小囊泡 大文章

鄧過(guò)房

1 新聞報(bào)道

瑞典卡羅琳醫(yī)學(xué)院經(jīng)評(píng)定，在斯德哥爾摩時(shí)間10月7日11時(shí)30分（北京時(shí)間10月7日17時(shí)30分）宣布，將2013年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)科學(xué)家詹姆斯·羅斯曼和蘭迪·謝克曼、德國(guó)科學(xué)家托馬斯·蘇德霍夫，以表彰他們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)部囊泡運(yùn)輸調(diào)控機(jī)制。蘭迪·謝克曼發(fā)現(xiàn)了一系列囊泡運(yùn)輸所需的基因；詹姆斯·羅斯曼闡明了允許囊泡與目標(biāo)進(jìn)行融合、使分子得以轉(zhuǎn)運(yùn)的蛋白質(zhì)機(jī)制；托馬斯·聚德霍夫則揭示了指導(dǎo)囊泡精確釋放貨物的信號(hào)機(jī)制。

2 “囊泡”介紹

囊泡是由膜包裹的微型小泡，能夠帶著細(xì)胞“貨物”穿梭于細(xì)胞器間，也能夠與細(xì)胞膜融合，將“貨物”釋放到細(xì)胞外部。由于神經(jīng)激活過(guò)程中神經(jīng)遞質(zhì)的釋放、代謝調(diào)節(jié)過(guò)程中激素的釋放都涉及這種轉(zhuǎn)運(yùn)，囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)是非常重要的。

3 與“囊泡”相關(guān)的考點(diǎn)

近年來(lái)以諾貝爾獎(jiǎng)為背景的生物學(xué)試題在高考中屢次出現(xiàn)，并且有關(guān)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能、分泌蛋白的運(yùn)輸過(guò)程、神經(jīng)遞質(zhì)的釋放、激素調(diào)節(jié)和免疫調(diào)節(jié)的考查均能較好地體現(xiàn)對(duì)“囊泡”的知識(shí)點(diǎn)的關(guān)注與銜接。“囊泡運(yùn)行系統(tǒng)的機(jī)制研究”有機(jī)會(huì)揭示神經(jīng)系統(tǒng)疾病、糖尿病、免疫疾病等目前社會(huì)熱門(mén)關(guān)注且難攻克疾病的真正病因。故預(yù)測(cè)2014年高考中有關(guān)“細(xì)胞囊泡”的知識(shí)可能會(huì)涉及。

4 相關(guān)例題

【例1】 已知突觸前神經(jīng)元釋放的某種遞質(zhì)可使突觸后神經(jīng)元興奮，當(dāng)完成一次興奮傳遞后，該種遞質(zhì)立即被分解。某種藥物可以阻止該種遞質(zhì)的分解，這種藥物的即時(shí)效應(yīng)是（ ）

A. 突觸前神經(jīng)元持續(xù)性興奮

B. 突觸后神經(jīng)元持續(xù)性興奮

C. 突觸前神經(jīng)元持續(xù)性抑制

D. 突觸后神經(jīng)元持續(xù)性抑制

參考答案：B。

解析：遞質(zhì)從突觸前膜釋放后，擴(kuò)散通過(guò)突觸間隙到達(dá)后膜，與后膜上的受體結(jié)合后導(dǎo)致后膜產(chǎn)生動(dòng)作電位，導(dǎo)致突觸后神經(jīng)元興奮或抑制。一次刺激只能引起一次興奮是因?yàn)檫f質(zhì)到達(dá)后膜后，立刻被分解。如果遞質(zhì)不分解，則會(huì)造成后膜不斷興奮。這種藥劑使遞質(zhì)的分解過(guò)程受阻，則導(dǎo)致突觸后神經(jīng)元不斷興奮。

【例2】 科學(xué)家利用生化方法研究細(xì)胞內(nèi)囊泡運(yùn)輸及到達(dá)指定位置的分子機(jī)制，發(fā)現(xiàn)囊泡和靶膜上都存在自身的SNARE，只有二者相互識(shí)別并特異性結(jié)合后方可實(shí)現(xiàn)囊泡和靶膜的融合。下列論述錯(cuò)誤的是（ ）

