高中生物學(xué)知識中的“識別”機(jī)制集錄

高中生物學(xué)知識中的“識別”機(jī)制集錄高中生物學(xué)知識中有多處涉及到生物的“識別”問題，而“識別”的機(jī)制又不盡相同，本文將這些“識別”機(jī)制梳理如下。1依賴于受體蛋白進(jìn)行識別1.1淋巴細(xì)胞識別抗原人體的全部細(xì)胞的細(xì)胞膜上都有“主要組織相容性復(fù)合體”（MHC）的分子標(biāo)志，它是一種特異的糖蛋白分子，是在胚胎發(fā)育過程中產(chǎn)生的。每一個(gè)人的MHC都是不同的，而個(gè)人的免疫系統(tǒng)能認(rèn)識這些自身的身份標(biāo)簽，在正常情況下不會(huì)攻擊帶有這些標(biāo)簽的自身細(xì)胞。病毒、病菌和其他的致病因子在其表面也帶有表明它們特殊身份的分子標(biāo)志。當(dāng)一個(gè)入侵者所攜帶的“非己”標(biāo)志被識別后，B淋巴細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞受到刺激，便開始反復(fù)分裂，同時(shí)分化成為不同的群體，以不同的方式對入侵者作出反應(yīng)。一部分成為效應(yīng)細(xì)胞與入侵者作戰(zhàn)并將其消滅掉；另一部分分化成為記憶細(xì)胞進(jìn)入靜止期，待以后對同一類型的入侵者的再次入侵作出快速反應(yīng)。1.2植物的精子識別卵細(xì)胞1898年，俄國植物胚胎學(xué)家納瓦申研究了頭巾百合和貝母的受精作用，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)精子與卵細(xì)胞融合，另一個(gè)精子與兩個(gè)極核融合的現(xiàn)象。這是世界上發(fā)現(xiàn)最早的綠色植物的雙受精現(xiàn)象。成熟的花粉落在雌蕊的柱頭上能否萌發(fā)，花粉管能否生長并通過花柱組織進(jìn)入胚囊受精，除了需要適宜的環(huán)境條件外，還取決于花粉與柱頭的親和性和識別反應(yīng)。自然條件下，任何一種植物開花時(shí)，都會(huì)有各種花粉落在柱頭上，但大多數(shù)植物只能接受同種植物的花粉，這就是柱頭與花粉之間的相互識別。在不親和的植物中，兩者之間是相互排斥的。兩者識別的物質(zhì)基礎(chǔ)是蛋白質(zhì)，花粉上的外壁蛋白（識別蛋白）是糖蛋白，而柱頭的識別蛋白是柱頭乳突表面的親水性蛋白質(zhì)膜，具有一定的粘性。當(dāng)親和花粉落在柱頭上時(shí)，花粉就釋放出外壁糖蛋白并擴(kuò)散入柱頭表面，與柱頭表面蛋白質(zhì)膜相互識別，認(rèn)可后花粉便吸水萌發(fā)，使花粉管伸長并穿過柱頭，沿花柱引導(dǎo)組織生長并進(jìn)入胚囊受精。如果是不親和的花粉則不能相互識別，花粉不能萌發(fā)或花粉管生長受阻，或花粉管破裂，或柱頭乳突細(xì)胞產(chǎn)生胼胝質(zhì)阻礙花粉穿過柱頭。1.3靶細(xì)胞識別激素在動(dòng)物體內(nèi)，每一類細(xì)胞都有獨(dú)特的受體蛋白，它們能使細(xì)胞識別相應(yīng)的信號分子并引起相應(yīng)的反應(yīng)。這些信號分子有多肽、蛋白質(zhì)、糖蛋白、固醇以及脂肪酸的衍生物等。能夠識別這些信號分子的是具有獨(dú)特受體的靶細(xì)胞。激素通過血液的傳送到達(dá)相應(yīng)的靶細(xì)胞，以調(diào)節(jié)細(xì)胞的各項(xiàng)生理活動(dòng)。不同的靶細(xì)胞可以識別不同的激素，比如，胰島素的靶細(xì)胞可以是肝細(xì)胞、骨骼肌和脂肪細(xì)胞；胰高血糖素的靶細(xì)胞是肝細(xì)胞；而甲狀腺激素的靶細(xì)胞則是全身的組織細(xì)胞；促甲狀腺激素的靶細(xì)胞是甲狀腺細(xì)胞；黃體生成素的靶細(xì)胞是卵巢或睪丸的間隙細(xì)胞。黑色細(xì)胞刺激素的靶細(xì)胞是上皮色素細(xì)胞等等。1.4神經(jīng)元識別神經(jīng)遞質(zhì)突觸是神經(jīng)元與神經(jīng)元之間或神經(jīng)元與效應(yīng)器之間、神經(jīng)元與感受器細(xì)胞之間特化的接觸區(qū)域。神經(jīng)元通過突觸才能把信息傳遞到另一個(gè)神經(jīng)元或效應(yīng)器。大多數(shù)突觸都是一個(gè)神經(jīng)元的軸突與另一個(gè)神經(jīng)元樹突或胞體接觸，人體神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)大部分突觸是依靠化學(xué)物質(zhì)一神經(jīng)遞質(zhì)進(jìn)行的傳遞，稱作化學(xué)突觸?；瘜W(xué)突觸包括突觸前部、突觸后部和突觸間隙三個(gè)部分，突觸前部有密集的突觸小泡和突觸前膜。小泡有清亮的，也有含顆粒的，或者在同一突觸前部內(nèi)同時(shí)含有兩種小泡。小泡內(nèi)含高濃度的神經(jīng)遞質(zhì)（如乙酸膽堿和去甲腎上腺素等），當(dāng)神經(jīng)沖動(dòng)沿軸突傳到突觸前部時(shí)，此處小泡的神經(jīng)遞質(zhì)被釋放到突觸間隙（約為30~50nm），作用于突觸后膜，使突觸后膜上受體蛋白或離子通道構(gòu)型發(fā)生改變，使電位變化而產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)。