高中生物學學習中的“共用效應”

“共用效應”是指在生物學學科中，有關化學物質的作用或生理生化過程往往表現的重疊現象。歸納整合這些知識點，深入挖掘重疊知識點對于學生系統地理解知識，提高學習質量大有裨益。

1生化過程共用

1.1 C₃途徑

在光合作用的碳反應中，無論是C₃植物還是C₃植物，其CO₂的固定都有著共同的代謝途徑——C₃途徑。c₃植物的碳反應中，首先是CO₃與c₅化合物結合成為c₃化合物，然后c₃化合物在ATP、NADPH和多種酶的作用下，還原為以葡萄糖為主的有機物。而c₄植物CO₂固定的途徑比較廣泛，除了有C₃途徑以外，還可以在葉肉細胞中進行。C₄植物葉中有兩種不同類型的光合細胞，即葉肉細胞和維管束鞘細胞。葉肉細胞中存在將二氧化碳固定的一種三碳酸中的酶，形成四碳的酸。由于這種途徑中二氧化碳固定的產物是四碳化合物，所以這種光合作用途徑被稱為c₄途徑。

葉肉細胞的作用是將二氧化碳傳遞給維管束鞘細胞。維管束鞘細胞是葉脈周圍排列緊密的一層細胞，其中進行著卡爾文循環。葉肉細胞中形成的四碳酸進入維管束鞘細胞后，發生脫去二氧化碳的作用，將二氧化碳釋放出來。然后CO₃進入卡爾文碳循環(C₃途徑)。因此說C₃途徑既是c₃植物，也是c₄植物共有的代謝途徑。

1.2 糖酵解

細胞呼吸有2種方式：有氧呼吸和無氧呼吸。有氧呼吸包括3個階段：

第一步驟為糖酵解：1分子的葡萄糖轉變為2分子的丙酮酸，在這個過程中的變化是6個碳化合物轉變為2個三碳化合物；同時產生少量的ATP葡萄糖中的一部分氫原子與NAD⁺結合，形成NADH。第二步驟為檸檬酸循環：丙酮酸進入線粒體后在基質中進行檸檬酸循環。首先是在酶的作用下，使丙酮酸生成1個二碳化合物，同時脫去1分子CO₂并形成1個NADH。二碳化合物進入檸檬酸循環，與草酰乙酸(C₄)合成為C₆酸(檸檬酸)。然后C₆。酸經多個反應，脫去2分子CO₂，又形成1分子草酰乙酸，于是進入下一輪的檸檬酸循環，不斷地將丙酮酸轉變為CO₂，并排出細胞外。第三步驟為電子傳遞鏈：每分子的NADH經過電子傳遞鏈后，形成2～3個ATP。電子傳遞的最后是氫與氧結合形成水。

無氧呼吸的過程由2個步驟組成：第一步驟進行糖酵解，這個過程與有氧呼吸是一樣的；第二步驟丙酮酸在不同酶的作用下生成不同的代謝產物，最常見的是乳酸和乙醇。

2 化學物質共用

2.1 秋水仙素

秋水仙是生長在地中海沿岸的一種百合科植物，秋水仙素是從它體內提取出的一種植物堿，其作用是打破細胞有絲分裂時紡錘絲的形成，導致復制后的染色體的著絲點分裂后不能移向細胞的兩極，從而引起細胞內的染色體數目增加了一倍。染色體加倍的細胞繼續進行有絲分裂，將來就發育成為多倍體植株。由于秋水仙素的這個作用，被廣泛應用在單倍體和多倍體育種工作中。此外秋水仙素還是誘發基因發生突變的一種化學物質。高中生物學教材中介紹的關于用化學方法誘發基因突變的物質有：亞硝酸鹽、硫酸二已脂、羥胺等。這方面的物質介紹得不多，實際上秋水仙素也是一種基因突變的誘導劑。秋水仙素既可在染色體變異中發揮作用，也可以在基因突變中發揮作用。

2.2 聚乙二醇

在植物細胞工程的體細胞雜交中，通常使用酶解法將植物細胞的細胞壁除掉，使其成為原生質體。以便使兩個不同種的原生質體融合在一起，在這個過程中聚乙二醇能起到促融作用。而在動物細胞工程中的動物細胞融合技術中，如果人們希望獲得單克隆抗體，往往將動物的B淋巴細胞與骨髓瘤細胞融合在一起，在這個過程中，如果使用化學的方法也需要誘導劑，在誘導劑中除了可以使用滅活的病毒以外，還可以使用聚乙二醇做為促融劑，因此聚乙二醇在植物細胞工程和動物細胞工程中都能充當促融劑。在植物細胞工程和動物細胞工程中都能發揮作用。

