小囊泡 大文章

鄧過房

1 新聞報道

瑞典卡羅琳醫學院經評定，在斯德哥爾摩時間10月7日11時30分（北京時間10月7日17時30分）宣布，將2013年諾貝爾生理學或醫學獎授予美國科學家詹姆斯·羅斯曼和蘭迪·謝克曼、德國科學家托馬斯·蘇德霍夫，以表彰他們發現細胞內部囊泡運輸調控機制。蘭迪·謝克曼發現了一系列囊泡運輸所需的基因；詹姆斯·羅斯曼闡明了允許囊泡與目標進行融合、使分子得以轉運的蛋白質機制；托馬斯·聚德霍夫則揭示了指導囊泡精確釋放貨物的信號機制。

2 “囊泡”介紹

囊泡是由膜包裹的微型小泡，能夠帶著細胞“貨物”穿梭于細胞器間，也能夠與細胞膜融合，將“貨物”釋放到細胞外部。由于神經激活過程中神經遞質的釋放、代謝調節過程中激素的釋放都涉及這種轉運，囊泡轉運系統是非常重要的。

3 與“囊泡”相關的考點

近年來以諾貝爾獎為背景的生物學試題在高考中屢次出現，并且有關細胞膜的結構與功能、分泌蛋白的運輸過程、神經遞質的釋放、激素調節和免疫調節的考查均能較好地體現對“囊泡”的知識點的關注與銜接。“囊泡運行系統的機制研究”有機會揭示神經系統疾病、糖尿病、免疫疾病等目前社會熱門關注且難攻克疾病的真正病因。故預測2014年高考中有關“細胞囊泡”的知識可能會涉及。

4 相關例題

【例1】 已知突觸前神經元釋放的某種遞質可使突觸后神經元興奮，當完成一次興奮傳遞后，該種遞質立即被分解。某種藥物可以阻止該種遞質的分解，這種藥物的即時效應是（ ）

A. 突觸前神經元持續性興奮

B. 突觸后神經元持續性興奮

C. 突觸前神經元持續性抑制

D. 突觸后神經元持續性抑制

參考答案：B。

解析：遞質從突觸前膜釋放后，擴散通過突觸間隙到達后膜，與后膜上的受體結合后導致后膜產生動作電位，導致突觸后神經元興奮或抑制。一次刺激只能引起一次興奮是因為遞質到達后膜后，立刻被分解。如果遞質不分解，則會造成后膜不斷興奮。這種藥劑使遞質的分解過程受阻，則導致突觸后神經元不斷興奮。

【例2】 科學家利用生化方法研究細胞內囊泡運輸及到達指定位置的分子機制，發現囊泡和靶膜上都存在自身的SNARE，只有二者相互識別并特異性結合后方可實現囊泡和靶膜的融合。下列論述錯誤的是（ ）

A. SNARE可能是位于生物膜上的識別蛋白

B. 囊泡運輸說明細胞內的生物膜之間存在結構和功能上的聯系

C. 一個由高爾基體形成的可與細胞膜的囊泡，也可與其他細胞器膜融合

D. 細胞中能形成囊泡的細胞結構有內質網、高爾基體、細胞膜等

參考答案：C。

解析：根據題干信息可知，一個囊泡只能與其相應的靶膜相互識別并融合，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別蛋白；囊泡運輸說明細胞內的生物膜之間存在結構和功能上的聯系；細胞中能形成囊泡的細胞結構有內質網、高爾基體、細胞膜等；由高爾基體產生的一個囊泡只能與相應的生物膜發生融合。

【例3】 如圖1表示在胰島B細胞中，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程。胰島素和C段肽鏈在被排出胰島B細胞前，一直貯存在此囊泡中。該過程發生的場所應是（ ）

A. 核糖體 B. 內質網

C. 高爾基體 D. 細胞質基質

參考答案：C。

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

【例4】 用含15N標記的氨基酸培養液來培養某哺乳動物的乳腺細胞，測得與合成和分泌乳蛋白有關的膜結構的膜面積變化曲線如圖2甲所示，相關的一些細胞器上放射性強度變化的曲線如圖2乙所示，下面有關敘述中，錯誤的是（ ）

