué)系的生命科學(xué)教科書是培養(yǎng)工程學(xué)系學(xué)生所不可或缺這種教材可激勵(lì)工程學(xué)系學(xué)生的創(chuàng)新能力，因而刺激新的產(chǎn)業(yè)形成與創(chuàng)造更多工作機(jī)會(huì)。　　本人從事生物醫(yī)學(xué)與生物技術(shù)研究與發(fā)展近三十年。在2006年同時(shí)向北京清華大學(xué)顧秉林校長與臺(tái)灣清華大學(xué)徐瑕生校長表達(dá)上述概念。在兩位校長鼓勵(lì)下，本人捐助經(jīng)費(fèi)給兩校，期盼兩校在良性競(jìng)爭(zhēng)與適度合作原則下，分別發(fā)展一套可廣泛適用于工程學(xué)系的生物科學(xué)教材。北京清華大學(xué)由吳慶余教授帶領(lǐng)十多位最優(yōu)秀的學(xué)者與專家編寫，經(jīng)過三年多時(shí)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(jìn)，成為華人區(qū)大學(xué)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(nèi)容概要

一部關(guān)于生命科學(xué)與工程深度整合的著作，對(duì)我國工程與生命科學(xué)復(fù)合型人才的培養(yǎng)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展將產(chǎn)生積極影響。    涉及內(nèi)容代表生命科學(xué)與化工、環(huán)境、能源、醫(yī)學(xué)、材料、電子、機(jī)械等多個(gè)工程學(xué)科交叉結(jié)合與應(yīng)用的發(fā)展方向。    875幅制作精美的插圖，客觀、真實(shí)地反映了生命科學(xué)與工程結(jié)合的特征、過程及規(guī)律。    擁有一支學(xué)科跨度大、學(xué)術(shù)水平高的作者隊(duì)伍，保證了內(nèi)容的權(quán)威性和先進(jìn)性。

作者簡介

吳慶余
教授，博導(dǎo)，國家杰出青年基金獲得者，首屆國家教學(xué)名師獎(jiǎng)獲得者
1982年，南京大學(xué) 學(xué)士
1985年，南京大學(xué) 碩士
1988年－1990年，美國William Paterson University of New Jersey 訪問學(xué)者
1993年－1994年，美國Arizona State University訪問學(xué)者
現(xiàn)任清華大學(xué)教授、生物學(xué)學(xué)位分委員會(huì)主席、生物技術(shù)研究所所長
主要科研領(lǐng)域與方向
微藻生物能源、藍(lán)細(xì)菌分子生物學(xué)、微生物地球化學(xué)

書籍目錄

緒論第一章  生命科學(xué)與工程概論第一部分  生命科學(xué)基礎(chǔ)篇  第二章  細(xì)胞——生命的基本單位  第三章  代謝及能量流動(dòng)  第四章  遺傳信息的傳遞和表達(dá)  第五章  生物進(jìn)化  第六章  生態(tài)學(xué)基本原理  第七章  人體解剖及生理基礎(chǔ)  第八章  基因工程  第九章  生物信息學(xué)第二部分  工程技術(shù)篇  第十章  細(xì)胞顯微技術(shù)  第十一章  生物醫(yī)學(xué)工程  第十二章  環(huán)境生物工程  第十三章  生物化學(xué)工程  第十四章  生物質(zhì)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(shù)  第十八掌  生物醫(yī)學(xué)影像技術(shù)  第十九章  神經(jīng)工程與腦-機(jī)接口  第二十章  生物機(jī)械工程與仿生

章節(jié)摘錄

　　與底物水平磷酸化機(jī)理相比，電子傳遞系統(tǒng)耦聯(lián)的磷酸化及其機(jī)理要復(fù)雜得多，它涉及到質(zhì)子的跨膜運(yùn)輸?shù)?。　?.化學(xué)滲透　　1961年，英國科學(xué)家Peter D.Mitchell提出了化學(xué)滲透學(xué)說（chemiosmotic theory），解釋了線粒體內(nèi)膜上電子傳遞過程中氧化磷酸化及ATP形成的機(jī)理，Mitchell由此榮獲了1978年的諾貝爾獎(jiǎng)。Mitchell的化學(xué)滲透學(xué)說可簡單表述如下：當(dāng)線粒體內(nèi)膜上的呼吸鏈進(jìn)行電子傳遞時(shí)，電子能量逐步降低，促使從NA：DH脫下的H’穿過內(nèi)膜從線粒體的基質(zhì)進(jìn)入到內(nèi)膜外的膜間腔中，造成跨膜的質(zhì)子梯度（protongradient），即膜內(nèi)外的質(zhì)子濃度差。緊接著導(dǎo)致化學(xué)滲透發(fā)生，即質(zhì)子順濃度梯度從外腔經(jīng)內(nèi)膜通道（ATP合成酶）返回到線粒體的基質(zhì)中，在ATP合酶（ArP synthase）的作用下，所釋放的能量使ADP與磷酸結(jié)合生成了ATP（圖3-34）。由于每4個(gè)質(zhì)子穿過線粒體內(nèi)膜所釋放的能可合成接近1個(gè)ATP，而1個(gè)NA：DH分子經(jīng)過電子傳遞鏈后，可積累10個(gè)質(zhì)子，因此共可生成2.5個(gè)ATP分子；而1個(gè)FADH：分子經(jīng)過電子傳遞鏈后，可積累6個(gè)質(zhì)子，共可生成1.5個(gè)ARP分子?！　?.1個(gè)葡萄糖分子徹底氧化分解所形成的能量統(tǒng)計(jì)　　1個(gè)葡萄糖分子經(jīng)過細(xì)胞呼吸氧化分解，生成了CO：和H：0，經(jīng)過上述的糖酵解、Krebs循環(huán)和電子傳遞及ATP合成3個(gè)連續(xù)階段所產(chǎn)生的ATP統(tǒng)計(jì)如下（圖3-35）：　　在糖酵解階段（發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中），底物水平磷酸化產(chǎn)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(yīng)產(chǎn)生2分子NADH，經(jīng)過電子傳遞鏈生成5個(gè)ATP；由于糖酵解階段產(chǎn)生于細(xì)胞質(zhì)中的2個(gè)NADH進(jìn)入呼吸鏈時(shí)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(jì)積累5個(gè)ATP?！　rebs循環(huán)階段（發(fā)生在線粒體中），底物水平磷酸化產(chǎn)生2分子ATP。脫氫反應(yīng)（包括丙酮酸生成乙酰輔酶A的反應(yīng)）產(chǎn)生8分子NADH和2分子FADH：，8分子NADH經(jīng)過電子傳遞鏈生成20個(gè)ATP，2分子FADH：經(jīng)過電子傳遞鏈生成3個(gè)ATP，因此Krebs循環(huán)階段凈積累25個(gè)ATP。　　經(jīng)過糖酵解階段和Krebs循環(huán)階段，1個(gè)葡萄糖分子通過有氧呼吸共形成30個(gè)ATP。圖3-35總結(jié)了1個(gè)葡萄糖分子經(jīng)過細(xì)胞有氧呼吸產(chǎn)生ATP的部位和數(shù)量。

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無

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