以受体蛋白为主线的动物生命活动调节复习

张旭

摘 要 叙述了以受体蛋白作为主线，将细胞结构、内稳态调节和药物靶向治疗等前沿科学进展结合起来，实现知识再加工，使学生在复习旧知识的同时提高主动性、梳理知识体系、纠正理解错误、赋予知识新的意义。

关键词 受体蛋白 细胞结构 动物生命调节 药物靶向治疗

中图分类号 G632.42 文献标识码 C

多细胞生物是个十分庞杂的生命体系，其多种分化的细胞高度的社会化保证了机体的正常生命活动，这一机能不仅依赖于细胞的物质、能量代谢，还依赖于细胞通讯和信息传递，以保证细胞分裂、分化和凋亡等各种生理功能正常进行。无论是细胞间的信息交流还是识别作用，都依赖于其表面或内部的受体蛋白与胞外信号分子选择性的相互作用，将胞外信号转为胞内信号，进而调节基因的选择性表达，引起胞内应答反应。

受体蛋白是细胞膜结构的重要组成成分，是细胞与外界进行信息交流和识别作用的物质基础。作为高中生物常被提及的物质，受体蛋白在动物生命活动调节中神经、激素、免疫及其他方面如药物的靶向治疗中都有涉及。而学生经过高二学习后，对相关知识已有一定程度的了解，不少学生对基础知识能稍加思索后准确说出，但缺乏知识的整合，此时在学生头脑中具体知识仍以“割裂”的形成储存。这种情况造成的结果往往是学生在试题中对基本知识点的考查得分率较高，但在新情景下分析和处理新问题的能力仍有待于提高，不少学生给出的反馈是“不知所云”，即完全搞不清问题中所涉及的实验目的和实验原理，在这种情况下非选择题的得分率较低也就成了普遍现象。所以在高三生物复习阶段，教师应结合《高考说明》让学生从新的角度出发实现知识点的整合，力求在学生头脑中将零散的知识点构建成脉络清晰的知识网络，并辅以典型例题的分析和讨论，再次调动学生学习的积极性，增强学生的自信心，逐步提高考试成绩。

“动物生命活动调节”这部分在“考试说明”中的要求见表1。

从“考试说明”中可以看到，除激素相关知识外其他知识点的要求都是二级，即达到综合运用的水平，同时通过对近几年高考试题进行分析，不难看出这些生物试题的特点是：

① 看重实验分析尤其是实验原理、方法和技能的分析处理；

② 考查学生不仅了解基础实验和基础知识，还应具有举一反三、利用所学知识在新情景处理新问题的能力。

结合以上两点及“考试说明”要求，教师可以看出高考命题的趋势是不仅要求掌握基本知识点，更重要的是活学活用，能利用其分析处理新问题、通过分析实验目的和实验原理科学严谨的设计实验步骤并对其评价。所以笔者变更传统的知识点逐一巩固复习的模式，而采用“主题—构建知识网络”的模式：以细胞膜表面受体蛋白的来源、作用为主线，辅以典型例题，在学生头脑中主动建构一个包含细胞结构、神经、体液、免疫等多方面的概念模型。在这一过程中使学生体会到知识体系的连贯性和完整性，并认识到如何独立自主地把握知识体系中的核心元素，处理新情景中的复杂问题。

1 受体蛋白的来源

不少学生能轻松地说出分泌蛋白的合成路径，即核糖体合成、内质网加工、高尔基体分类和运输并通过囊泡分泌至胞外。除分泌蛋白外，细胞膜上的膜蛋白、溶酶体中的水解酶及胶原纤维等胞外基质成分都是通过高尔基体完成定向转运过程。膜受体蛋白的成分主要为糖蛋白，其糖分子主要在内质网合成、经由高尔基体拼接成功的。受体蛋白与分泌蛋白不同的是，伴随着囊泡与细胞膜的融合，蛋白质亦成为细胞膜的一部分（图1）。这样，学生在回忆复习的过程中不仅兼顾了“细胞结构”这部分知识，而且通过具体实例对高尔基体的“分类、运输”有了更深的了解。