A. SNARE可能是位于生物膜上的識(shí)別蛋白

B. 囊泡運(yùn)輸說(shuō)明細(xì)胞內(nèi)的生物膜之間存在結(jié)構(gòu)和功能上的聯(lián)系

C. 一個(gè)由高爾基體形成的可與細(xì)胞膜的囊泡，也可與其他細(xì)胞器膜融合

D. 細(xì)胞中能形成囊泡的細(xì)胞結(jié)構(gòu)有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、細(xì)胞膜等

參考答案：C。

解析：根據(jù)題干信息可知，一個(gè)囊泡只能與其相應(yīng)的靶膜相互識(shí)別并融合，而與其他生物膜不融合。因此可知SNARE可能是位于生物膜上的識(shí)別蛋白；囊泡運(yùn)輸說(shuō)明細(xì)胞內(nèi)的生物膜之間存在結(jié)構(gòu)和功能上的聯(lián)系；細(xì)胞中能形成囊泡的細(xì)胞結(jié)構(gòu)有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、細(xì)胞膜等；由高爾基體產(chǎn)生的一個(gè)囊泡只能與相應(yīng)的生物膜發(fā)生融合。

【例3】 如圖1表示在胰島B細(xì)胞中，將胰島素原分子的C段切除后加工成具有活性的胰島素，并被包裝在囊泡中的過(guò)程。胰島素和C段肽鏈在被排出胰島B細(xì)胞前，一直貯存在此囊泡中。該過(guò)程發(fā)生的場(chǎng)所應(yīng)是（ ）

A. 核糖體 B. 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

C. 高爾基體 D. 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)

參考答案：C。

解析：本題以胰島素的形成過(guò)程信息為材料，考查學(xué)生的獲取信息和處理信息的能力。在蛋白質(zhì)的分泌加工過(guò)程中，高爾基體具有加工蛋白質(zhì)的功能。胰島素和C段肽鏈在被排出胰島B細(xì)胞前，一直儲(chǔ)存在囊泡中，說(shuō)明此囊泡是由高爾基體脫落形成的。

【例4】 用含15N標(biāo)記的氨基酸培養(yǎng)液來(lái)培養(yǎng)某哺乳動(dòng)物的乳腺細(xì)胞，測(cè)得與合成和分泌乳蛋白有關(guān)的膜結(jié)構(gòu)的膜面積變化曲線如圖2甲所示，相關(guān)的一些細(xì)胞器上放射性強(qiáng)度變化的曲線如圖2乙所示，下面有關(guān)敘述中，錯(cuò)誤的是（ ）

A. a和d是相同結(jié)構(gòu)

B. b和f是相同結(jié)構(gòu)

C. c和e是相同結(jié)構(gòu)

D. a和e是相同結(jié)構(gòu)

參考答案：D。

解析：分泌蛋白首先在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體上合成，然后由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的囊泡送到高爾基體，高爾基體對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行分揀，脫落下囊泡，與細(xì)胞膜融合，通過(guò)胞吐釋放到細(xì)胞外。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脫落囊泡使得膜面積減小，如a；高爾基體接受囊泡和脫落囊泡，膜面積不變，如c；細(xì)胞膜融合了囊泡的膜，膜面積增大，如b。圖2乙中依據(jù)放射性的順序推斷，d是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，e是高爾基體，f是細(xì)胞膜。

【例5】 一年一度的高考來(lái)臨時(shí)，保健品市場(chǎng)常出現(xiàn)很多腦保健品，有些產(chǎn)品是通過(guò)給大腦持續(xù)補(bǔ)充磷脂酰膽堿，有效合成記憶傳遞因子——乙酰膽堿（Ach）的。當(dāng)人大腦里乙酰膽堿濃度增高時(shí)，信息傳遞快，記憶增強(qiáng)，思維敏捷。圖3為實(shí)驗(yàn)人員研究Ach濃度與反應(yīng)時(shí)間的簡(jiǎn)圖，A處注入不同濃度的Ach，B處給予恒定刺激，C、D處分別為靈敏感應(yīng)時(shí)間測(cè)量點(diǎn)（軸突中已除去了突觸小泡）。

（1） 寫(xiě)出圖中①～④的結(jié)構(gòu)：① ；② ；③ ；④ 。

（2） 表1為在不同濃度的Ach刺激下C、D兩處感受信號(hào)所用的時(shí)間。請(qǐng)分析回答：

① C處數(shù)據(jù)說(shuō)明了

② D處數(shù)據(jù)說(shuō)明了

（3） 在軸突中除去突觸小泡的目的是

。

（4） 神經(jīng)細(xì)胞間可以通過(guò)一種特殊的介質(zhì)來(lái)傳遞信息，含有傳遞分子的囊泡與神經(jīng)細(xì)胞的細(xì)胞膜融合之后再打開(kāi)，將傳遞分子通過(guò) （方式）釋放到神經(jīng)細(xì)胞的外部環(huán)境中。

