近三年“諾貝爾獎”專題
一、2003·水通道
彼得·阿格雷由于發(fā)現了細胞膜上的水通道而獲得2003年諾貝爾化學獎。我們知道，人體有些細胞能很快吸收水，而另外一些細胞則不能吸收水。早在19世紀中期，科學家就猜測細胞膜有允許水分和鹽分進入的孔道，每個通道每秒種有幾十億個水分子通過。但這一猜想一直未得到證實。1988年，阿格雷成功地分離了存在于血紅細胞膜和腎臟微管上的一種膜蛋白，后來他認識到這個蛋白有水通道的功能，這就是科學家們長期搜尋的水分子通道。他畫出了清晰的水通道蛋白的的三維結構圖，詳細解釋了水分子是如何通過該通道進入細胞膜的，而其他微分子或離子無法通過的原因。羅德里克·麥金農由于對離子通道結構和機制的研究也獲此獎。離子通道是細胞膜的另一種通道。他提示了當離子穿過細胞膜時，不同的細胞通過電位變化發(fā)出信號，控制離子通道的開戶或關閉。同時，離子通道通過過濾機制，只讓鉀離子通過，而不讓鈉離子通過。他們的發(fā)現闡明了鹽分和水如何進出活細胞。比如，腎臟怎么從原尿中重新吸收水分，以及電信號怎么在細胞中產生并傳遞等等，這對人類探索腎臟、心臟、肌肉和神經系統(tǒng)等方面的諸多疾病具有極其重要的意義。
1．彼得·阿格雷由于發(fā)現了細胞膜上的水通道而獲得了2003年諾貝爾化學獎。你認為下圖中哪一張圖與水通道有關？（）
2．根據材料回答問題：來源：www.examda.com
（1）細胞膜的結構特點是 ，功能特點是 。
（2）離子通道運輸離子 （填“需要”或“不需要”）先與載體結合，屬于過程。
（3）離子通道的特性從根本上是由 決定的。
（4）水通道、離子通道和離子載體運輸物質時的共同特點有 性。
（5）水通道和離子通道的結構和功能不同的這一事實，表明 。
（6）甘油等分子比K+、Na+更容易通過細胞膜，原因是 。
（7）自由水可自由地出入細胞，科學家推測細胞膜上存在水通道，1秒鐘中1個通道可通過幾十億個水分子。經過10余年的研究，阿格雷1990年第一次發(fā)現水通道蛋白，并把含有或不含水通道蛋白的細胞放到水溶液中，結果前者可通過___________作用吸水，后者則不能吸水。2000年他又公布了其蛋白質結構。
（8）近10余年來，至少已發(fā)現11 種水通道蛋白，例如健康的人24小時由腎小球濾出原尿可達170L，經過彎曲細長的腎小管，大約70%的水被稱為AQP1的水通道蛋白吸收入血液，再在腎小管未端被稱為AQP2的水通道蛋白吸收，最終經集合管管吸收可只形成1L尿液。研究證明 分泌的抗利尿激素可以刺激腎小管細胞膜上AQP2的合成，使尿液量 ，由此推測，抗利尿激素打開了控制AQP2基因表達的開關。
（9）長期以來，人們還認識到紅細胞內外Na+、K+濃度相差幾倍到幾十倍，其中K+濃度高的一側位于紅細胞的______側，細胞維持這種濃度與某細胞器直接有關。
（10）據研究，神經細胞與肌細胞、腺細胞等可興奮細胞內外K+、Na+離子及電荷情況與紅細胞類似。而當某一部位受到刺激時，該處Na+快速內流使膜電位改變，科學家發(fā)現K+、Na+快速流動時并不消耗能量，推測細胞膜上存在K+、Na+離子通道，且彼此不同。麥金農1998年確定了這離子通道蛋白質結構、形狀和啟閉機理。請推測該離子蛋白通道與再后來需消耗能量才能運輸K+、Na+的載體蛋白的結構功能應該。 （相同或不同）
（11）水分子通過細胞膜的方式是 ，離子通過細胞膜的方式是 。