2 受体蛋白的功能

2.1 神经调节中的受体蛋白

神经调节中的受体蛋白主要为突触结构中突触后膜神经递质特异性受体。教师可引导学生回忆突触的结构、神经冲动的传递方式、动作电位变化以及神经递质与突触后膜受体作用完后的水解。神经递质作用是瞬时的，这毋庸置疑，但其“去路”不仅仅被水解这一条模式。

【例1】 （2012·北京西城二模）：图2为某类突触的信号传递的示意图，这类突触中特定的神经递质的释放，会刺激大脑中的“奖赏”中枢，使人产生愉悦感。请据图分析回答：

（1） 图中①是___________，其中的多巴胺是从___________通过___________方式释放到突触间隙中。

（2） 当多巴胺与___________结合，使突触后膜兴奋，此时膜电位的变化是 ___________。多巴胺作用完成后正常的去路是 ___________ 。

（3） 可卡因是一种神经类毒品，由图可知，其进入突触间隙后会___________，使突触后神经元___________，导致大脑“奖赏”中枢的持续兴奋而获得愉悦感，最终造成人对可卡因产生依赖的不良后果。

该题提供了一个新的情境，即神经递质（多巴胺）的“回收”体系：多巴胺经由突触前膜胞吐至突触间隙，与突触后膜受体结合后引发下一神经元兴奋，之后与受体脱离，通过突触前膜的多巴胺转运受体重新运回突触小体储存。可卡因等神经性毒品与多巴胺转运载体竞争性结合，使多巴胺无法回收，引起下一神经元持续兴奋。长期服用可卡因会使神经系统由于负反馈的作用减少多巴胺的合成和分泌，导致人体在缺少可卡因的情况下神经递质分泌不足，造成情绪低落、抑郁、暴躁等一系列不良影响。

除突触结构外，动物在味觉、嗅觉等过程中对气味分子的捕捉也依赖于感受器细胞表面受体。

【例2】 （2013·北京高考）：研究者发现，小鼠舌头上的某些味觉细胞和小肠上皮细胞表面均存在蛋白C，该蛋白能和脂肪结合。为研究蛋白C的功能，进行了系列实验。

（1） 蛋白C是一种膜蛋白，它在细胞内的___________上合成，然后在___________和___________中加工。

（2） 实验一：让小鼠舌头接触脂肪，结果发现正常小鼠小肠出现脂肪消化液，而去除蛋白C基因的小鼠分泌的脂肪消化液明显减少。由此推测，脂肪通过与味觉细胞表面的蛋白C结合，刺激了脂肪味觉 ___________，产生兴奋，传到相关中枢，再通过___________刺激消化腺分泌。

该题的前两个小题考查的知识点有：受体蛋白“蛋白C”与信号分子（脂肪）结合、反射弧的基本结构。感受器是反射弧的基本结构之一，包括位于体腔和体表的感受细胞和传入神经末梢。根据信号的来源可将感受器分为视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉等多种类型，其结构往往有较大差异。该题涉及的是味觉感受器，气味分子与感受器顶部空腔特异性结合，将信号通过与细胞连接的感觉神经元末梢传递给大脑皮层，通过大脑皮层的分析和整合引起嗅觉。

2.2 激素调节中的受体蛋白

尽管激素种类繁多，其结构、性质和生理功能有较大差异，但都具有较高的特异性，一种激素往往只能针对于一种靶细胞或靶组织。多数激素是水溶性的，激素与位于细胞膜的受体结合后引发进一步代谢反应；少数亲脂性的激素很容易透过磷脂双分子层而进入细胞，其受体位于胞内。

【例3】 （2011·北京西城一模）：人体在特殊情况下，会产生针对自身细胞表面某些受体的抗体。如重症肌无力是由于机体产生能与乙酰胆碱受体特异性结合的抗体，但该抗体不能发挥乙酰胆碱的作用（图3）。“Graves氏病”是由于机体产生针对促甲状腺激素受体的抗体，而该种抗体能发挥与促甲状腺激素相同的生理作用，但甲状腺激素不能影响该抗体的分泌（图4）。请分析回答下列问题：

（1） 在正常人体内，兴奋到达神经—肌肉突触时，储存在___________中的乙酰胆碱就被释放到突触间隙中，与受体结合后使突触后膜兴奋，肌肉收缩。重症肌无力患者的乙酰胆碱受体与抗体结合后，导致___________和___________，使乙酰胆碱受体数量___________和功能部分丧失，表现为重症肌无力。

