高中生物学习中的“共同效应”_遗传密码论文

高中生物学习中的“共同效应”_遗传密码论文

高中生物学学习中的“共用效应”,本文主要内容关键词为:生物学论文,效应论文,高中论文,此文献不代表本站观点,内容供学术参考,文章仅供参考阅读下载。

“共用效应”是指在生物学学科中,有关化学物质的作用或生理生化过程往往表现的重叠现象。归纳整合这些知识点,深入挖掘重叠知识点对于学生系统地理解知识,提高学习质量大有裨益。

一、生化过程共用

1.C3途径

在光合作用的碳反应中,无论是C3植物还是C4植物,其CO2的固定都有着共同的代谢途径——C3途径。C3植物的碳反应中,首先是CO2与C5化合物结合成为C3化合物,然后C3化合物在ATP、NADPH和多种酶的作用下,还原为以葡萄糖为主的有机物。而C4植物CO2固定的途径比较广泛,除了有C3途径以外,还可以在叶肉细胞中进行。C4植物叶中有两种不同类型的光合细胞,即叶肉细胞和维管束鞘细胞。叶肉细胞中存在将二氧化碳固定的一种三碳酸中的酶,形成四碳的酸。由于这种途径中二氧化碳固定的产物是四碳化合物,所以这种光合作用途径被称为C4途径。

叶肉细胞的作用是将二氧化碳传递给维管束鞘细胞。维管束鞘细胞是叶脉周围排列紧密的一层细胞,其中进行着卡尔文循环。叶肉细胞中形成的四碳酸进入维管束鞘细胞后,发生脱去二氧化碳的作用,将二氧化碳释放出来。然后CO2进入卡尔文碳循环(C3途径)。因此说C3途径既是C3植物,也是C4植物共有的代谢途径。

2.糖酵解

细胞呼吸有2种方式:有氧呼吸和无氧呼吸。有氧呼吸包括3个阶段:

第一步骤为糖酵解:1分子的葡萄糖转变为2分子的丙酮酸,在这个过程中的变化是6个碳化合物转变为2个三碳化合物;同时产生少量的ATP;葡萄糖中的一部分氢原子与NAD+结合,形成NADH。第二步骤为柠檬酸循环:丙酮酸进入线粒体后在基质中进行柠檬酸循环。首先是在酶的作用下,使丙酮酸生成1个二碳化合物,同时脱去1分子CO2并形成1个NADH。二碳化合物进入柠檬酸循环,与草酰乙酸(C4)合成为C6酸(柠檬酸)。然后C6酸经多个反应,脱去2分子CO2,又形成1分子草酰乙酸,于是进入下一轮的柠檬酸循环,不断地将丙酮酸转变为CO2,并排出细胞外。第三步骤为电子传递链:每分子的NADH经过电子传递链后,形成2~3个ATP。电子传递的最后是氢与氧结合形成水。

无氧呼吸的过程由2个步骤组成:第一步骤进行糖酵解,这个过程与有氧呼吸是一样的;第二步骤丙酮酸在不同酶的作用下生成不同的代谢产物,最常见的是乳酸和乙醇。

二、化学物质共用

1.秋水仙素

秋水仙是生长在地中海沿岸的一种百合科植物,秋水仙素是从它体内提取出的一种植物碱,其作用是打破细胞有丝分裂时纺锤丝的形成,导致复制后的染色体的着丝点分裂后不能移向细胞的两极,从而引起细胞内的染色体数目增加了一倍。染色体加倍的细胞继续进行有丝分裂,将来就发育成为多倍体植株。由于秋水仙素的这个作用,被广泛应用在单倍体和多倍体育种工作中。此外秋水仙素还是诱发基因发生突变的一种化学物质。高中生物学教材中介绍的关于用化学方法诱发基因突变的物质有:亚硝酸盐、硫酸二已脂、羟胺等。这方面的物质介绍得不多,实际上秋水仙素也是一种基因突变的诱导剂。秋水仙素既可在染色体变异中发挥作用,也可以在基因突变中发挥作用。

2.聚乙二醇

在植物细胞工程的体细胞杂交中,通常使用酶解法将植物细胞的细胞壁除掉,使其成为原生质体,以便使两个不同种的原生质体融合在一起。在这个过程中聚乙二醇能起到促融作用。而在动物细胞工程中的动物细胞融合技术中,如果人们希望获得单克隆抗体,往往将动物的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合在一起,在这个过程中,如果使用化学的方法也需要诱导剂,在诱导剂中除了可以使用灭活的病毒以外,还可以使用聚乙二醇作为促融剂,因此聚乙二醇在植物细胞工程和动物细胞工程中都能充当促融剂,在植物细胞工程和动物细胞工程中都能发挥作用。