（12）如果用胰蛋白酶（或蛋白質抑制劑）處理細胞表面，發(fā)現水分子和離子均不能通過細胞膜了，說明了細胞膜上 的水通道和離子通道的化學成分都是。
（13）如果在細胞內注入呼吸作用抑制劑，將會強烈抑制細胞膜上 通道的作用。
（14）神經元在受到刺激后，細胞膜上的電位變化是 ，由題干中信息可知這種電位變化可能和 有密切關系。
3．水是否真能“自由”通過細胞膜？科學家開展了深入的研究。
（1）彼得·阿格雷利用純的磷脂通過一定方法制成“脂質體”（一種只由磷脂雙分子層構成的泡狀結構），作為細胞模型。將“脂質體”置于清水中，一段時間后發(fā)現，脂質體的形態(tài)、體積沒有變化，這一事實表明 。進一步根據細胞膜的化學成分進行分析推測，水分子的跨膜運輸不是真正的自由，它最可能與膜上 （化合物）有關。
（2）彼得·阿格雷從人紅細胞及腎小管壁細胞的細胞膜中分離出一種分子量為28的膜蛋白—CHIP-28，并證明它就是一種“水通道蛋白”。選擇這兩種細胞為實驗材料的主要依據是 。
（3）簡述證明CHIP-28確實與水分子運輸有關的實驗基本思路。
二、2004·泛素來源：www.examda.com
2004年諾貝爾化學獎授予了以色列科學家阿龍·切哈諾沃、阿夫拉姆·赫什科和美國科學家歐文·羅斯等三位科學家，以表彰他們發(fā)現了“泛素調節(jié)的蛋白質降解過程”，揭開了蛋白質“死亡”的重要機理。（這是生物體內一種高效率的、指向性極強的降解過程，它如同一位質量監(jiān)督員，負責把細胞中新合成的不合格的蛋白質銷毀掉，而不合格蛋白質的存在，與人體細胞的癌變有極其密切的關系。
1．泛素是一種由76個基本單位組成的熱穩(wěn)定蛋白。下列有關泛素的敘述中正確的是（）
A．組成泛素的基本單位是核苷酸B．泛素可與雙縮脲試劑反應，溶液呈紫色
C．泛素在經高溫處理后仍一定有活性D．控制泛素合成的基因中共有456個核苷酸
2．泛素是一種由76個氨基酸合成的多肽，能調節(jié)細胞內需能的蛋白質酶促降解是否發(fā)生。相關敘述正確的是（）
A．泛素作用于核糖體，具有催化功能 B．根據泛素的氨基酸序列可確定其基因的全部堿基對序列
C．人體內蛋白質的降解均需要ATP提供能量 D．細胞內蛋白質合成和降解是同時進行的
3．根據材料回答問題：
（1）蛋白質的基本單位的結構通式是 。
（2）構成細胞膜的蛋白質與 和 等細胞生理過程有密切關系；癌細胞的細胞膜上 的等物質減少，使得細胞間黏著性降低，導致癌細胞容易轉移。
（3）分泌蛋白的加工場所是 ，為上述加工過程直接提供能量的物質的結構簡式是 。
（4）生物體內存在著兩類蛋白質降解過程，一種是不需要能量的，比如發(fā)生在消化道中的初步降解，這一過程只需要 酶參與；另一種則需要能量，它是一種高效率、針對性很強的降解過程。消耗的能量直接來自于 。
（5）細胞內的蛋白質處于不斷地降解與更新的過程中。泛素在其蛋白質降解過程中，起到“死亡標簽”的作用，即被泛素標記的蛋白質將被特異性地識別并迅速降解，發(fā)生降解過程的酶是細胞質內的酶。由此可見，細胞內的蛋白質降解與消化道內的蛋白質降解的主要不同點是 。
（6）泛素是一種由76個氨基酸組成的多肽，只在細胞內起作用，可見泛素是在細胞質內的 中合成的，其合成方式稱為___________。其氨基酸排列順序也已經弄清，但據此并不能完全確定人體內控制其合成的基因片段的堿基排列順序，甚至不能準確推測出該基因究竟有多少個堿基對。請根據你所學的遺傳學知道對此加以解釋 。