（2） 根据图4分析，与正常人相比，Graves氏病患者体内X激素、Y激素的分泌量分别___________ 。由此判断，Graves氏病患者的体温往往比正常人 。但该病患者自身的产热量___________散热量。

（3） 在“重症肌无力”与“Graves氏病”患者体内，乙酰胆碱受体和促甲状腺激素受体都是___________，从而引起特异性免疫反应。

（4） 由上述分析可知，参与人体稳态调节的有___________等。

该题以两种病的致病机理为背景，涉及到参与人体内稳态调节的三大系统，不仅考查了学生对基础知识的掌握，也兼顾到学生在新情景下分析处理问题的能力。题干中所述两种病都属免疫失调中的自身免疫病，但致病机理不尽相同。学生要熟悉神经信号在突触间的传递方式，并掌握“下丘脑-垂体-激素分泌”分级调节，亦能够对负反馈调节机制、体温调节过程进行灵活运用。教师可以在本题的基础进行扩展，分别以I型糖尿病（自身免疫病，产生抗体攻击胰岛B细胞）和II型糖尿病（组织细胞表面受体病变，影响胰岛素对组织细胞的识别进而影响细胞摄取、利用葡萄糖）为例，分析由神经和体液共同调节的血糖平衡，使学生在一个个具体的案例中加深对动物生命活动调节的理解。

2.3 免疫调节过程中的信息交流和识别作用

在高二时学生已对免疫基础知识特别是特异性免疫有了一定了解。在复习阶段，教师应根据学生已有的知识结构和免疫学基础，以系统复习和专题介绍的形式，使学生重新熟悉和掌握构成免疫系统的各个要素；复习的重点放在细胞免疫和体液免疫，进一步从结构和功能的关系上熟悉各类免疫细胞和免疫物质的关系。最后教师可以过敏反应和自身免疫病等免疫病理，换个角度领会免疫学的原理。因为免疫细胞种类较多，学生往往感到难以掌握，如果教师通过免疫应答和疾病的相关性结合，从实际生活出发，学生更容易留下深刻印象，也更容易构建知识体系。

免疫的特点之一是具有特异性，而特异性的体现离不开受体的识别作用，笔者分别按照受体与免疫物质和免疫细胞的识别作用，将免疫过程总结如图5所示。

【例4】 在细胞免疫中，效应T细胞杀伤靶细胞主要有细胞裂解性杀伤（图6）和诱导细胞凋亡（图7）两种途径。前者指效应T细胞分泌诸如穿孔素一类的介质损伤靶细胞膜；后者指效应T细胞通过表面FasL与靶细胞表面的Fas结合，诱导靶细胞凋亡。

（1） 人体内的效应T细胞可以来自___________的增殖、分化，细胞免疫就是依靠效应T细胞来杀伤靶细胞的。人体的另一种特异性免疫在杀伤病原体时，主要依靠___________细胞分泌的___________。

（2） 图6中的穿孔素又称“成孔蛋白”，由效应T细胞产生并以___________的方式释放到细胞外。穿孔素能在靶细胞膜上形成多聚穿孔素管状通道，使K+及蛋白质等大分子物质___________（流入/流出）靶细胞，最终导致靶细胞死亡。

（3） 图7中的FasL又称死亡因子，Fas又称死亡因子受体，它们都是由细胞合成并定位于细胞表面的蛋白质。一般来说，控制Fas的基因能在各种细胞内表达，而控制FasL的基因只在效应T细胞和某些肿瘤细胞内表达。

① Fas和FasL的特异性结合体现了细胞膜的

功能，控制合成Fas和FasL的基因___________（能/不能）共存于一个细胞中。

② 研究发现，某些肿瘤细胞能够调节Fas和FasL基因的表达水平，从而使自己逃脱免疫系统的清除。此时，肿瘤细胞内Fas基因的表达变化情况是___________（填“升高”、“不变”或“降低”）。