解析：據(jù)題干所給信息知：① 實(shí)驗(yàn)原理：Ach是中樞內(nèi)興奮性遞質(zhì)，可引起突觸后神經(jīng)元興奮（在自然狀態(tài)下是由細(xì)胞體合成，以囊泡形式通過(guò)軸突運(yùn)輸?shù)酵怀鲂◇w，即突觸小泡）。

② 實(shí)驗(yàn)課題：本實(shí)驗(yàn)是定量實(shí)驗(yàn)，自變量是Ach濃度，因變量是興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)速度和在神經(jīng)元之間的傳遞速度（以靈敏感受器感受刺激所需的時(shí)間來(lái)衡量）。

③ 實(shí)驗(yàn)過(guò)程：A處注入不同濃度的Ach（同時(shí)軸突中已除去突觸小泡——排除突觸小泡中已有的Ach對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾）；B處為刺激位點(diǎn)；C、D兩處為實(shí)驗(yàn)結(jié)果的測(cè)定位點(diǎn)。

④ 神經(jīng)細(xì)胞間信號(hào)的傳遞是通過(guò)神經(jīng)遞質(zhì)來(lái)完成的，神經(jīng)遞質(zhì)包裹在突出小體的突觸小泡中，在接收到電信號(hào)的刺激后，會(huì)運(yùn)輸?shù)酵挥|前膜并與之融合，然后將神經(jīng)遞質(zhì)“吐”到神經(jīng)細(xì)胞外。這個(gè)過(guò)程沒(méi)有跨膜，但需要能量，因此屬于胞吐。

答案：（1） ① 細(xì)胞核 ② 線粒體 ③ 突觸前膜 ④ 突觸后膜 （2） ① Ach對(duì)于興奮在神經(jīng)纖維內(nèi)的傳導(dǎo)速度沒(méi)有影響 ② 隨著Ach濃度增加，興奮在神經(jīng)元之間的傳遞速度加快 （3） 排除突觸小泡中的遞質(zhì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾 （4） 胞吐

5 鞏固拓展

（1） 圖4表示神經(jīng)—肌肉突觸。當(dāng)興奮傳至軸突末梢時(shí)，突觸間隙中的Ca2+通過(guò)突觸前膜上的Ca2+通道內(nèi)流，導(dǎo)致神經(jīng)遞質(zhì)釋放（圖5），肌肉收縮。請(qǐng)據(jù)圖回答問(wèn)題：

① 傳出神經(jīng)末梢及其支配的肌肉在反射弧中稱(chēng)為 。

② 圖中軸突末梢具有較多的 （細(xì)胞器），可以為 的合成與釋放提供能量。突觸后膜具有明顯的凹陷或突起，提高了神經(jīng)遞質(zhì)與突觸后膜上 的作用效率。

③ 肌細(xì)胞興奮時(shí)，興奮處膜電位的特點(diǎn)為

。興奮通過(guò)突觸的速度較慢，原因是 的過(guò)程需要一定的時(shí)間。

④ 膽堿酯酶能催化乙酰膽堿水解，據(jù)圖分析突觸中膽堿酯酶存在的意義 。

⑤ 肉毒毒素因能特異地與突觸前膜上Ca2+通道結(jié)合，被用于面部除皺。請(qǐng)分析“肉毒毒素美容”的原理： 。

參考答案：

（1） ① 效應(yīng)器 ② 線粒體 乙酰膽堿 特異性受體 ③ 外負(fù)內(nèi)正 神經(jīng)遞質(zhì)的釋放以及與受體的結(jié)合 ④ 將（與受體結(jié)合的）乙酰膽堿及時(shí)分解，防止肌肉持續(xù)收縮 ⑤ （肉毒毒素與Ca2+通道結(jié)合）抑制Ca2+內(nèi)流，釋放乙酰膽堿減少，使面部肌肉舒張

每年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)都是高考命題取材的熱點(diǎn)素材，教師適當(dāng)?shù)貙?duì)這些素材進(jìn)行整理、挖掘，開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的訓(xùn)練習(xí)題，既可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也可以提高學(xué)生對(duì)熱點(diǎn)素材和重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)的解題能力。