高中生物疑难问题集萃

2016-04-06本刊编辑部整理

教学考试(高考生物) 2016年1期

本刊编辑部整理

高中生物疑难问题集萃

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编者按：《教学考试》作者群经常讨论各种疑难问题，一些老师查阅文献资料、引经据典、撰写成文，对这些疑难问题做了详尽的诠释。经一些老师的提议，我们将这些问题编辑整理，由我刊陆续发表，方便老师和学生在教与学中参考。编辑部非常感谢老师们对杂志提出的建设性建议，让杂志内容更适用于教学和考试，把我们的杂志办得更好。

【疑问1】转录是否需要DNA解旋酶？

【释疑】不需要，RNA聚合酶本身就有这个功能。真核细胞mRNA转录所需的RNA聚合酶是RNA聚合酶Ⅱ。第一步，转录起始：RNA聚合酶Ⅱ与DNA上的一段特定的核苷酸序列称为启动子的转录起始位点结合，在此处使DNA双链解开，于是转录从该起点开始。第二步，转录延伸：解开的DNA双链中只有一条链成为转录的模板。RNA聚合酶沿这一条模板DNA的3′端向5′移行，一方面使DNA双链陆续解开，同时将与模板DNA上的核苷酸互补的核糖核苷酸顺序连接起来，而成RNA单链。原核生物，如大肠杆菌，RNA聚合酶是一个复杂的酶的集合体，它能催化各种RNA的合成。真核生物的聚合酶则分为3种：RNA聚合酶Ⅰ的转录产物是rRNA，RNA聚合酶Ⅱ主要负责不均一核RNA或mRNA前体的转录，RNA聚合酶Ⅲ负责tRNA、5SRNA和其他小RNA的转录。[1]

[1]吴相钰，陈守良，陈阅增.普通生物学[M].2版.北京：高等教育出版社，2005：259-260.

【释疑老师】上海市曹杨第二中学严黎炜

【疑问2】提取绿叶中色素时加入碳酸钙是防止所有色素被破坏还是单一防止叶绿素被破坏？为什么不加碳酸钙色素提取液会明显偏黄绿色？

【释疑】提取色素时加入碳酸钙是单一防止叶绿素被破坏。不加碳酸钙色素提取液会明显偏黄绿色，是因为：

①叶绿素是双羧酸的酯，能与碱发生皂化反应[1]，叶绿素的化学性质很不稳定，光、酸、碱、氧、氧化剂等都会使其分解，特别是在酸性条件下，卟啉环中的镁会被H+取代，形成褐色的去镁叶绿素[2]。

②叶绿体基质呈弱碱性环境，而细胞液含有机酸[3]，呈酸性。当叶片被研磨后，叶绿体被破坏以后，细胞液便和叶绿体基质发生中和反应，色素就由弱碱性环境进入中性环境，其结构和性质受到破坏[4]。

③加入弱碱性的碳酸钙可以中和细胞液的弱酸性，叶绿体破坏以后色素仍然处于弱碱性的环境，对色素的结构和性质具有一定的保护作用[5]。

④植物叶子呈现的颜色是叶子各种色素的综合表现，其主要是绿色的叶绿素和黄色的类胡萝卜素两大类色素之间的比例。一般来说，正常叶子的叶绿素和类胡萝卜素的分子比例约为3∶1，叶绿素a和叶绿素b也约为3∶1，叶黄素和胡萝卜素约为2∶1。由于绿色的叶绿素比黄色的类胡萝卜素多，占优势，所以正常的叶子总是呈现绿色。实验中正常提取的色素溶液也是绿色的[6]。

由于不加入碳酸钙，所以叶绿素与细胞液混合，使得叶绿素中的镁离子被H+取代，形成褐色的去镁叶绿素，而类胡萝卜素比较稳定，所以色素溶液呈现黄绿色。

【参考文献】

[1][4][5]楼柏丹，赵迪.高中生物学实验难点解析两则[J].生物学教学.2014，39（12）：51-52.

[2]刘佃林.植物生理学[M].北京：北京大学出版社，2007：253.

[3]搜狗百科.有机酸.http：//baike.sogou.com，2014，10，11.

[6]潘瑞炽.植物生理学[M].7版.北京：人民教育出版社.2012，5：253.

【释疑老师】广东省揭阳市惠来二中黄奕珊

【疑问3】蛋白质都是由内质网上的核糖体合成吗？

【释疑】细胞中的蛋白质都是在核糖体上合成的。在真核生物中，大多数正在进行蛋白质合成的核糖体都不是在细胞质内自由漂浮，而是直接或间接地与细胞骨架结构有关联或者与内质网膜结构相连的。细菌核糖体大都通过与mRNA的相互作用，被固定在核基因组上。[1]

也就是说，蛋白质的合成全部是起始于细胞质基质游离核糖体。真核细胞的蛋白质刚起始合成不久便转移至内质网膜上，继续肽链延伸并完成蛋白质合成。在糙面内质网上，多肽链边延伸边穿过内质网膜进入内质网腔中，以这类方式合成的蛋白质主要包括：

（1）向细胞外分泌的蛋白质向细胞外分泌的蛋白质，包括胰腺细胞分泌的酶、浆细胞分泌的抗体，小肠杯细胞分泌的黏蛋白、内分泌腺分泌的多肽类激素和胞外基质成分等。这类蛋白质常以分泌泡的形式通过细胞的胞吐作用输送到细胞外。

