几则生物学教学问题释疑

邓过房

(广东省中山纪念中学 528454)

1 纺锤丝和星射线在本质上是一回事吗

组成纺锤体的丝状结构称为纺锤丝，各种纺锤丝都由微管蛋白组成。纺锤丝有4种：连续丝、染色体丝(即牵引丝)、中间丝和星体丝(即星射线)。连续丝是指由一极与另一极相连的纺锤丝；染色体丝是指从着丝点相连于一个极的纺锤丝；中间丝不与两极相连，也不与着丝点相连，是在后期于两组染色体之间出现的纺锤丝；星射线由两极的中心体射出。动、植物细胞共有的纺锤丝是染色体丝和连续丝，动物细胞特有的是中间丝和星体丝(星射线)。

2 吞噬细胞是如何识别病原体的

关于吞噬现象的描述，最早见于1893年出版的俄国生物学家 Metchnikoff 的著作《Comparative Pathology of Inflammation》中 ，书中详细叙述了作者发现的吞噬细胞吞噬病原体的现象，并提出吞噬细胞分小吞噬细胞和巨噬细胞两类[1]。20 世纪 90 年代，美国生物学家 Charlie Janeway 提出“模式识别理论”，推测吞噬细胞是通过其细胞膜上的“模式识别受体(PRR)”去识别病原体的“病原相关分子模式(PAMP) ”[2]。简言之，吞噬细胞依靠其细胞膜上的“受体”去识别(结合)病原体的某分子结构，进而启动吞噬活动。一方面，吞噬细胞的一种受体可识别结合多种病原体(因为受体所识别的分子结构是多种病原体所共有的分子结构)；另一方面，多种受体可识别一种病原体(因为一种病原体常具有多个可被不同受体识别的分子结构)。所以， 机体清除侵入的病原体(以病原菌为例)的过程应包括:吞噬细胞和病原菌接触、识别并结合、吞入病原菌、杀死并分解病原菌等阶段。而机体自身的正常细胞因不具有病原体所具有的上述分子结构， 所以吞噬细胞不会吞噬机体自身正常的细胞[3]。

3 为什么DNA片段只有一条链可转录

DNA之所以能转录取决于：①特异的转录起点；②转录的方向；③转录开始后按碱基互补配对原则准确地转录；④特异终止部位等。

首先，转录起始的关键是RNA聚合酶与启动子的相互作用。启动子是指一段位于结构基因上游区、指导RNA聚合酶与模板的正确结合、活化RNA聚合酶并确保转录准确而有效起始的DNA序列。启动子的结构会影响它与RNA聚合酶的亲和力，因此也决定RNA聚合酶对它的选择与结合。由此决定转录起始的位点[4]。其次，RNA聚合酶同DNA聚合酶一样，只能催化单核苷酸连接到带游离3′-OH的多核苷酸链上，即RNA合成时只能以5′→3′的方向合成互补于DNA模板链的RNA链。这就决定了转录的方向。正是由于这种“位点”和“方向”，共同决定了DNA的哪条链将被转录，而不是DNA的两条链同时都可转录(当然也有个别例外的情况，如细菌中的质粒DNA的双链能同时在同一区域进行转录)。

事实上，沿着一条DNA分子的碱基对顺序，排列着许多的基因，每个基因都有一个启动子，规定了转录线以及终止子。然而，基因又是断裂的，相邻的基因并不完全连续排列在一条转录线上，而且DNA的两条链具有相反的化学极性。因此，相邻基因的转录线可以从DNA双螺旋的一条链，转换到另一条互补链上，当这种转换出现时，DNA的转录方向必须倒转过来。

4 哺乳动物成熟红细胞衰老后死亡的方式是什么

早期认为绝大部分衰老红细胞在脾脏及肝脏的网状内皮系统中被吞噬细胞吞噬， 进而被破坏分解，即衰老红细胞的死亡属于一种免疫清除，与凋亡基因无关；后期观点认为衰老红细胞先在内源或外源凋亡因子的诱导下，凋亡基因表达，形成凋亡小体(膜表面有特异信号分子)， 最后诱发免疫吞噬。

目前，关于衰老红细胞的凋亡途径还未有定论。但从分子水平分析，哺乳动物成熟红细胞中存在部分与凋亡有关的关键蛋白(如 caspase-3、 caspase-8、 Bcl-2 家族蛋白)；却缺乏线粒体起始内源途径的其他成分(如 caspase-9、 细胞色素c)；衰老红细胞膜表面还可能缺乏相应的死亡受体。从细胞水平来分析细胞的形态变化， 除了没有凋亡时出现的染色质、细胞器变化外，衰老红细胞其余形态特征(细胞膜皱缩、形成凋亡小体、凋亡信号外显、被吞噬细胞吞噬)均与一般细胞凋亡相同[5]。虽然成熟红细胞没有细胞核、线粒体、内质网、核糖体等细胞器，但其细胞质早期储备的RNAs和蛋白质， 可能在其衰老后调控凋亡信号通路。即衰老红细胞的死亡是一种特殊形式的凋亡。

5 秋水仙素是如何阻止细胞不分裂的

构成纺锤丝的微管蛋白分α微管蛋白和β微管蛋白两种, 两者彼此间具有很强的亲和力，常呈二聚体形式存在。其中β微管蛋白肽链中第201位为半胱氨酸，为秋水仙素结合部位。一旦被秋水仙素结合后，微管不仅不能继续聚合，还会引起原有微管解聚。故秋水仙素起到干扰微管装配，最终破坏纺锤体形成和终止细胞分裂的作用。用秋水仙素处理分裂的细胞，纺锤体被破坏，细胞不能一分为二，但是两条姐妹染色单体却照样分开。这是因为秋水仙素虽然破坏细胞中微管的组装，阻止纺锤体的正常生成，使细胞分裂失去动力来源，但并不影响DNA完成复制，使染色体数加倍。

6 高尔基体能合成纤维素吗

植物的细胞壁中纤维素的含量很高，构成植物细胞典型初生壁的过程涉及数百种酶。除少数酶共价结合在细胞壁上外，多数酶都存在于内质网和高尔基体中。但其中一个例外是多数植物细胞的纤维素是由细胞膜外侧的纤维素合成酶合成的[4]，即纤维素的合成是在细胞质膜上的蛋白复合体——终端复合体上合成的。蛋白复合体上包含多个纤维素合成酶单位。在合成的过程中，多个纤维素合成酶共同参与，还有其他的一些酶起辅助作用。主要的过程是：纤维素合成酶将葡萄糖供体上的葡萄糖基加到葡萄糖链上，催化合成β(1-4)连接的D-葡聚糖。用于合成的葡萄糖供体来源于蔗糖的UDPG(尿苷二磷酸葡萄糖)。UDPG是葡萄糖的活化形式，由蔗糖合酶将蔗糖中的葡萄糖转化为UDPG，然后加在纤维素链上。纤维素合成酶中的糖基转移酶有两个催化位点，纤维素链在延伸时每次都加入两个葡萄糖基，因此纤维素总是以二聚糖为重复单位[6]。至于细胞壁基质中的其他多糖物质则是在高尔基体中合成的，合成后以外排小泡形式运输到质膜，然后排出细胞进入细胞壁。