2.3 抗體

在體液免疫中由于外界抗原的刺激作用，使機體在神經系統的調節下，產生了一種特異性的抗體，這種抗體能夠與入侵的抗原進行特異性結合(抗體—抗原反應)，直至把抗原消滅掉。而在細胞免疫中，由活化的毒性T細胞與靶細胞接觸，激活細胞內的溶菌體酶，從而改變了靶細胞的通透性，改變了滲透壓，導致了靶細胞的裂解死亡。同時輔助性T細胞還釋放淋巴因子，如白細胞介素、干擾素等，這些物質又增強了活化的毒性T細胞的殺傷力。由于靶細胞的裂解死亡，使外界入侵的抗原“暴露”出來，這時抗體便與該抗原進行特異性結合將其消滅。由此可見抗體在體液免疫和細胞免疫中能夠共同發揮作用。

2.4 病毒

在動物細胞工程技術中，動物細胞的融合是動物細胞工程的一個重要手段，在動物細胞融合時可以把病毒經過一定的處理，使其失去活性后用于動物細胞的融合，從而形成融合細胞，這時病毒充當了促融劑。

在基因工程操作過程中，若將目的基因送入受體細胞，必須要使用運載體才能得以實現。而這種運載體可以是細菌的質粒，也可以使用DNA病毒，用同一種限制性核酸內切酶切割后，再用DNA聚合酶使其與目的基因“縫合”在一起，形成目的基因與運載體的綜合體，這樣便可以把目的基因運送入受體細胞。因此病毒一方面可以在細胞工程中得到應用，另一方面也可以在基因工程中有所作為。

2.5 膀胱

對于多細胞的動物體和人類來說，完成一個反射活動需要通過神經弧來實現。反射弧的結構包括感受器、傳入神經元、反射中樞、傳出神經元和效應器5個基本環節，一般說來感受器和效應器應當屬于不同的器官。但是也有特殊情況，比如人體的膀胱，它的儲尿量大約在500 mL時人體就會產生尿感，這是因為尿液刺激了膀胱壁上的壓力感受器，使膀胱壓力感受器興奮，沿著一定的神經傳導路徑到大腦皮層產生尿感。在條件允許的情況下，大腦皮層通過下行傳導束及傳出神經元作用于膀胱，使得膀胱肌收縮，尿道括約肌舒張，尿液就被排出體外。在這個反射弧中，膀胱肌既是感受器又是效應器，表現為感受器和效應器共用。

2.6 “遺傳密碼字典”

1965年，生命體內的20種氨基酸的60余種密碼子被全部破譯。這些遺傳密碼組成了一部“遺傳密碼字典”，從這部“遺傳密碼字典”中可以獲取以下基本信息：(1)一個密碼子由3個堿基(三聯體)組成。(2)“遺傳密碼字典”中有3個終止密碼，它們是：UAA、UAG、UGA；能夠編碼氨基酸的遺傳密碼子有61種。(3)“遺傳密碼字典”中有2個起始密碼，分別是：AUG和GUG，前者編碼的氨基酸是甲硫氨酸，后者編碼的氨基酸是纈氨酸；但是在細菌中它們都代表甲酰甲硫氨酸。(4)有“兼并”現象，即一種氨基酸可以由多個遺傳密碼子決定，最多是6個，如亮氨酸、絲氨酸和精氨酸。(5)遺傳密碼子的3個堿基中，如果前2個堿基一致，則決定的氨基酸的種類是相同的。

根據目前人類掌握的遺傳學理論來看，在很大程度上整個生命自然界共用這套“遺傳密碼字典”，只是個別情況有些例外。這主要表現在線粒體中的遺傳密碼子(三聯體)有一定的特殊性，比如遺傳密碼子UGA是終止密碼的信號，但在哺乳類、酵母菌等的線粒體上是色氨酸的遺傳密碼子；CUA是亮氨酸的遺傳密碼子，但在酵母菌的線粒體上卻是蘇氨酸的遺傳密碼子；AUA是異亮氨酸的遺傳密碼，它在酵母菌的線粒體中表現為一致性，但在哺乳類的線粒體中它卻是甲硫氨酸的遺傳密碼；而AGA、AGG本是精氨酸的遺傳密碼，但是在哺乳類的線粒體中卻代表終止密碼。但對大多數的生物還是適用的。