這種化學(xué)傳遞方式?jīng)Q定了沖動(dòng)傳導(dǎo)方向：上一個(gè)神經(jīng)元的軸突—下一個(gè)神經(jīng)元的樹突或細(xì)胞體。2依賴于紅細(xì)胞膜中糖基的結(jié)構(gòu)進(jìn)行識別紅細(xì)胞衰老死亡后在脾臟中被吞噬，那么吞噬細(xì)胞對衰老的紅細(xì)胞是如何識別的呢？紅細(xì)胞膜上的糖蛋白中的糖基一方面決定著血型，另一方面也決定著紅細(xì)胞的壽命。血型糖蛋白含有大量的唾液酸，糖鏈末端唾液酸的存在狀況與紅細(xì)胞的壽命相關(guān)，是被吞噬的信號。通過處理，除去紅細(xì)胞中的唾液酸，然后將這種紅細(xì)胞重新注入原來的動(dòng)物體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)注入的紅細(xì)胞很快在脾臟中被吞噬，而沒有除去唾液酸的紅細(xì)胞則安然無恙。是什么原因呢？這是因?yàn)橥僖核岜怀ブ?，暴露出來的半乳糖殘基便是紅細(xì)胞衰老的標(biāo)記，從而被脾臟細(xì)胞識別。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明，糖基在細(xì)胞識別中的重要作用。3依賴于堿基互補(bǔ)配對進(jìn)行識別在基因控制蛋白質(zhì)合成過程中，一般需要通過轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個(gè)過程得以實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)錄是以DNA分子的一條鏈為模板合成mRNA的過程。翻譯是指以mRNA為模板，按照堿基互補(bǔ)配對的原則，合成具有一定氨基酸順序的多肽鏈的過程。mRNA在細(xì)胞核中形成后，通過核孔復(fù)合體進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)與核糖體結(jié)合。按照mRNA上密碼子的指令，通過tRNA一端的3個(gè)反三聯(lián)體密碼子，與mRNA上的密碼子通過堿基互補(bǔ)配對原則進(jìn)行識別，識別后將轉(zhuǎn)運(yùn)的氨基酸留在核糖體上用于合成多肽。這種密碼子與反密碼子之間的識別是依賴于堿基互補(bǔ)配對來得以實(shí)現(xiàn)的。4依賴于特定的堿基序列進(jìn)行識別限制性核酸內(nèi)切酶被稱為基因工程中的剪刀，一種限制性核酸內(nèi)切酶只能識別一種特定的脫氧核苷酸序列，并且能在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子。例如，從大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)的EcoRⅠ限制性核酸內(nèi)切酶只能識別GAATTC序列，并在G和A之間將這段序列切開。目前己經(jīng)發(fā)現(xiàn)限制性核酸內(nèi)切酶的種類超過200種，它們的切點(diǎn)各不相同。因此，限制性核酸內(nèi)切酶具有專一性和種的特異性。5依賴于特定底物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行識別例如，酶與底物之間的識別。這是通過酶對于底物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和空間構(gòu)型來進(jìn)行識別的。一種酶只作用于一種底物產(chǎn)生一定的反應(yīng)，稱為絕對專一性，如脲酶，只能催化尿素水解成NH3和CO2，而不能催化甲基尿素水解。一種酶可作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵，這種不太嚴(yán)格的專一性稱為相對專一性。如脂肪酶不僅水解脂肪，而且也能水解簡單的酯類；磷酸酶對一般的磷酸酯都有催化作用，無論是甘油的還是一元醇或酚的磷酸酯均可被其水解。一種酶對底物的立體構(gòu)型的特異有著嚴(yán)格的要求，稱為立體異構(gòu)專一性。如α-淀粉酶只能水解淀粉中α-1,4-糖苷鍵，不能水解纖維素中的β-1，4-糖苷鍵；L-乳酸脫氫酶的底物只能是L型乳酸，而不能是D型乳酸。以上是通過酶與底物結(jié)構(gòu)之間的“和諧性”來進(jìn)行識別的。6依賴于生物特有的“通訊密碼”識別例如，同種昆蟲對外激素的識別。在昆蟲外激素中，最重要的是性外激素。昆蟲的性外激素大多數(shù)是小分子的有機(jī)化合物，而且常常是幾種化合物組成的混合物，每種昆蟲都有自己專用的通訊密碼。由昆蟲體表分泌到體外的一類揮發(fā)性的化學(xué)活性物質(zhì)，直接散布于空氣中、水中或其他媒介物上，可作為化學(xué)信號影響或控制同種的另一個(gè)體產(chǎn)生反應(yīng)。昆蟲外激素有多種，但作用不同。目前研究最多的是性外激素（性信息素），一般為雌蟲分泌的化學(xué)物質(zhì)，引誘雄蟲前來交尾。如舞毒蛾和蠶蛾的分泌腺在腹部末端、玉米螟在腹部背面第8、9腹節(jié)之間，科學(xué)家對這類雌蟲的分泌物進(jìn)行分離和鑒定，進(jìn)一步進(jìn)行人工合成。我國己合成多種性引誘劑，誘殺雄蟲或干擾其正常交尾，以達(dá)到殺滅害蟲的目的。其他外激素還有蜜蜂、白蟻分泌的追蹤外激素，其作用是促進(jìn)相互追隨，保持群體不失散和不迷失方向。聚集外激素的作用是聚集本群昆蟲，維持群體生存和