3.抗体

在体液免疫中由于外界抗原的刺激作用,使机体在神经系统的调节下,产生了一种特异性的抗体,这种抗体能够与入侵的抗原进行特异性结合(抗体—抗原反应),直至把抗原消灭掉。而在细胞免疫中,由活化的毒性T细胞与靶细胞接触,激活细胞内的溶菌体酶,从而改变了靶细胞的通透性,改变了渗透压,导致了靶细胞的裂解死亡。同时辅助性T细胞还释放淋巴因子,如白细胞介素、干扰素等,这些物质又增强了活化的毒性T细胞的杀伤力。由于靶细胞的裂解死亡,使外界入侵的抗原“暴露”出来,这时抗体便与该抗原进行特异性结合将其消灭。由此可见抗体在体液免疫和细胞免疫中能够共同发挥作用。

4.病毒

在动物细胞工程技术中,动物细胞的融合是动物细胞工程的一个重要手段,在动物细胞融合时可以把病毒经过一定的处理,使其失去活性后用于动物细胞的融合,从而形成融合细胞,这时病毒充当了促融剂。

在基因工程操作过程中,若将目的基因送入受体细胞,必须要使用运载体才能得以实现。而这种运载体可以是细菌的质粒,也可以使用DNA病毒,用同一种限制性核酸内切酶切割后,再用DNA聚合酶使其与目的基因“缝合”在一起,形成目的基因与运载体的综合体,这样便可以把目的基因运送入受体细胞。因此病毒一方面可以在细胞工程中得到应用,另一方面也可以在基因工程中有所作为。

5.膀胱

对于多细胞的动物体和人类来说,完成一个反射活动需要通过神经弧来实现。反射弧的结构包括感受器、传入神经元、反射中枢、传出神经元和效应器5个基本环节,一般说来感受器和效应器应当属于不同的器官。但是也有特殊情况,比如人体的膀胱,它的储尿量大约在500 mL时人体就会产生尿感,这是因为尿液刺激了膀胱壁上的压力感受器,使膀胱压力感受器兴奋,沿着一定的神经传导路径到大脑皮层产生尿感。在条件允许的情况下,大脑皮层通过下行传导束及传出神经元作用于膀胱,使得膀胱肌收缩,尿道括约肌舒张,尿液就被排出体外。在这个反射弧中,膀胱肌既是感受器又是效应器,表现为感受器和效应器共用。

6.“遗传密码字典”

1965年,生命体内的20种氨基酸的60余种密码子被全部破译。这些遗传密码组成了一部“遗传密码字典”,从这部“遗传密码字典”中可以获取以下基本信息:(1)一个密码子由3个碱基(三联体)组成。(2)“遗传密码字典”中有3个终止密码,它们是:UAA、UAG、UGA;能够编码氨基酸的遗传密码子有61种。(3)“遗传密码字典”中有2个起始密码,分别是:AUG和GUG,前者编码的氨基酸是甲硫氨酸,后者编码的氨基酸是缬氨酸;但是在细菌中它们都代表甲酰甲硫氨酸。(4)有“兼并”现象,即一种氨基酸可以由多个遗传密码子决定,最多是6个,如亮氨酸、丝氨酸和精氨酸。(5)遗传密码子的3个碱基中,如果前2个碱基一致,则决定的氨基酸的种类是相同的。

根据目前人类掌握的遗传学理论来看,在很大程度上整个生命自然界共用这套“遗传密码字典”,只是个别情况有些例外。这主要表现在线粒体中的遗传密码子(三联体)有一定的特殊性,比如遗传密码子UGA是终止密码的信号,但在哺乳类、酵母菌等的线粒体上是色氨酸的遗传密码子;CUA是亮氨酸的遗传密码子,但在酵母菌的线粒体上却是苏氨酸的遗传密码子;AUA是异亮氨酸的遗传密码,它在酵母菌的线粒体中表现为一致性,但在哺乳类的线粒体中它却是甲硫氨酸的遗传密码;而AGA、AGG本是精氨酸的遗传密码,但是在哺乳类的线粒体中却代表终止密码,但对大多数的生物还是适用的。

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