③ 免疫排斥是器官移植的一个主要障碍，依据Fas和FasL的相互关系，从分子水平可采取的措施是___________。

该题表述了效应T细胞对靶细胞的杀伤的两种不同的机制。第一种（图6）为细胞裂解性杀伤，T细胞通过表面活性物质CTL与靶细胞接触后，释放包含各种毒性细胞因子的高分子量糖蛋白，统称穿孔素，正常情况以单体形成存在于胞内，一旦被激活便能以胞吐形式分泌到胞外。进入靶细胞连接空隙处的穿孔素单体能与靶细胞膜相接触从而聚集为多聚体，形成直径为5-20nm的圆孔（图8），使电解质、水分子由通道进入靶细胞内，亦使胞内物质外流，导致靶细胞死亡。另一种机制（图7）为效应T细胞表达FasL蛋白，其与靶细胞膜表面Fas蛋白相互识别后作用，进而启动靶细胞死亡信号转导而活化凋亡途径。

2.4 药物的靶向治疗作用

该技术主要应用于对癌细胞的治疗，是随着分子生物学和细胞生物学发展起来的高新技术。其方法为针对已经明确的癌细胞位点，来设计相应的治疗药物，药物进入体内会特异地选择致癌位点来与之相结合而发生作用，使肿瘤细胞特异性死亡，而不会波及肿瘤周围的正常组织细胞，所以分子靶向治疗又被称为“生物导弹”。高中生物学中在“单克隆抗体技术”中涉及该技术的应用：将某些特定细胞标志物（如HER-2）的单克隆抗体与抗癌药物（如紫杉醇）“绑定”，利用抗原-抗体高特异性的靶向作用，将药物或放疗物质携带至靶器官，直接杀伤靶细胞。

【例5】 （2013·安徽高考）：近年来，有关肿瘤细胞特定分子的靶向治疗研究进展迅速。研究发现，蛋白x是细胞膜上的一种受体，由原癌基因x过量表达会持续激活细胞内的信号传导，启动细胞DNA的复制，导致细胞异常增殖，利用动物细胞融合技术制备的单克隆抗体，可用于诊断和治疗原癌基因 过量表达的肿瘤，请回答下列问题：

（1） 同一个体各种体细胞来源于受精卵的分裂与分化。正常情况下，体细胞核遗传信息相同的原因是___________。

（2） 通过检测原癌基因x的___________和___________可判断其是否转录和翻译。检测成人多种正常组织后，发现原癌基因x只在乳腺、呼吸道等上皮细胞中有微弱表达，这说明___________。

（3） 根据以上信息，可推测原癌基因的主要功能是___________。

（4） 制备该单克隆抗体时，免疫动物的抗原可以是___________。B淋巴细胞识别抗原并与之结合，之后在适当的信号作用下增殖分化为___________和___________。

（5） 用该单克隆抗体处理原癌基因x过量表达的某肿瘤细胞株，发现其增殖能力明显下降。这是因为___________。

通过以上结合例题的分析，可以看出由受体蛋白可将细胞结构与动物生命活动调节的神经、体液、免疫三大调节方式结合起来，有效地实现了必修1细胞基础知识和必修3内稳态调节方式的前后联系，实现了知识的高效整合。在由教师带领学生复习的过程中，学生将头脑中片段化、零散的知识有机的整合成完整的知识体系，同时通过例题运用重要概念解决具体、实际问题，促进了理解和巩固，加深印象。在实际教学过程中，教师应先将例题下发学生，利用课后时间完成，教师在课上应以“提问-补充-总结-反思”的方式促成学生回忆、思考，在对以往的知识查漏补缺的同时获得新发现。

同样，类似的主题模式可以贯穿整个高三生物复习阶段。知识在复习过程中并不是原封不动地呈现，而是需要再加工，加工过程既顾及了学生的认知方式，也关注了知识本身的逻辑性，不失为有效的教学策略。由于在复习过程中学生有大量时间主动思考、回答问题，并且通过新的情景让知识不断整合、重组并纳入学生原有知识结构，构建知识概念模型的同时不仅提高了学生学习的自主性和探究性，而且还能查找到不同学生对不同知识点的理解程度，发现部分认知错误，获得知识新的意义。

参考文献：

[1] Schuh Randall.T. True Bugs of The World： Classification And Natural History （M）， Cornell University press， 1995， 65.

[2] 周光炎.免疫学原理[M]，上海：上海科学技术出版社，2010：192-194.