一、2003·水通道
彼得·阿格雷由于發(fā)現了細胞膜上的水通道而獲得2003年諾貝爾化學獎。我們知道，人體有些細胞能很快吸收水，而另外一些細胞則不能吸收水。早在19世紀中期，科學家就猜測細胞膜有允許水分和鹽分進入的孔道，每個通道每秒種有幾十億個水分子通過。但這一猜想一直未得到證實。1988年，阿格雷成功地分離了存在于血紅細胞膜和腎臟微管上的一種膜蛋白，后來他認識到這個蛋白有水通道的功能，這就是科學家們長期搜尋的水分子通道。他畫出了清晰的水通道蛋白的的三維結構圖，詳細解釋了水分子是如何通過該通道進入細胞膜的，而其他微分子或離子無法通過的原因。羅德里克·麥金農由于對離子通道結構和機制的研究也獲此獎。離子通道是細胞膜的另一種通道。他提示了當離子穿過細胞膜時，不同的細胞通過電位變化發(fā)出信號，控制離子通道的開戶或關閉。同時，離子通道通過過濾機制，只讓鉀離子通過，而不讓鈉離子通過。他們的發(fā)現闡明了鹽分和水如何進出活細胞。比如，腎臟怎么從原尿中重新吸收水分，以及電信號怎么在細胞中產生并傳遞等等，這對人類探索腎臟、心臟、肌肉和神經系統(tǒng)等方面的諸多疾病具有極其重要的意義。
1．彼得·阿格雷由于發(fā)現了細胞膜上的水通道而獲得了2003年諾貝爾化學獎。你認為下圖中哪一張圖與水通道有關？（）
2．根據材料回答問題：來源：www.examda.com
（1）細胞膜的結構特點是 ，功能特點是 。
（2）離子通道運輸離子 （填“需要”或“不需要”）先與載體結合，屬于過程。
（3）離子通道的特性從根本上是由 決定的。
（4）水通道、離子通道和離子載體運輸物質時的共同特點有 性。
（5）水通道和離子通道的結構和功能不同的這一事實，表明 。
（6）甘油等分子比K+、Na+更容易通過細胞膜，原因是 。
（7）自由水可自由地出入細胞，科學家推測細胞膜上存在水通道，1秒鐘中1個通道可通過幾十億個水分子。經過10余年的研究，阿格雷1990年第一次發(fā)現水通道蛋白，并把含有或不含水通道蛋白的細胞放到水溶液中，結果前者可通過___________作用吸水，后者則不能吸水。2000年他又公布了其蛋白質結構。
（8）近10余年來，至少已發(fā)現11 種水通道蛋白，例如健康的人24小時由腎小球濾出原尿可達170L，經過彎曲細長的腎小管，大約70%的水被稱為AQP1的水通道蛋白吸收入血液，再在腎小管未端被稱為AQP2的水通道蛋白吸收，最終經集合管管吸收可只形成1L尿液。研究證明 分泌的抗利尿激素可以刺激腎小管細胞膜上AQP2的合成，使尿液量 ，由此推測，抗利尿激素打開了控制AQP2基因表達的開關。
（9）長期以來，人們還認識到紅細胞內外Na+、K+濃度相差幾倍到幾十倍，其中K+濃度高的一側位于紅細胞的______側，細胞維持這種濃度與某細胞器直接有關。
（10）據研究，神經細胞與肌細胞、腺細胞等可興奮細胞內外K+、Na+離子及電荷情況與紅細胞類似。而當某一部位受到刺激時，該處Na+快速內流使膜電位改變，科學家發(fā)現K+、Na+快速流動時并不消耗能量，推測細胞膜上存在K+、Na+離子通道，且彼此不同。麥金農1998年確定了這離子通道蛋白質結構、形狀和啟閉機理。請推測該離子蛋白通道與再后來需消耗能量才能運輸K+、Na+的載體蛋白的結構功能應該。 （相同或不同）
（11）水分子通過細胞膜的方式是 ，離子通過細胞膜的方式是 。
