BÀI 1: CƠ SỞ CỦA SỰ SỐNG
1.1 KHOA HỌC SỰ SỐNG
1.1.1. Sự đa dạng và thống nhất của sự sống
Thế giới sinh vật rất đa dạng biểu hiện ở các loài và các cấp độ tổ chức từ thấp
lên cao. Sự sống có cấu tạo vật chất phức tạp, thu nhận và biến đổi năng lượng tinh
vi, chứa và truyền đạt thông tin di truyền cùng nhiều biểu hiện như sự tăng trưởng,
vận động, trao đổi chất, sinh sản, thích nghi, tiến hóa và các mối quan hệ với môi
trường.Do đó trước tiên chúng ta tìm hiểu các đặc tính và biểu hiện của sự sống.
1. Sự đa dạng Quanh ta có rất nhiều sinh vật : cây cỏ, tôm, cá, ếch nhái, rắn,
chim thú. và các vi sinh vật. Có khoảng hơn hai triệu loài sinh vật trên trái đất mà
con người chỉ là một trong số đó. - Mỗi loài sinh vật có những đặc tính riêng của nó
về bên ngoài, bên trong và các biểu hiện sống đặc thù. Như hình dáng, kích thước,
màu sắc, tuổi thọ. các loài khác nhau Ví dụ : vi khuẩn Escherichia coli (E. coli) có
kích thước 1-2 micromet và mỗi thế hệ chỉ dài 20 phút, trong khi đó nhiều cây cổ
thụ cao trên 50-60m có thể sống nghìn năm. Một nét đặc thù nữa của thế giới sinh
vật là sự sống được biểu hiện ở nhiều mức độ tổ chức từ thấp đến cao nhất (từ phân
tử cho đến toàn bộ sinh quyển trên hành tinh chúng ta). Có thể kể các mức tổ chức
chủ yếu như sau:
• Các đại phân tử sinh học,
• Tế bào - đơn vị cơ sở của sự sống,
• Cá thể - đơn vị của sự tồn tại độc lập của một sinh vật,
• Quần thể - đơn vị cơ sở của tiến hoá, gồm nhiều cá thể của một loài,
• Loài - đơn vị căn bản của tiến hoá và phân loại,
• Quần xã - sự cùng tồn tại của nhiều loài sinh vật với nhau trên một vùng nhất
định,
• Hệ sinh môi (ecosystems) - đơn vị căn bản của sinh môi,
• Sinh quyển - sự sống trên hành tinh chúng ta. Trong mỗi mức tổ chức còn có
thể chia nhỏ như cơ thể gồm các mô, các cơ quan và các hệ cơ quan. Các thành
phần của mỗi mức tổ chức liên quan với nhau thành một khối thống nhất kể cả sinh
quyển. Sự đa dạng các loài là kết quả của quá trình tiến hoá lâu dài.
2. Sự thống nhất Sự thống nhất của sự sống chỉ được biết qua các phân tích
khoa học. Sự thống nhất biểu hiện ở hệ thống phân loại và sự giống nhau ở các cấu
trúc và cơ chế vi mô. Dựa vào những đặc điểm hình thái giống nhau có thể xếp các
sinh vật vào những nhóm nhất định gọi là nhóm phân loại. Nhóm phân loại lớn nhất
được gọi là giới - giới động vật- giới thực vật, ngày nay còn có thêm giới nấm. Mỗi
giới được chia nhỏ dần : giới → giới phụ → lớp → bộ → họ → giống → loài.
Tất cả các loài sinh vật đều có thể xếp theo hệ thống phân loại này. Đây là bằng
chứng về sự tiến hóa của sinh giới từ tổ tiên chung ban đầu - tiến hóa từ thấp lên
cao. Sự thống nhất thể hiện ở những thành phần cấu tạo nên mỗi cơ thể. Thành phần
hóa học của các sinh vật giống nhau từ những nguyên tố tham gia chất sống đến bốn
nhóm chất hữu cơ: glucid, lipid, protein và acid nucleic. Tất cả các sinh vật đều có8
cấu tạo tế bào. Tế bào có biểu hiện đầy đủ các tính chất đặc trưng của sự sống - nó
là đơn vị cơ sở của sự sống.