（2）膜的整合蛋白细胞质膜上的膜蛋白及内质网、高尔基体和溶酶体膜上的膜蛋白，其构想都具有方向性，并且在内质网上合成时就已确定，在后续的转运过程中，其拓扑学特性始终保持不变。

（3）细胞器中的可溶性驻留蛋白有些驻留蛋白需要与其他细胞组分严格隔离，如溶酶体与植物液泡中的酸性水解酶类；内质网、高尔基体和胞内体中可溶性的蛋白质，在合成后进入内质网腔，然后再进一步包装分选。另外，有些蛋白质在合成后需进行修饰和加工，这是在转运过程中由内质网和高尔基体中一系列酶来完成的。细胞质基质中合成的蛋白质与内质网上合成的蛋白质各具特点，内质网为这些蛋白质准确有效地靶向分选提供了必要的条件。[2]

总之，蛋白质都是由核糖体合成的，但只有上述三类蛋白质是由内质网上的核糖体合成。

【参考文献】

[1]朱玉贤，李毅，郑晓峰.现代分子生物学[M].3版.北京：高等教育出版社，2007：122.

[2]翟中和，王喜忠，丁明孝.细胞生物学[M].4版.北京：高等教育出版社，2011：118-119.

【释疑老师】上海市曹杨第二中学严黎炜

【疑问4】为什么ATP的水解是指远离的那个高能磷酸键的断裂？另外一个磷酸键会不会也断裂？

【释疑】使ATP水解并释放大量自由能的因素可以归纳为两种因素：一种是导致反应物不稳定的因素，另一种是导致产物稳定的因素。具体地说，主要决定于分子内的静电斥力和形成产物的共振稳定化作用。

反应是否可能发生要看一个反应前后的自由能变化ΔG，如果ΔG＜0，反应有可能自发发生，而ΔG如果是一个绝对值很大的负值，则这个反应很有可能变得不可逆。生物体内的许多ΔG＞0的反应都是通过与若干个ATP的水解偶联在一起，从而才有可能发生的。生物体内的确存在直接由ATP到AMP的反应，例如在脂肪酸的激活反应中，ATP也可以被直接水解为AMP和焦磷酸盐，由于焦磷酸在水溶液中很容易被水解成无机磷酸，因此这个反应的ΔG是一个较大的负值（α与β之间高能磷酸键ΔG=-32.19 KJ/mol，α与β之间高能磷酸键的ΔG=-30.514 KJ/mol），因此在水溶液中是高效的不可逆反应。如果反应是高度不可逆的，那么弊端也是很明显的——所有的ATP也就变得一次性了。另外，ADP和无机磷酸具有较高的共振稳定性，都是共振杂化物，且水解之后，负电荷之间的静电斥力减小了，所以一般情况下也就在ADP这里就不再继续水解释放能量了。

【参考文献】王镜岩，朱长庚.生物化学（下册）[M].3.北京：高等教育出版社，2002：32-41.

【释疑老师】深圳外国语学校高中部蔡涛

【疑问5】基因突变发生的时间是不是一定在细胞分裂的间期？

【释疑】事实上，基因突变只是大多发生在细胞分裂的间期，而不是只发生在细胞分裂的间期，例如人教版必修2第81页上提到“辐射引起的DNA损伤”可发生在细胞分裂的任何时期，甚至不分裂的细胞也可以发生。

【参考文献】刘祖洞.遗传学下册[M].2版.北京：高等教育出版社，1995：65-66.

原文：电离辐射可诱发基因突变和染色体断裂，它的频率跟辐射剂量成正比，例如用2 000 r的剂量处理果蝇精子，大约产生6%的X连锁隐形致死突变；另一段文字：第二，辐射效应是积累的。处理果蝇精子，诱发突变数跟接受的照射量成正比，而跟照射的方式无关。另外，第65页表格显示，照射对象为“成熟精子”时，研究常染色体隐性可见突变9个座位，平均突变率6×10-8。

【分析总结】从以上文字可看出，果蝇成熟精子是高度分化的细胞，仍可以发生基因突变，它没有细胞周期，也不可能处于细胞分裂间期。人教版必修2中81页上提到“辐射引起的DNA损伤”，这种损伤引起的基因突变可发生在细胞分裂的任何时期，甚至不分裂的细胞也可以发生。

【释疑老师】河北省卢龙县中学刘晓菊

【疑问6】光合作用光反应中水的光解是否需要酶来催化？

【释疑】光合作用中水的光解是光反应的一部分，在中学阶段学的比较简化，特殊状态的叶绿素a吸收光能，叶绿素分子中的电子被激发到较高能级，此时电子沿着分布在类囊体膜上的一系列电子传递体转移，在传递过程中，质子被泵送到类囊体腔中，在类囊体膜两侧形成质子梯度，用来驱动ATP合成；电子传递最后提供给NADP+，把它还原为NADPH；叶绿素分子失去电子后成为强氧化剂，从水分子的氧原子中夺取电子，水中的氧原子被氧化成氧气，此环节需要含锰的酶来催化。

原图：注意图中“分解水的酶”显示为含Mn元素。