（12）如果用胰蛋白酶（或蛋白質抑制劑）處理細胞表面，發(fā)現水分子和離子均不能通過細胞膜了，說明了細胞膜上 的水通道和離子通道的化學成分都是。
（13）如果在細胞內注入呼吸作用抑制劑，將會強烈抑制細胞膜上 通道的作用。
（14）神經元在受到刺激后，細胞膜上的電位變化是 ，由題干中信息可知這種電位變化可能和 有密切關系。
3．水是否真能“自由”通過細胞膜？科學家開展了深入的研究。
（1）彼得·阿格雷利用純的磷脂通過一定方法制成“脂質體”（一種只由磷脂雙分子層構成的泡狀結構），作為細胞模型。將“脂質體”置于清水中，一段時間后發(fā)現，脂質體的形態(tài)、體積沒有變化，這一事實表明 。進一步根據細胞膜的化學成分進行分析推測，水分子的跨膜運輸不是真正的自由，它最可能與膜上 （化合物）有關。
（2）彼得·阿格雷從人紅細胞及腎小管壁細胞的細胞膜中分離出一種分子量為28的膜蛋白—CHIP-28，并證明它就是一種“水通道蛋白”。選擇這兩種細胞為實驗材料的主要依據是 。
（3）簡述證明CHIP-28確實與水分子運輸有關的實驗基本思路。
二、2004·泛素來源：www.examda.com
2004年諾貝爾化學獎授予了以色列科學家阿龍·切哈諾沃、阿夫拉姆·赫什科和美國科學家歐文·羅斯等三位科學家，以表彰他們發(fā)現了“泛素調節(jié)的蛋白質降解過程”，揭開了蛋白質“死亡”的重要機理。（這是生物體內一種高效率的、指向性極強的降解過程，它如同一位質量監(jiān)督員，負責把細胞中新合成的不合格的蛋白質銷毀掉，而不合格蛋白質的存在，與人體細胞的癌變有極其密切的關系。
1．泛素是一種由76個基本單位組成的熱穩(wěn)定蛋白。下列有關泛素的敘述中正確的是（）
A．組成泛素的基本單位是核苷酸B．泛素可與雙縮脲試劑反應，溶液呈紫色
C．泛素在經高溫處理后仍一定有活性D．控制泛素合成的基因中共有456個核苷酸
2．泛素是一種由76個氨基酸合成的多肽，能調節(jié)細胞內需能的蛋白質酶促降解是否發(fā)生。相關敘述正確的是（）
A．泛素作用于核糖體，具有催化功能 B．根據泛素的氨基酸序列可確定其基因的全部堿基對序列
C．人體內蛋白質的降解均需要ATP提供能量 D．細胞內蛋白質合成和降解是同時進行的
3．根據材料回答問題：
（1）蛋白質的基本單位的結構通式是 。
（2）構成細胞膜的蛋白質與 和 等細胞生理過程有密切關系；癌細胞的細胞膜上 的等物質減少，使得細胞間黏著性降低，導致癌細胞容易轉移。
（3）分泌蛋白的加工場所是 ，為上述加工過程直接提供能量的物質的結構簡式是 。
（4）生物體內存在著兩類蛋白質降解過程，一種是不需要能量的，比如發(fā)生在消化道中的初步降解，這一過程只需要 酶參與；另一種則需要能量，它是一種高效率、針對性很強的降解過程。消耗的能量直接來自于 。
（5）細胞內的蛋白質處于不斷地降解與更新的過程中。泛素在其蛋白質降解過程中，起到“死亡標簽”的作用，即被泛素標記的蛋白質將被特異性地識別并迅速降解，發(fā)生降解過程的酶是細胞質內的酶。由此可見，細胞內的蛋白質降解與消化道內的蛋白質降解的主要不同點是 。
（6）泛素是一種由76個氨基酸組成的多肽，只在細胞內起作用，可見泛素是在細胞質內的 中合成的，其合成方式稱為___________。其氨基酸排列順序也已經弄清，但據此并不能完全確定人體內控制其合成的基因片段的堿基排列順序，甚至不能準確推測出該基因究竟有多少個堿基對。請根據你所學的遺傳學知道對此加以解釋 。