近三年“諾貝爾獎(jiǎng)”專題
一、2003·水通道
彼得·阿格雷由于發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞膜上的水通道而獲得2003年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。我們知道，人體有些細(xì)胞能很快吸收水，而另外一些細(xì)胞則不能吸收水。早在19世紀(jì)中期，科學(xué)家就猜測(cè)細(xì)胞膜有允許水分和鹽分進(jìn)入的孔道，每個(gè)通道每秒種有幾十億個(gè)水分子通過(guò)。但這一猜想一直未得到證實(shí)。1988年，阿格雷成功地分離了存在于血紅細(xì)胞膜和腎臟微管上的一種膜蛋白，后來(lái)他認(rèn)識(shí)到這個(gè)蛋白有水通道的功能，這就是科學(xué)家們長(zhǎng)期搜尋的水分子通道。他畫(huà)出了清晰的水通道蛋白的的三維結(jié)構(gòu)圖，詳細(xì)解釋了水分子是如何通過(guò)該通道進(jìn)入細(xì)胞膜的，而其他微分子或離子無(wú)法通過(guò)的原因。羅德里克·麥金農(nóng)由于對(duì)離子通道結(jié)構(gòu)和機(jī)制的研究也獲此獎(jiǎng)。離子通道是細(xì)胞膜的另一種通道。他提示了當(dāng)離子穿過(guò)細(xì)胞膜時(shí)，不同的細(xì)胞通過(guò)電位變化發(fā)出信號(hào)，控制離子通道的開(kāi)戶或關(guān)閉。同時(shí)，離子通道通過(guò)過(guò)濾機(jī)制，只讓鉀離子通過(guò)，而不讓鈉離子通過(guò)。他們的發(fā)現(xiàn)闡明了鹽分和水如何進(jìn)出活細(xì)胞。比如，腎臟怎么從原尿中重新吸收水分，以及電信號(hào)怎么在細(xì)胞中產(chǎn)生并傳遞等等，這對(duì)人類探索腎臟、心臟、肌肉和神經(jīng)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(xiàn)了細(xì)胞膜上的水通道而獲得了2003年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。你認(rèn)為下圖中哪一張圖與水通道有關(guān)？（）
2．根據(jù)材料回答問(wèn)題：來(lái)源：www.examda.com
（1）細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是 ，功能特點(diǎn)是 。
（2）離子通道運(yùn)輸離子 （填“需要”或“不需要”）先與載體結(jié)合，屬于過(guò)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(yùn)輸物質(zhì)時(shí)的共同特點(diǎn)有 性。
（5）水通道和離子通道的結(jié)構(gòu)和功能不同的這一事實(shí)，表明 。
（6）甘油等分子比K+、Na+更容易通過(guò)細(xì)胞膜，原因是 。
（7）自由水可自由地出入細(xì)胞，科學(xué)家推測(cè)細(xì)胞膜上存在水通道，1秒鐘中1個(gè)通道可通過(guò)幾十億個(gè)水分子。經(jīng)過(guò)10余年的研究，阿格雷1990年第一次發(fā)現(xiàn)水通道蛋白，并把含有或不含水通道蛋白的細(xì)胞放到水溶液中，結(jié)果前者可通過(guò)___________作用吸水，后者則不能吸水。2000年他又公布了其蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。
（8）近10余年來(lái)，至少已發(fā)現(xiàn)11 種水通道蛋白，例如健康的人24小時(shí)由腎小球?yàn)V出原尿可達(dá)170L，經(jīng)過(guò)彎曲細(xì)長(zhǎng)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(jīng)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(xì)胞膜上AQP2的合成，使尿液量 ，由此推測(cè)，抗利尿激素打開(kāi)了控制AQP2基因表達(dá)的開(kāi)關(guān)。
（9）長(zhǎng)期以來(lái)，人們還認(rèn)識(shí)到紅細(xì)胞內(nèi)外Na+、K+濃度相差幾倍到幾十倍，其中K+濃度高的一側(cè)位于紅細(xì)胞的______側(cè)，細(xì)胞維持這種濃度與某細(xì)胞器直接有關(guān)。
（10）據(jù)研究，神經(jīng)細(xì)胞與肌細(xì)胞、腺細(xì)胞等可興奮細(xì)胞內(nèi)外K+、Na+離子及電荷情況與紅細(xì)胞類似。而當(dāng)某一部位受到刺激時(shí)，該處Na+快速內(nèi)流使膜電位改變，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)K+、Na+快速流動(dòng)時(shí)并不消耗能量，推測(cè)細(xì)胞膜上存在K+、Na+離子通道，且彼此不同。麥金農(nóng)1998年確定了這離子通道蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、形狀和啟閉機(jī)理。請(qǐng)推測(cè)該離子蛋白通道與再后來(lái)需消耗能量才能運(yùn)輸K+、Na+的載體蛋白的結(jié)構(gòu)功能應(yīng)該。 （相同或不同）
（11）水分子通過(guò)細(xì)胞膜的方式是 ，離子通過(guò)細(xì)胞膜的方式是 。
