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摘要:特异性结合在高中教材中是一个非常重要的知识点,注重归纳总结,有利于提高解题的准确性。
关键词:特异性结合结构吻合
在日常的生物教学中,我们经常强调这样的一些知识点,比如:一种酶只能催化一种或一类化学反应,这是酶的专一性;同一种植物对不同离子的吸收情况不一样,这是植物对离子吸收的选择性;在免疫反应中,一种抗体只能与相应的抗原发生特异性结合;在激素调节中,某种激素只能通过血液循环运输到相应的靶部位被相应的靶细胞识别并特异性结合等等,诸如这些问题其实都涉及一个共同的内容即 “特异性”。所谓特异性结合的机理,简单说,实际上是两种物质在构象上发生变化,最终达到结构上的吻合,这种一对一的关系,可用生物学上的“锁——钥学说”加以解释。今天就简单列举几种重要的“特异性”实例。
一、酶催化作用的专一性
在生物化学反应中,反应物常被称作底物,催化剂是由酶来承担,和无机催化剂相比,酶具有高效性,专一性,且受温度、PH值等外界条件的影响。所谓专一性,指的是酶与底物相互作用的特异性。酶与底物结合时,酶的构象发生变化,同时底物分子的构象也发生改变,从而形成互相契合的酶与底物的复合物,进一步转换成过渡态,增加了酶促反应的速率。酶的专一性贯穿于整个生物课本,无论必修教材或是选修教材,都始终把它当作重点考查。
例1:去掉植物细胞壁而又不影响植物细胞的活性,最好选择()方法处理。
A 盐酸溶液 B 氢氧化钠溶液
C 加热 D 纤维素酶和果胶酶
答案:D
例2:在植物细胞工程中,制备原生质体;在动物细胞工程中,制备动物单个细胞悬浮液,分别利用了哪些酶?依据是什么?
答案:纤维素酶和果胶酶胰蛋白酶,酶的专一性。
二、细胞膜上载体运输作用的选择性
当物质通过细胞膜进出细胞完成吸收或分泌活动时,绝大多数物质如:Na+、K+、C6H12O6等都需要细胞膜上的载体协助才能完成,一种物质到底能不能通过细胞膜关键看有没有相应的载体。所谓载体的相应性就是在构象上与物质存在结构的吻合性。我们在讲述植物对离子的吸收具有选择性时常常从两个方面考虑,同一植物对不同离子的吸收情况不一样,不同植物对同一离子的吸收情况也不一样,这种不一样就是选择性。造成这种选择性产生的直接原因就是植物细胞膜上是否存在与该离子相对应的特异性载体。
例如:把水稻和番茄植株同时种在两个相同的完全培养液中培养,一段时间后测定培养液中,Si4+、Ca2+变化,结果发现,水稻吸收Si多,吸收Ca少,而番茄吸收Si少,吸收Ca多,这种现象说明了什么问题?
[答案从两个方面回答]:①_______②_______
三、免疫反应中识别作用的特异性
细胞特异性免疫分为体液免疫和细胞免疫。其中体液免疫过程可分为抗原识别,细胞增殖与分化,合成、分泌抗体、发挥效应3个阶段。其中,B细胞对抗原的识别是通过其表面的抗原识别受体来进行的,在B细胞对抗原识别时,一是需要抗原信号刺激,二是需要T细胞信号刺激以及T细胞所分泌的淋巴因子的作用才能达到对抗原的识别,而后B细胞才能增殖与分化。需要指出的是,在体液免疫中,B细胞和T细胞所识别的抗原决定簇是不同的,但二者必须识别同一抗原分子的不同抗原决定簇,才能使感应阶段顺利进行。在这个过程中表达了免疫细胞对抗原的高度特异性。另外在体液免疫结束,抗体消灭抗原时,一定要强调的是,抗体只能与相应的抗原发生特异性结合,形成抗原与抗体的复合体,最终以沉淀形式被吞噬细胞清除掉。
四、激素的调节作用
激素是由动物的内分泌腺或具有分泌功能的细胞产生的,由血液循环运输到机体其他部位,发挥其特殊生理作用的一类化学物质。激素作用具有靶向性即特异性,在生命活动调节中作为信号分子激素所作用的靶细胞膜上或细胞内一定存在识别该激素的受体。由于是信号传递作用,一旦靶细胞膜上或细胞内部的受体与相应激素在结构上发生了吻合,在结合的过程中就等于把信号传递给靶细胞,就可能引起靶细胞相应的生理反应。有的激素特异性特别强,比如,下丘脑释放的促激素只能作用于垂体,而垂体释放的促甲状腺激素只能作用于甲状腺。说明,只有垂体细胞膜上存在识别促甲状腺激素释放激素的受体,只有甲状腺细胞膜上存在识别促甲状腺激素的受体。但是也有激素特异性较弱的,如甲状腺激素,可作用于几乎所有的组织细胞。
