小囊泡 大文章

邓过房

一、新闻报道

瑞典卡罗琳医学院经评定，在斯德哥尔摩时间10月7日11时30分（北京时间10月7日17时30分）宣布，将2013年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家詹姆斯-E. 罗斯曼和兰迪- W. 谢克曼、德国科学家托马斯- C. 苏德霍夫，以表彰他们发现细胞内部囊泡运输调控机制。兰迪·谢克曼发现了一系列囊泡运输所需的基因；詹姆斯·罗斯曼阐明了允许囊泡与目标进行融合、使分子得以转运的蛋白质机制；托马斯·聚德霍夫则揭示了指导囊泡精确释放货物的信号机制。

二、“囊泡”介绍

囊泡（Vesicles）是由膜包裹的微型小泡，能够带着细胞货物穿梭于细胞器间，也能够与细胞膜融合，将货物释放到细胞外部。由于神经激活过程中神经递质的释放、代谢调节过程中激素的释放都涉及这种转运，囊泡转运系统是非常重要的。

三、与“囊泡”相关的考点

近年来以诺贝尔奖为背景的生物学试题在高考中屡次出现，并且有关细胞膜的结构与功能、分泌蛋白的运输过程、神经递质的释放、激素调节和免疫调节的考查均能较好地体现对“囊泡”的知识点的关注与衔接。“囊泡运行系统的机制研究”，有机会揭示“神经系统疾病、糖尿病、免疫疾病”等目前社会热门关注且难攻克疾病的真正病因。故预测2014年高考中有关“细胞囊泡”的知识可能会涉及。

四、相关例题

【例1】已知突触前神经元释放的某种递质可使突触后神经元兴奋，当完成一次兴奋传递后，该种递质立即被分解。某种药物可以阻止该种递质的分解，这种药物的即时效应是

A. 突触前神经元持续性兴奋

B. 突触后神经元持续性兴奋

C. 突触前神经元持续性抑制

D. 突触后神经元持续性抑制？

解析：递质从突触前膜释放后，扩散通过突触间隙到达后膜，与后膜上的受体结合后导致后膜产生动作电位，导致突触后神经元兴奋或抑制。一次刺激只能引起一次兴奋是因为递质到达后膜后，立刻被分解。如果递质不分解，则会造成后膜不断兴奋。这种药剂使递质的分解过程受阻，则导致突触后神经元不断兴奋。

答案：B

【例2】科学家利用生化方法研究细胞内囊泡运输及到达指定位置的分子机制，发现囊泡和靶膜上都存在自身的SNARE，只有二者相互识别并特异性结合后方可实现囊泡和靶膜的融合。下列论述错误的是

A. SNARE可能是位于生物膜上的识别蛋白

B. 囊泡运输说明细胞内的生物膜之间存在结构和功能上的联系

C. 一个由高尔基体形成的可与细胞膜的囊泡，也可与其他细胞器膜融合

D. 细胞中能形成囊泡的细胞结构有内质网、高尔基体、细胞膜等

解析：根据题干信息可知，一个囊泡只能与其相应的靶膜相互识别并融合，而与其他生物膜不融合。因此可知SNARE可能是位于生物膜上的识别蛋白；囊泡运输说明细胞内的生物膜之间存在结构和功能上的联系；细胞中能形成囊泡的细胞结构有内质网、高尔基体、细胞膜等；由高尔基体产生的一个囊泡只能与相应的生物膜发生融合。

答案：C

【例3】如图1表示在胰岛B细胞中，将胰岛素原分子的C段切除后加工成具有活性的胰岛素，并被包装在囊泡中的过程。胰岛素和C段肽链在被排出胰岛B细胞前，一直贮存在此囊泡中。该过程发生的场所应是

A. 核糖体 B. 内质网 C. 高尔基体 D. 细胞质基质

解析：本题以胰岛素的形成过程信息为材料，考查学生获取信息和处理信息的能力。在蛋白质的分泌加工过程中，高尔基体具有加工蛋白质的功能。胰岛素和C段肽链在被排出胰岛B细胞前，一直储存在囊泡中，说明此囊泡是由高尔基体脱落形成的。

答案：C

【例4】下列对细胞内生物膜在结构上具有一定连续性的叙述中，错误的是

A. 内质网通过“出芽”形成囊泡，囊泡与高尔基体膜融合

B. 细胞质中囊泡与核糖体膜融合

C. 细胞膜向内凹陷形成囊泡，离开细胞膜回到细胞质中融合

D. 高尔基体膜突出形成囊泡，离开高尔基体膜与细胞膜融合

解析：细胞膜与细胞器膜在结构上和功能上都有直接或间接的联系，内质网和细胞膜直接相连，也和核膜直接相连，与高尔基体以小囊泡的形式间接联系，高尔基体发出的小囊泡再运输到细胞膜。核糖体是不具膜细胞器，也和小囊泡没有联系。

答案：B

【例5】用含15N标记的氨基酸培养液来培养某哺乳动物的乳腺细胞，测得与合成和分泌乳蛋白有关的膜结构的膜面积变化曲线如图2（甲）所示，相关的一些细胞器上放射性强度变化的曲线如图2（乙）所示，下面有关叙述错误的是

A. a和d是相同结构 B. b和f是相同结构

C. c和e是相同结构 D. a和e是相同结构

解析：分泌蛋白首先在内质网上的核糖体上合成，然后由内质网的囊泡送到高尔基体，高尔基体对蛋白质进行分拣，脱落下囊泡，与细胞膜融合，通过胞吐释放到细胞外。内质网脱落囊泡使得膜面积减小，如a；高尔基体接受囊泡和脱落囊泡，膜面积不变，如c；细胞膜融合了囊泡的膜，膜面积增大，如b。图乙中依据放射性的顺序推断，d是内质网，e是高尔基体，f是细胞膜。