1.1.2. Các tính chất đặc trưng cho sự sống
Sự sống là một dạng hoạt động vật chất phức tạp hơn nhiều và cao hơn hẳn so
với quá trình vật lý và hóa học trong tự nhiên. Nó có những tính chất đặc trưng
giống nhau ở mọi loài.
1. Vật chất: cấu trúc phức tạp và tổ chức tinh vi Các sinh vật cũng được tạo nên
từ những nguyên tố vốn có trong tự nhiên, nhưng cấu trúc bên trong rất phức tạp và
chứa vô số các hợp chất hóa học rất đa dạng. Ví dụ : Vi khuẩn Escherichia coli (Ecoli) - sinh vật đơn bào với kích thước (1-2 micromet, nặng 2.10-6 mg chứa khoảng
40 tỉ phân tử nước, 5000 loại các hợp chất hữu cơ khác nhau, có khoảng 3000 loại
protein. Nếu tính ở người thì số loại protein khác nhau không phải là 3000 mà là 5
triệu loại khác nhau mà không có loại nào giống của E. coli mặc dù có một số hoạt
động giống nhau. Thậm chí giữa hai người khác nhau protein cũng không giống
nhau nên dễ xảy ra hiện tượng không dung hợp khi lấy mô của người này ghép cho
người khác. Mỗi sinh vật có bộ protein và acid nucleic riêng biệt cho mình. Các
chất phức tạp trong cơ thể sống hình thành nên các cấu trúc tinh vi thực hiện một số
chức năng nhất định. Không những các cấu trúc như màng, nhân tế bào. mà cả
từng loại đại phân tử cũng có vai trò nhất định. Ví dụ bệnh thiếu máu hồng cầu liềm
được gọi là "bệnh phân tử".
2. Năng lượng: Sự chuyển hóa phức tạp Đặc điểm của sự sống là thu nhận năng
lượng từ môi trường bên ngoài và biến đổi nó để xây dựng và duy trì tổ chức phức
tạp đặc trưng cho sự sống. Một số các sinh vật lấy những chất đơn giản nhất như
CO2, N2, H2O làm nguyên liệu và ánh sáng mặt trời làm nguồn năng lượng. Năng
lượng tử của ánh sáng được chuyển thành năng lượng hóa học trong các chất hữu cơ
của cây xanh, từ đó lưu chuyển sang các sinh vật khác. Sự chuyển hoá vật chất và
năng lượng trong tế bào diễn ra phức tạp, nhiều phản ứng xảy ra đồng thời, nhanh
nhạy, chính xác, hiệu quả cao và được điều hoà hợp lý. Vật chất vô sinh không có
khả năng sử dụng năng lượng bên ngoài để duy trì cấu trúc bản thân nó như các sinh
vật. Ngược lại vật chất vô sinh khi hấp thụ năng lượng bên ngoài như ánh sáng,
nhiệt nó chuyển sang trạng thái hỗn loạn hơn và ngay sau đó tỏa ra xung quanh.
Tóm lại tế bào là một hệ thống hở không cân bằng, nó lấy năng lượng từ bên ngoài
vào, sử dụng vật chất và năng lượng với hiệu quả cao hơn hẳn so với phần lớn máy
móc mà con người chế tạo ra. Về mặt năng lượng, tế bào cũng tuân theo quy luật
nhiệt động học II: nó thu nhận vật chất và năng lượng để duy trì tổ chức cao của nó.
3. Thông tin: ổn định, chính xác và liên tục Chứa và truyền đạt thông tin là tính
chất tuyệt diệu nhất của thế giới sinh vật, đạt mức phát triển cao hơn hẳn ở giới vô
sinh. không có ở các chất vô sinh nếu thiếu sự chế tạo của con người, nó liên quan
đến các quá trình sống chủ yếu như sinh sản, phát triển, tiến hóa và các phản ứng
thích nghi. Thông tin được hiểu là khả năng của sinh vật cảm nhận trạng thái bên
trong của hệ thống và những tác động lên nó từ môi trường ngoài, bảo tồn, xử lý và
truyền đạt. Cấu trúc của thông tin xác định trạng thái nội tại của hệ thống. Trong các
tế bào sống thông tin có hai dạng chủ yếu: thông tin di truyền và thông tin thích
nghi.