（12）如果用胰蛋白酶（或蛋白質(zhì)抑制劑）處理細(xì)胞表面，發(fā)現(xiàn)水分子和離子均不能通過(guò)細(xì)胞膜了，說(shuō)明了細(xì)胞膜上 的水通道和離子通道的化學(xué)成分都是。
（13）如果在細(xì)胞內(nèi)注入呼吸作用抑制劑，將會(huì)強(qiáng)烈抑制細(xì)胞膜上 通道的作用。
（14）神經(jīng)元在受到刺激后，細(xì)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(guān)系。
3．水是否真能“自由”通過(guò)細(xì)胞膜？科學(xué)家開(kāi)展了深入的研究。
（1）彼得·阿格雷利用純的磷脂通過(guò)一定方法制成“脂質(zhì)體”（一種只由磷脂雙分子層構(gòu)成的泡狀結(jié)構(gòu)），作為細(xì)胞模型。將“脂質(zhì)體”置于清水中，一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，脂質(zhì)體的形態(tài)、體積沒(méi)有變化，這一事實(shí)表明 。進(jìn)一步根據(jù)細(xì)胞膜的化學(xué)成分進(jìn)行分析推測(cè)，水分子的跨膜運(yùn)輸不是真正的自由，它最可能與膜上 （化合物）有關(guān)。
（2）彼得·阿格雷從人紅細(xì)胞及腎小管壁細(xì)胞的細(xì)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(xì)胞為實(shí)驗(yàn)材料的主要依據(jù)是 。
（3）簡(jiǎn)述證明CHIP-28確實(shí)與水分子運(yùn)輸有關(guān)的實(shí)驗(yàn)基本思路。
二、2004·泛素來(lái)源：www.examda.com
2004年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了以色列科學(xué)家阿龍·切哈諾沃、阿夫拉姆·赫什科和美國(guó)科學(xué)家歐文·羅斯等三位科學(xué)家，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了“泛素調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)降解過(guò)程”，揭開(kāi)了蛋白質(zhì)“死亡”的重要機(jī)理。（這是生物體內(nèi)一種高效率的、指向性極強(qiáng)的降解過(guò)程，它如同一位質(zhì)量監(jiān)督員，負(fù)責(zé)把細(xì)胞中新合成的不合格的蛋白質(zhì)銷毀掉，而不合格蛋白質(zhì)的存在，與人體細(xì)胞的癌變有極其密切的關(guān)系。
1．泛素是一種由76個(gè)基本單位組成的熱穩(wěn)定蛋白。下列有關(guān)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(yīng)，溶液呈紫色
C．泛素在經(jīng)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(gè)核苷酸
2．泛素是一種由76個(gè)氨基酸合成的多肽，能調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)需能的蛋白質(zhì)酶促降解是否發(fā)生。相關(guān)敘述正確的是（）
A．泛素作用于核糖體，具有催化功能 B．根據(jù)泛素的氨基酸序列可確定其基因的全部堿基對(duì)序列
C．人體內(nèi)蛋白質(zhì)的降解均需要ATP提供能量 D．細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成和降解是同時(shí)進(jìn)行的
3．根據(jù)材料回答問(wèn)題：
（1）蛋白質(zhì)的基本單位的結(jié)構(gòu)通式是 。
（2）構(gòu)成細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)與 和 等細(xì)胞生理過(guò)程有密切關(guān)系；癌細(xì)胞的細(xì)胞膜上 的等物質(zhì)減少，使得細(xì)胞間黏著性降低，導(dǎo)致癌細(xì)胞容易轉(zhuǎn)移。
（3）分泌蛋白的加工場(chǎng)所是 ，為上述加工過(guò)程直接提供能量的物質(zhì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是 。
（4）生物體內(nèi)存在著兩類蛋白質(zhì)降解過(guò)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(guò)程只需要 酶參與；另一種則需要能量，它是一種高效率、針對(duì)性很強(qiáng)的降解過(guò)程。消耗的能量直接來(lái)自于 。
（5）細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)處于不斷地降解與更新的過(guò)程中。泛素在其蛋白質(zhì)降解過(guò)程中，起到“死亡標(biāo)簽”的作用，即被泛素標(biāo)記的蛋白質(zhì)將被特異性地識(shí)別并迅速降解，發(fā)生降解過(guò)程的酶是細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的酶。由此可見(jiàn)，細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)降解與消化道內(nèi)的蛋白質(zhì)降解的主要不同點(diǎn)是 。