A. a和d是相同結構

B. b和f是相同結構

C. c和e是相同結構

D. a和e是相同結構

參考答案：D。

解析：分泌蛋白首先在內質網上的核糖體上合成，然后由內質網的囊泡送到高爾基體，高爾基體對蛋白質進行分揀，脫落下囊泡，與細胞膜融合，通過胞吐釋放到細胞外。內質網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；細胞膜融合了囊泡的膜，膜面積增大，如b。圖2乙中依據放射性的順序推斷，d是內質網，e是高爾基體，f是細胞膜。

【例5】 一年一度的高考來臨時，保健品市場常出現很多腦保健品，有些產品是通過給大腦持續補充磷脂酰膽堿，有效合成記憶傳遞因子——乙酰膽堿（Ach）的。當人大腦里乙酰膽堿濃度增高時，信息傳遞快，記憶增強，思維敏捷。圖3為實驗人員研究Ach濃度與反應時間的簡圖，A處注入不同濃度的Ach，B處給予恒定刺激，C、D處分別為靈敏感應時間測量點（軸突中已除去了突觸小泡）。

（1） 寫出圖中①～④的結構：① ；② ；③ ；④ 。

（2） 表1為在不同濃度的Ach刺激下C、D兩處感受信號所用的時間。請分析回答：

① C處數據說明了

② D處數據說明了

（3） 在軸突中除去突觸小泡的目的是

。

（4） 神經細胞間可以通過一種特殊的介質來傳遞信息，含有傳遞分子的囊泡與神經細胞的細胞膜融合之后再打開，將傳遞分子通過 （方式）釋放到神經細胞的外部環境中。

解析：據題干所給信息知：① 實驗原理：Ach是中樞內興奮性遞質，可引起突觸后神經元興奮（在自然狀態下是由細胞體合成，以囊泡形式通過軸突運輸到突出小體，即突觸小泡）。

② 實驗課題：本實驗是定量實驗，自變量是Ach濃度，因變量是興奮在神經纖維上的傳導速度和在神經元之間的傳遞速度（以靈敏感受器感受刺激所需的時間來衡量）。

③ 實驗過程：A處注入不同濃度的Ach（同時軸突中已除去突觸小泡——排除突觸小泡中已有的Ach對實驗結果的干擾）；B處為刺激位點；C、D兩處為實驗結果的測定位點。

④ 神經細胞間信號的傳遞是通過神經遞質來完成的，神經遞質包裹在突出小體的突觸小泡中，在接收到電信號的刺激后，會運輸到突觸前膜并與之融合，然后將神經遞質“吐”到神經細胞外。這個過程沒有跨膜，但需要能量，因此屬于胞吐。

答案：（1） ① 細胞核 ② 線粒體 ③ 突觸前膜 ④ 突觸后膜 （2） ① Ach對于興奮在神經纖維內的傳導速度沒有影響 ② 隨著Ach濃度增加，興奮在神經元之間的傳遞速度加快 （3） 排除突觸小泡中的遞質對實驗結果的干擾 （4） 胞吐

5 鞏固拓展

（1） 圖4表示神經—肌肉突觸。當興奮傳至軸突末梢時，突觸間隙中的Ca2+通過突觸前膜上的Ca2+通道內流，導致神經遞質釋放（圖5），肌肉收縮。請據圖回答問題：

① 傳出神經末梢及其支配的肌肉在反射弧中稱為 。

② 圖中軸突末梢具有較多的 （細胞器），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，提高了神經遞質與突觸后膜上 的作用效率。

③ 肌細胞興奮時，興奮處膜電位的特點為

。興奮通過突觸的速度較慢，原因是 的過程需要一定的時間。

④ 膽堿酯酶能催化乙酰膽堿水解，據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+通道結合，被用于面部除皺。請分析“肉毒毒素美容”的原理： 。

參考答案：

（1） ① 效應器 ② 線粒體 乙酰膽堿 特異性受體 ③ 外負內正 神經遞質的釋放以及與受體的結合 ④ 將（與受體結合的）乙酰膽堿及時分解，防止肌肉持續收縮 ⑤ （肉毒毒素與Ca2+通道結合）抑制Ca2+內流，釋放乙酰膽堿減少，使面部肌肉舒張

每年的諾貝爾生理學或醫學獎都是高考命題取材的熱點素材，教師適當地對這些素材進行整理、挖掘，開發出相應的訓練習題，既可以提高學生的學習興趣，也可以提高學生對熱點素材和重點知識點的解題能力。