TS. Trần Gia Bửu
BÀI GIẢNG
SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG
Trình độ : Đại học
Ngành : Công nghệ sinh học
Môn : Sinh học đại cương
Thời lượng giảng dạy: 30 tiết
TP. HỒ CHÍ MINH 2016
LƯU HÀNH NỘI BỘ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM
2
MỤC LỤC
Mục lục .................................................................................................................. 2
Nội dung bài giảng ............................................................................................... 7
Bài 1. Cơ sở của sự sống ........................................................................................ 7
1.1 Khoa học sự sống ............................................................................................ 7
1.1.1 Sự đa dạng và thống nhất của sự sống ........................................................ 7
1.1.2 Các tính chất đặc trưng của sự sống ............................................................ 8
1.1.3 Các vấn điề sinh học và bộ môn nghiên cứu sinh học ................................ 10
1.1.4 Các ứng dụng thực tiễn ............................................................................... 11
1.2 Cơ sở hóa học của sự sống .............................................................................. 12
1.2.1 Các nguyên tố và liên kết hóa học .............................................................. 12
1.2.2 Các chất vô cơ ............................................................................................. 14
1.2.3 Các thành phần hữu cơ của sự sống ............................................................ 15
Bài 2 Sinh học tế bào ............................................................................................ 24
2.1. Cấu trúc và chức năng tế bào ...................................................................... 24
2.1.1. Màng sinh chất ............................................................................................ 25
2.1.2. Tế bào chất và các bào quan ....................................................................... 28
2.1.3. Cấu trúc hiển vi của nhân ........................................................................... 36
2.2. Chu kỳ sống của tế bào và cơ chế điều hòa chu kỳ ................................... 37
2.3. Sự phân bào và sinh sản của tế bào ........................................................... 38
2.3.1. Phân bào nguyên nhiễm ............................................................................ 38
2.3.2. Phân bào giảm nhiễm ................................................................................ 41
2.4. Quang hợp ................................................................................................. 43
2.4.1. Các phản ứng ở pha sáng .......................................................................... 43
2.4.2. Chu trình Calvin ........................................................................................ 45
2.4.3. Chu trình C4 .............................................................................................. 45
2.4.4. Chu trình CAM ......................................................................................... 46
2.5 Hô hấp ....................................................................................................... 46
2.5.1. Quá trình đường phân ............................................................................... 46
2.5.2. Chu trình Krebs ......................................................................................... 46
2.5.3. Chuỗi truyền điện tử ................................................................................. 46
Bài 3. Di truyền học và công nghệ sinh học .......................................................... 47
3.1. Cơ sở của di truyền học............................................................................. 47
3.1.1. Kế thừa học thuyết Mendel ....................................................................... 47
3.1.2. Hiện tượng liên kết gen và di truyền chéo ................................................ 48
3.2. DNA, RNA và sự sinh tổng hợp protein ................................................... 49
3.2.1. DNA là vật chất mang thông tin di truyền ................................................ 49
3.2.2. DNA và sự tái bản DNA ........................................................................... 50
3.2.3. Từ DNA, RNA đến protein-sinh tổng hợp protein ................................... 54
3.3. Điều hòa biểu hiện gen.............................................................................. 59
3.3.1. Mục đích của điều hòa biểu hiện gen ........................................................ 59
3.3.2. Các yếu tố điều hòa biểu hiện gen ............................................................ 59
3
3.3.3. Mô hình điều hòa biểu hiện gen ở vi khuẩn .............................................. 60
3.3.4. Mô hình điều hòa biểu hiện gen ở eucaryote ............................................ 63
3.3.5. Sự biệt hóa tế bào ...................................................................................... 65
3.4. Di truyền học người .................................................................................. 66
3.4.1. Những phương pháp nghiên cứu di truyền học người .............................. 66
3.4.2. Di truyền y học .......................................................................................... 67
3.5. Công nghệ sinh học gen ............................................................................ 69
3.5.1. Khái niệm kỹ thuật di truyền .................................................................... 69
3.5.2. Ý nghĩa khoa học và ứng dụng của công nghệ di truyền .......................... 69
Bài 4. Các học thuyết tiến hóa ............................................................................... 73
4.1. Lịch sử của sự sống ................................................................................... 73
4.1.1. Nguồn gốc sự sống .................................................................................... 73
4.1.2. Tiến hóa của hệ gen .................................................................................. 75
4.2. Học thuyết tiến hóa ................................................................................... 76
4.3. Di truyền học quần thể và sự hình thành loài ........................................... 77
4.3.1. Biến dị di truyền trong quần thể ............................................................... 77
4.3.2. Phân tích vốn gen ...................................................................................... 77
