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自新课程改革以来,《分子与细胞》(人教版)深受广大教师和学生的喜爱,在教材内容的设计上,都体现出以教师为主导,学生为主体。然而笔者在教学过程中,发现学生对一些问题有很多不解,这些问题同样也让很多老师感到迷惑。但在教学中,大多数老师都是让学生死记硬背,根本不知道所以然。因此,笔者通过阅读大量文献以及自身在研究生期间的实验优势,对以下问题做一些分析。
1、核糖体、内质网与蛋白质合成之间的关系
《分子与细胞》(人教版)中关于核糖体、内质网的功能是这样叙述的:核糖体的功能是蛋白质合成的场所;内质网是由膜连接而成的网状结构,是细胞内蛋白质合成和加工,以及脂质合成的“车间”。对于这个问题在翟中和《细胞生物学》(第三版)[1]中明确指出细胞中的蛋白质都是在核糖体上合成的,并且都是起始于细胞质基质之中。蛋白质的合成是粗面内质网的主要功能。在粗面内质网上,多肽链一边延伸一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有:
(1)向细胞外分泌的蛋白质,即分泌蛋白。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,这种蛋白质运输的方式易于分泌过程的调控。
(2)膜的整合蛋白。这类蛋白都具有方向性,其方向性在内质网上合成时就已确定。
(3)可溶性驻留蛋白。这类蛋白在合成后进入内质网,便于与其他细胞组分进一步区分,也有利于对它们的加工和活化。
由此看来,粗面内质网的主要功能是进行膜结合核糖体合成的蛋白质的运输,因此蛋白质的合成的起始场所都应该是核糖体,所以核糖体才是蛋白质的合成场所。
2、健那绿(Janus Green B)染线粒体的机理问题
《分子与细胞》(人教版)实验“用高倍镜观察叶绿体和线粒体”中,用健那绿(Janus Green B)对线粒体染色,使线粒体呈现蓝色,而细胞质接近无色。但对于健那绿染色(Janus Green B)机理以及染液是通过什么方式进入线粒体中,争论不断。笔者通过阅读资料后认为,健那绿(Janus Green B)通过线粒体的方式是自由扩散,原因有两个方面:
一、健那绿(Janus Green B)為吩嗪结构类染料,具有脂溶性,可以通过线粒体膜。
二、线粒体外膜含有孔蛋白,当孔蛋白打开时,可以允许5000道尔顿的分子通过,在实验中用的健那绿(Janus Green B)是1/5000,所以可以自由通过线粒体[2]。
线粒体中细胞色素氧化酶作为电子传递体和递氢体,周围有大量的H [1],使染料保持氧化状态呈蓝绿色,从而使线粒体显色,而在周围的细胞质中染料则被还原,成为无色状态。
三、关于线粒体有氧呼吸释放能量问题
关于线粒体有氧呼吸释放能量问题,现行人教版高中教材,仍然认为1mol葡萄糖有氧呼吸共释放38个ATP,笔者认为不妥之处。
根据王镜岩《生物化学》第三版[3],葡萄糖彻底氧化分解的过程如下:
葡萄糖在分解代谢过程中产生的能量有两种形式:直接产生ATP;生成高能分子NADH或FADH2,后者在线粒体呼吸链氧化并产生ATP。
(1)糖酵解:1分子葡萄糖生成2分子丙酮酸,共消耗了2个ATP,产生了4个ATP,实际上净生成了2个ATP,同时产生2个NADH。
(2)有氧分解(丙酮酸生成乙酰CoA及三羧酸循环)产生ATP、NADH和FADH2
丙酮酸氧化脱羧:丙酮酸生成乙酰CoA,生成1个NADH
三羧酸循环:乙酰CoA生成CO2和H2O,产生一个GTP(即ATP)、3个NADH和1个FADH2
那么葡萄糖分解代谢总反应式:
C6H6O6 6H2O 10NAD 2FAD 4ADP 4Pi(6CO2 10NADH 10H 2FADH2 4ATP
按照一个NADH能够产生2.5个ATP,1个FADH2能够产生1.5个ATP计算,1分子葡萄糖在分解代谢过程中共产生30个ATP:
2ATP (10×2.5)ATP (2×1.5)ATP=30ATP
参考文献
[1]翟中和,王喜忠,丁明孝.细胞生物学[M].北京:高等教育出版社,2008,178.