答案：D

【例6】一年一度的高考来临时，保健品市场常出现很多脑保健品，有些产品是通过给大脑持续补充磷脂酰胆碱，有效合成记忆传递因子——乙酰胆碱（Ach）的。当人大脑里乙酰胆碱浓度增高时，信息传递快，记忆增强，思维敏捷。下图为实验人员研究Ach浓度与反应时间的简图，A处注入不同浓度的Ach，B处给予恒定刺激，C、D处分别为灵敏感应时间测量点。（轴突中已除去了突触小泡）

⑴写出图中①-④的结构：① ；② ；③ ；④ 。

⑵下表为在不同浓度的Ach刺激下C、D两处感受信号所用的时间。请分析回答：

①C处数据说明了

②D处数据说明了

⑶在轴突中除去突触小泡的目的是

。

⑷神经细胞间可以通过一种特殊的介质来传递信息，含有传递分子的囊泡与神经细胞的细胞膜融合之后再打开，将传递分子通过 （方式）释放到神经细胞的外部环境中。

解析：据题干所给信息知：（1）实验原理：Ach是中枢内兴奋性递质，可引起突触后神经元兴奋（在自然状态下是由细胞体合成，以囊泡形式通过轴突运输到突出小体，即突触小泡）；

（2）实验课题：本实验是定量实验，自变量是Ach浓度，因变量是兴奋在神经纤维上的传导速度和在神经元之间的传递速度（以灵敏感受器感受刺激所需的时间来衡量）；

（3）实验过程：A处注入不同浓度的Ach（同时轴突中已除去突触小泡——排除突触小泡中已有的Ach对实验结果的干扰）；B处为刺激位点；C.D两处为实验结果的测定位点；

（4）神经细胞间信号的传递是通过神经递质来完成的，神经递质包裹在突出小体的突触小泡中，在接收到电信号的刺激后，会运输到突触前膜并与之融合，然胡将神经递质“吐”到神经细胞外，这个过程没有跨膜，但需要能量，因此属于胞吐。

答案：（1）①细胞核 ②线粒体 ③突触前膜 ④突触后膜

（2） ①Ach对于兴奋在神经纤维内的传导速度没有影响

②随着Ach浓度增加，兴奋在神经元之间的传递速度加快

（3）排除突触小泡中的递质对实验结果的干扰

（4）胞吐

五、巩固拓展

1. 下面为某激素蛋白的合成与分泌过程示意图（其中物质X代表氨基酸，a、b、c、d、e表示细胞结构）。下列说法中正确的是

A. 图中a、b、c和d依次表示内质网、高尔基体、囊泡和细胞膜

B. 激素蛋白形成和分泌依次要通过b、 e、 d三层膜

C. 在图中结构e内，丙酮酸彻底氧化分解产生CO2的过程中没有O2参加

D. 该过程不在原核细胞中进行，因为原核细胞中无a、b、c、d等结构

2. 研究人员发明了一种聚联乙炔细胞膜识别器，它在接触到细菌、病毒时可以发生颜色变化，用以检测细菌和病毒。它是通过物理力把类似于细胞膜上具有分子识别功能的物质镶嵌到聚联乙炔囊泡中，组装成纳米尺寸的生物传感器。这类被镶嵌进去的物质很可能是

A. 抗体 B. 运载体 C. 糖蛋白 D.单 链DNA

3. 如图5所示为细胞对大分子物质通过“囊泡运输”的过程。下列与此有关的叙述错误的是

A. a过程要有细胞表面识别和内部供能才可能完成

B. 该图解可以证明生物膜具有一定的流动性

C. b过程中细胞分泌的同时导致膜成分的更新

D. b与a分别是细胞排泄废物和摄取养分的基本方式

4. 图6表示神经—肌肉突触。当兴奋传至轴突末梢时，突触间隙中的Ca2+通过突触前膜上的Ca2+通道内流，导致神经递质释放（下右图），肌肉收缩。请据图回答问题：

（1）传出神经末梢及其支配的肌肉在反射弧中称为

。

（2）图中轴突末梢具有较多的 （细胞器），可以为 的合成与释放提供能量。突触后膜具有明显的凹陷或突起，提高了神经递质与突触后膜上 的作用效率。

（3）肌细胞兴奋时，兴奋处膜电位的特点为 。兴奋通过突触的速度较慢，原因是 的过程需要一定的时间。

（4）胆碱酯酶能催化乙酰胆碱水解，据图分析突触中胆碱酯酶存在的意义 。

（5）肉毒毒素因能特异地与突触前膜上Ca2+通道结合，被用于面部除皱。请分析“肉毒毒素美容”的原理：

。

参考答案

1. C 2. C 3. D

4.（1）效应器（2）线粒体；乙酰胆碱；特异性受体

（3）外负内正；神经递质的释放以及与受体的结合

（4）将（与受体结合的）乙酰胆碱及时分解，防止肌肉持续收缩

（5）（肉毒毒素与Ca2+通道结合）抑制 Ca2+内流，释放乙酰胆碱减少，使面部肌肉舒张

每年的诺贝尔生理学或医学奖，是高考命题取材的热点素材，适当的对这些素材进行整理、挖掘，开发出相应的训练习题，既可以提高学生的学习兴趣，也可以提高学生对热点素材和重点知识点的解题能力。

（作者单位：中山纪念中学）

责任编校 李平安