4.3.3. Tiến hóa vi mô .......................................................................................... 78
4.3.4. Tiến hóa vĩ mô-sự hình thành loài mới ..................................................... 81
4.4 Sự phân loại các loài ................................................................................. 82
4.4.1. Cơ sở của phân loại cơ thể ........................................................................ 82
4.4.2. Hệ thống tên kép của loài .......................................................................... 82
4.4.3. Hệ phân loại theo cấp bậc lệ thuộc ........................................................... 82
4.4.4. Tiêu chí phân loại ...................................................................................... 83
4.4.5. Năm giới sinh vật ...................................................................................... 85
Bài 5. Sinh thái học .............................................................................................. 86
5.1. Giới thiệu về hệ sinh thái .......................................................................... 86
5.1.1. Giới thiệu về sinh thái học ........................................................................ 86
5.1.2. Chuỗi thức ăn, lưới thức ăn và các bậc dinh dưỡng ................................. 86
5.1.3. Năng lượng học sinh thái .......................................................................... 87
5.1.4. Chu trình sinh địa hóa ............................................................................... 89
5.2. Quần thể .................................................................................................... 89
5.2.1. Khái niệm quần thể ................................................................................... 89
5.2.2. Động học quần thể .................................................................................... 89
5.2.3. Sự sinh trưởng của quần thể ...................................................................... 90
5.2.4. Quần thể người .......................................................................................... 91
5.3. Quần xã ..................................................................................................... 92
5.3.1. Khái niệm và các đặc trưng của quần xã .................................................. 92
5.3.2. Mối quan hệ giữa các loài ......................................................................... 92
5.4. Hệ sinh thái ............................................................................................... 93
5.4.1. Hệ sinh thái trên cạn.................................................................................. 93
5.4.2. Hệ sinh thái nước ...................................................................................... 95
5.4.3. Diễn thế sinh thái ...................................................................................... 97
Bài 6. Sinh học của virus, giới khởi sinh, nguyên sinh và nấm ............................. 98
4
6.1. Vi khuẩn và vi khuẩn cổ ........................................................................... 98
6.1.1. Lãnh giới vi khuẩn cổ ............................................................................... 98
6.1.2. Lãnh giới vi khuẩn .................................................................................... 98
6.1.3. Vi khuẩn và con người .............................................................................. 101
6.2. Virus .......................................................................................................... 104
6.2.1. Khái niệm virus ......................................................................................... 104
6.2.2. Sự sinh sản và cấu trúc của virus .............................................................. 105
6.2.3. HIV và hội chứng suy giảm miễn dịch mắc phải ...................................... 106
6.3. Giới Protista .............................................................................................. 107
6.3.1. Đặc điểm của nguyên sinh vật .................................................................. 107
6.3.2. Nguyên sinh động vật (Protozoa) ............................................................. 108
6.3.3. Tảo (Algae) ............................................................................................... 112
6.3.4. Tầm quan trọng của tảo ............................................................................. 113
6.4. Giới Nấm ................................................................................................... 114
6.4.1. Đại cương về nấm ..................................................................................... 114
6.4.2. Phân loại nấm ............................................................................................ 115
6.4.3. Nấm và con người ..................................................................................... 120
Bài 7. Sinh học thực vật ......................................................................................... 123
7.1. Sự quan trọng của thực vật........................................................................ 123
7.1.1. Thực vật và con người .............................................................................. 123
7.1.2. Thực vật và môi trường ............................................................................. 123
7.2. Cấu trúc và chức năng của thực vật .......................................................... 123
7.2.1. Tế bào và mô thực vật ............................................................................... 123
7.2.2. Rễ .............................................................................................................. 124
7.2.3. Thân .......................................................................................................... 126
7.2.4. Lá............................................................................................................... 128
7.3 Sự sinh sản của thực vật ............................................................................ 130
7.3.1. Chu trình phát triển của thực vật ............................................................... 130
7.3.2. Sự sinh sản của thực vật hiển hoa ............................................................. 132
7.3.3. Sự phát tán................................................................................................. 136
7.4. Các đáp ứng của thực vật .......................................................................... 136