五、兴奋在神经元之间的传递
神经调节是生命活动调节最为重要的调节方式,反射是神经调节的基本形式,反射弧是反射活动的结构基础。兴奋在反射弧中传导是单向的,单向的原因主要是经过突触时,神经递质的运动方向是单向的,只能由突触前膜释放,经过突触间隙,最后被突触后膜上相应受体识别并特异性结合。这样信号就实现了由电信号到化学信号再到电信号的转变。在整个环节中,最能影响兴奋向下一个神经元传递的是神经递质能否与突触后膜上相应受体准确的结合。在实际生活中有很多种疾病的发生就是由于干扰了递质与受体的特异性结合引起的,比如有一种疾病,病人血清中含有对抗乙酰胆碱受体的抗体。这种抗体一旦与乙酰胆碱受体错误结合,兴奋传递时真正的乙酰胆碱就失去了与受体结合的机会,导致兴奋不能传递,下一个神经元不能兴奋,病人就表现出肌无力症状,这种疾病称肌无力,属于自身免疫疾病。
六、病毒专一性寄生
在自然界中病毒属于无细胞结构的生物,不能独立代谢必须寄生在相应的宿主细胞内才能生存。病毒寄生具有专一性。这种寄生的专一性也就成了病毒的其中一种分类,即根据侵染对象,又把病毒分为动物病毒、植物病毒、细菌病毒。在最近几年,病毒在自然界出现大流行,如2003年SARS病毒引发非典型性肺炎;2004年春禽流感病毒引发禽流感,2009年春流行的手足口及H1N1引发的甲型流感等,在这些疾病流行期间几乎没有发现生物之间的交叉感染,这一事实,本身就证明病毒的寄生具有专一性。专一性归根结底还属于特异性即病毒能否侵染某种细胞,还要看宿主细胞膜上是否存在识别病毒的受体。
最后,还需强调的是,在选修教材上还存在另外一种形式的特异性结合,它依据的不是上述物质结构上的吻合,而是碱基互补配对原则。
总之,掌握课本上重要的特异性实例,不仅能使知识系统化,关健是在高考答题中,能准确做到语言的规范化、精确化。
关键词:特异性结合结构吻合
在日常的生物教学中,我们经常强调这样的一些知识点,比如:一种酶只能催化一种或一类化学反应,这是酶的专一性;同一种植物对不同离子的吸收情况不一样,这是植物对离子吸收的选择性;在免疫反应中,一种抗体只能与相应的抗原发生特异性结合;在激素调节中,某种激素只能通过血液循环运输到相应的靶部位被相应的靶细胞识别并特异性结合等等,诸如这些问题其实都涉及一个共同的内容即 “特异性”。所谓特异性结合的机理,简单说,实际上是两种物质在构象上发生变化,最终达到结构上的吻合,这种一对一的关系,可用生物学上的“锁——钥学说”加以解释。今天就简单列举几种重要的“特异性”实例。
一、酶催化作用的专一性
在生物化学反应中,反应物常被称作底物,催化剂是由酶来承担,和无机催化剂相比,酶具有高效性,专一性,且受温度、PH值等外界条件的影响。所谓专一性,指的是酶与底物相互作用的特异性。酶与底物结合时,酶的构象发生变化,同时底物分子的构象也发生改变,从而形成互相契合的酶与底物的复合物,进一步转换成过渡态,增加了酶促反应的速率。酶的专一性贯穿于整个生物课本,无论必修教材或是选修教材,都始终把它当作重点考查。
例1:去掉植物细胞壁而又不影响植物细胞的活性,最好选择()方法处理。
A 盐酸溶液 B 氢氧化钠溶液
C 加热 D 纤维素酶和果胶酶
答案:D
例2:在植物细胞工程中,制备原生质体;在动物细胞工程中,制备动物单个细胞悬浮液,分别利用了哪些酶?依据是什么?
答案:纤维素酶和果胶酶胰蛋白酶,酶的专一性。
二、细胞膜上载体运输作用的选择性
当物质通过细胞膜进出细胞完成吸收或分泌活动时,绝大多数物质如:Na+、K+、C6H12O6等都需要细胞膜上的载体协助才能完成,一种物质到底能不能通过细胞膜关键看有没有相应的载体。所谓载体的相应性就是在构象上与物质存在结构的吻合性。我们在讲述植物对离子的吸收具有选择性时常常从两个方面考虑,同一植物对不同离子的吸收情况不一样,不同植物对同一离子的吸收情况也不一样,这种不一样就是选择性。造成这种选择性产生的直接原因就是植物细胞膜上是否存在与该离子相对应的特异性载体。
例如:把水稻和番茄植株同时种在两个相同的完全培养液中培养,一段时间后测定培养液中,Si4+、Ca2+变化,结果发现,水稻吸收Si多,吸收Ca少,而番茄吸收Si少,吸收Ca多,这种现象说明了什么问题?