[2]王金发.细胞生物学[M].北京:科学出版社,2004,266.
[3]王镜岩,朱圣庚,徐长法.生物化学(下册)[M].北京:高等教育出版社,2004,65-142.
1、核糖体、内质网与蛋白质合成之间的关系
《分子与细胞》(人教版)中关于核糖体、内质网的功能是这样叙述的:核糖体的功能是蛋白质合成的场所;内质网是由膜连接而成的网状结构,是细胞内蛋白质合成和加工,以及脂质合成的“车间”。对于这个问题在翟中和《细胞生物学》(第三版)[1]中明确指出细胞中的蛋白质都是在核糖体上合成的,并且都是起始于细胞质基质之中。蛋白质的合成是粗面内质网的主要功能。在粗面内质网上,多肽链一边延伸一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有:
(1)向细胞外分泌的蛋白质,即分泌蛋白。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,这种蛋白质运输的方式易于分泌过程的调控。
(2)膜的整合蛋白。这类蛋白都具有方向性,其方向性在内质网上合成时就已确定。
(3)可溶性驻留蛋白。这类蛋白在合成后进入内质网,便于与其他细胞组分进一步区分,也有利于对它们的加工和活化。
由此看来,粗面内质网的主要功能是进行膜结合核糖体合成的蛋白质的运输,因此蛋白质的合成的起始场所都应该是核糖体,所以核糖体才是蛋白质的合成场所。
2、健那绿(Janus Green B)染线粒体的机理问题
《分子与细胞》(人教版)实验“用高倍镜观察叶绿体和线粒体”中,用健那绿(Janus Green B)对线粒体染色,使线粒体呈现蓝色,而细胞质接近无色。但对于健那绿染色(Janus Green B)机理以及染液是通过什么方式进入线粒体中,争论不断。笔者通过阅读资料后认为,健那绿(Janus Green B)通过线粒体的方式是自由扩散,原因有两个方面:
一、健那绿(Janus Green B)為吩嗪结构类染料,具有脂溶性,可以通过线粒体膜。
二、线粒体外膜含有孔蛋白,当孔蛋白打开时,可以允许5000道尔顿的分子通过,在实验中用的健那绿(Janus Green B)是1/5000,所以可以自由通过线粒体[2]。
线粒体中细胞色素氧化酶作为电子传递体和递氢体,周围有大量的H [1],使染料保持氧化状态呈蓝绿色,从而使线粒体显色,而在周围的细胞质中染料则被还原,成为无色状态。
三、关于线粒体有氧呼吸释放能量问题
关于线粒体有氧呼吸释放能量问题,现行人教版高中教材,仍然认为1mol葡萄糖有氧呼吸共释放38个ATP,笔者认为不妥之处。
根据王镜岩《生物化学》第三版[3],葡萄糖彻底氧化分解的过程如下:
葡萄糖在分解代谢过程中产生的能量有两种形式:直接产生ATP;生成高能分子NADH或FADH2,后者在线粒体呼吸链氧化并产生ATP。
(1)糖酵解:1分子葡萄糖生成2分子丙酮酸,共消耗了2个ATP,产生了4个ATP,实际上净生成了2个ATP,同时产生2个NADH。
(2)有氧分解(丙酮酸生成乙酰CoA及三羧酸循环)产生ATP、NADH和FADH2
丙酮酸氧化脱羧:丙酮酸生成乙酰CoA,生成1个NADH
三羧酸循环:乙酰CoA生成CO2和H2O,产生一个GTP(即ATP)、3个NADH和1个FADH2
那么葡萄糖分解代谢总反应式:
C6H6O6 6H2O 10NAD 2FAD 4ADP 4Pi(6CO2 10NADH 10H 2FADH2 4ATP
按照一个NADH能够产生2.5个ATP,1个FADH2能够产生1.5个ATP计算,1分子葡萄糖在分解代谢过程中共产生30个ATP:
2ATP (10×2.5)ATP (2×1.5)ATP=30ATP
参考文献
[1]翟中和,王喜忠,丁明孝.细胞生物学[M].北京:高等教育出版社,2008,178.
[2]王金发.细胞生物学[M].北京:科学出版社,2004,266.
[3]王镜岩,朱圣庚,徐长法.生物化学(下册)[M].北京:高等教育出版社,2004,65-142.