7.4.1. Hormone thực vật ...................................................................................... 136
7.4.2. Tính hướng động và ứng động của thực vật ............................................. 137
Bài 8. Sinh học động vật ........................................................................................ 138
8.1. Giới thiệu về động vật ............................................................................... 138
8.2. Ngành thân lỗ Porifera (Bọt biển) ............................................................. 138
8.2.1. Phân loại .................................................................................................... 138
8.2.2. Cấu trúc ..................................................................................................... 138
8.2.3. Sinh sản ..................................................................................................... 138
8.3. Ngành thích ty bào Cnidaria (Ruột khoang Coelenterates) ...................... 139
8.3.1. Phân loại .................................................................................................... 139
8.3.2. Cấu trúc ..................................................................................................... 139
8.3.3. Vòng đời và sự sinh sản ............................................................................ 140
8.4. Ngành giun dẹp Platyhelminthes .............................................................. 141
5
8.4.1. Phân loại .................................................................................................... 141
8.4.2. Cấu trúc ..................................................................................................... 141
8.4.3. Vòng đời .................................................................................................... 141
8.5. Ngành giun đốt (Annelida) ....................................................................... 142
8.5.1. Phân loại .................................................................................................... 142
8.5.2. Cấu trúc ..................................................................................................... 143
8.5.3. Giun nhiều tơ (Polychaeta) ....................................................................... 143
8.5.4. Giun ít tơ (Oligochaeta) ............................................................................ 144
8.5.5. Đỉa (Hirudinea) ......................................................................................... 145
8.6. Ngành Thân mềm (Mollusca) ................................................................... 145
8.6.1. Phân loại .................................................................................................... 145
8.6.2. Cấu trúc cơ thể động vật thân mềm .......................................................... 145
8.7. Ngành Da gai (Echinodermata) ................................................................ 146
8.7.1. Phân loại .................................................................................................... 146
8.7.2. Cấu trúc ..................................................................................................... 147
8.8. Ngành Giun tròn (Nematoda) ................................................................... 147
8.8.1. Phân loại .................................................................................................... 147
8.8.2. Cấu trúc ..................................................................................................... 148
8.9. Ngành Chân khớp (Arthropoda) ............................................................... 148
8.9.1. Mối quan hệ tiến hóa giữa chân khớp và giun đốt .................................... 148
8.9.2. Phân loại chân khớp .................................................................................. 149
8.9.3. Cấu trúc cơ thể .......................................................................................... 150
8.10. Ngành Động vật có dây sống (Chordata) .................................................. 152
8.10.1. Phân loại ngành Động vật có dây sống Chordata ..................................... 152
8.10.2. Đặc điểm cấu tạo ....................................................................................... 153
8.10.3. Mối quan hệ giữa các ngành có dây sống ................................................. 154
Bài 9. Sinh học người ............................................................................................. 157
9.1. Tổ chức cơ thể người và động vật ............................................................. 157
9.1.1. Cấu trúc tế bào, mô ................................................................................... 157
9.1.2. Các hệ cơ quan chính ................................................................................ 158
9.2. Hệ tiêu hóa người ...................................................................................... 159
9.2.1. Đặc điểm hệ tiêu hóa người ...................................................................... 159
9.2.2. Các giai đoạn của quá trình tiêu hóa ......................................................... 159
9.2.3. Sự hấp thu ................................................................................................. 159
9.3. Hệ hô hấp người ........................................................................................ 163
9.3.1. Cơ quan hô hấp ......................................................................................... 163
9.3.2. Quá trình hô hấp ở người .......................................................................... 164
9.4. Hệ bài tiết .................................................................................................. 164
9.4.1 Thận- cơ quan bài tiết nước tiểu ............................................................... 164
9.4.2. Hoạt động của thận ................................................................................... 166
9.5. Hệ tuần hoàn ngưởi ................................................................................... 166
9.5.1. Cấu tạo của tim và chu kỳ hoạt động của tim ........................................... 166
9.5.2. Hệ thống mạch máu .................................................................................. 169
9.5.3. Vòng tuần hoàn máu của người ................................................................ 170
6
9.5.4. Các hệ thống tuần hoàn ở động vật ........................................................... 171
9.6. Hệ sinh sản người .......