[答案从两个方面回答]:①_______②_______
三、免疫反应中识别作用的特异性
细胞特异性免疫分为体液免疫和细胞免疫。其中体液免疫过程可分为抗原识别,细胞增殖与分化,合成、分泌抗体、发挥效应3个阶段。其中,B细胞对抗原的识别是通过其表面的抗原识别受体来进行的,在B细胞对抗原识别时,一是需要抗原信号刺激,二是需要T细胞信号刺激以及T细胞所分泌的淋巴因子的作用才能达到对抗原的识别,而后B细胞才能增殖与分化。需要指出的是,在体液免疫中,B细胞和T细胞所识别的抗原决定簇是不同的,但二者必须识别同一抗原分子的不同抗原决定簇,才能使感应阶段顺利进行。在这个过程中表达了免疫细胞对抗原的高度特异性。另外在体液免疫结束,抗体消灭抗原时,一定要强调的是,抗体只能与相应的抗原发生特异性结合,形成抗原与抗体的复合体,最终以沉淀形式被吞噬细胞清除掉。
四、激素的调节作用
激素是由动物的内分泌腺或具有分泌功能的细胞产生的,由血液循环运输到机体其他部位,发挥其特殊生理作用的一类化学物质。激素作用具有靶向性即特异性,在生命活动调节中作为信号分子激素所作用的靶细胞膜上或细胞内一定存在识别该激素的受体。由于是信号传递作用,一旦靶细胞膜上或细胞内部的受体与相应激素在结构上发生了吻合,在结合的过程中就等于把信号传递给靶细胞,就可能引起靶细胞相应的生理反应。有的激素特异性特别强,比如,下丘脑释放的促激素只能作用于垂体,而垂体释放的促甲状腺激素只能作用于甲状腺。说明,只有垂体细胞膜上存在识别促甲状腺激素释放激素的受体,只有甲状腺细胞膜上存在识别促甲状腺激素的受体。但是也有激素特异性较弱的,如甲状腺激素,可作用于几乎所有的组织细胞。
五、兴奋在神经元之间的传递
神经调节是生命活动调节最为重要的调节方式,反射是神经调节的基本形式,反射弧是反射活动的结构基础。兴奋在反射弧中传导是单向的,单向的原因主要是经过突触时,神经递质的运动方向是单向的,只能由突触前膜释放,经过突触间隙,最后被突触后膜上相应受体识别并特异性结合。这样信号就实现了由电信号到化学信号再到电信号的转变。在整个环节中,最能影响兴奋向下一个神经元传递的是神经递质能否与突触后膜上相应受体准确的结合。在实际生活中有很多种疾病的发生就是由于干扰了递质与受体的特异性结合引起的,比如有一种疾病,病人血清中含有对抗乙酰胆碱受体的抗体。这种抗体一旦与乙酰胆碱受体错误结合,兴奋传递时真正的乙酰胆碱就失去了与受体结合的机会,导致兴奋不能传递,下一个神经元不能兴奋,病人就表现出肌无力症状,这种疾病称肌无力,属于自身免疫疾病。
六、病毒专一性寄生
在自然界中病毒属于无细胞结构的生物,不能独立代谢必须寄生在相应的宿主细胞内才能生存。病毒寄生具有专一性。这种寄生的专一性也就成了病毒的其中一种分类,即根据侵染对象,又把病毒分为动物病毒、植物病毒、细菌病毒。在最近几年,病毒在自然界出现大流行,如2003年SARS病毒引发非典型性肺炎;2004年春禽流感病毒引发禽流感,2009年春流行的手足口及H1N1引发的甲型流感等,在这些疾病流行期间几乎没有发现生物之间的交叉感染,这一事实,本身就证明病毒的寄生具有专一性。专一性归根结底还属于特异性即病毒能否侵染某种细胞,还要看宿主细胞膜上是否存在识别病毒的受体。
最后,还需强调的是,在选修教材上还存在另外一种形式的特异性结合,它依据的不是上述物质结构上的吻合,而是碱基互补配对原则。
总之,掌握课本上重要的特异性实例,不仅能使知识系统化,关健是在高考答题中,能准确做到语言的规范化、精确化。