（6）泛素是一種由76個(gè)氨基酸組成的多肽，只在細(xì)胞內(nèi)起作用，可見(jiàn)泛素是在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的 中合成的，其合成方式稱為_(kāi)__________。其氨基酸排列順序也已經(jīng)弄清，但據(jù)此并不能完全確定人體內(nèi)控制其合成的基因片段的堿基排列順序，甚至不能準(zhǔn)確推測(cè)出該基因究竟有多少個(gè)堿基對(duì)。請(qǐng)根據(jù)你所學(xué)的遺傳學(xué)知道對(duì)此加以解釋 。
一、2003·水通道
彼得·阿格雷由于發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞膜上的水通道而獲得2003年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。我們知道，人體有些細(xì)胞能很快吸收水，而另外一些細(xì)胞則不能吸收水。早在19世紀(jì)中期，科學(xué)家就猜測(cè)細(xì)胞膜有允許水分和鹽分進(jìn)入的孔道，每個(gè)通道每秒種有幾十億個(gè)水分子通過(guò)。但這一猜想一直未得到證實(shí)。1988年，阿格雷成功地分離了存在于血紅細(xì)胞膜和腎臟微管上的一種膜蛋白，后來(lái)他認(rèn)識(shí)到這個(gè)蛋白有水通道的功能，這就是科學(xué)家們長(zhǎng)期搜尋的水分子通道。他畫(huà)出了清晰的水通道蛋白的的三維結(jié)構(gòu)圖，詳細(xì)解釋了水分子是如何通過(guò)該通道進(jìn)入細(xì)胞膜的，而其他微分子或離子無(wú)法通過(guò)的原因。羅德里克·麥金農(nóng)由于對(duì)離子通道結(jié)構(gòu)和機(jī)制的研究也獲此獎(jiǎng)。離子通道是細(xì)胞膜的另一種通道。他提示了當(dāng)離子穿過(guò)細(xì)胞膜時(shí)，不同的細(xì)胞通過(guò)電位變化發(fā)出信號(hào)，控制離子通道的開(kāi)戶或關(guān)閉。同時(shí)，離子通道通過(guò)過(guò)濾機(jī)制，只讓鉀離子通過(guò)，而不讓鈉離子通過(guò)。他們的發(fā)現(xiàn)闡明了鹽分和水如何進(jìn)出活細(xì)胞。比如，腎臟怎么從原尿中重新吸收水分，以及電信號(hào)怎么在細(xì)胞中產(chǎn)生并傳遞等等，這對(duì)人類探索腎臟、心臟、肌肉和神經(jīng)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(xiàn)了細(xì)胞膜上的水通道而獲得了2003年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。你認(rèn)為下圖中哪一張圖與水通道有關(guān)？（）
2．根據(jù)材料回答問(wèn)題：來(lái)源：www.examda.com
（1）細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是 ，功能特點(diǎn)是 。
（2）離子通道運(yùn)輸離子 （填“需要”或“不需要”）先與載體結(jié)合，屬于過(guò)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(yùn)輸物質(zhì)時(shí)的共同特點(diǎn)有 性。
（5）水通道和離子通道的結(jié)構(gòu)和功能不同的這一事實(shí)，表明 。
（6）甘油等分子比K+、Na+更容易通過(guò)細(xì)胞膜，原因是 。
（7）自由水可自由地出入細(xì)胞，科學(xué)家推測(cè)細(xì)胞膜上存在水通道，1秒鐘中1個(gè)通道可通過(guò)幾十億個(gè)水分子。經(jīng)過(guò)10余年的研究，阿格雷1990年第一次發(fā)現(xiàn)水通道蛋白，并把含有或不含水通道蛋白的細(xì)胞放到水溶液中，結(jié)果前者可通過(guò)___________作用吸水，后者則不能吸水。2000年他又公布了其蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。
（8）近10余年來(lái)，至少已發(fā)現(xiàn)11 種水通道蛋白，例如健康的人24小時(shí)由腎小球?yàn)V出原尿可達(dá)170L，經(jīng)過(guò)彎曲細(xì)長(zhǎng)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(jīng)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(xì)胞膜上AQP2的合成，使尿液量 ，由此推測(cè)，抗利尿激素打開(kāi)了控制AQP2基因表達(dá)的開(kāi)關(guān)。
（9）長(zhǎng)期以來(lái)，人們還認(rèn)識(shí)到紅細(xì)胞內(nèi)外Na+、K+濃度相差幾倍到幾十倍，其中K+濃度高的一側(cè)位于紅細(xì)胞的______側(cè)，細(xì)胞維持這種濃度與某細(xì)胞器直接有關(guān)。
（10）據(jù)研究，神經(jīng)細(xì)胞與肌細(xì)胞、腺細(xì)胞等可興奮細(xì)胞內(nèi)外K+、Na+離子及電荷情況與紅細(xì)胞類似。而當(dāng)某一部位受到刺激時(shí)，該處Na+快速內(nèi)流使膜電位改變，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)K+、Na+快速流動(dòng)時(shí)并不消耗能量，推測(cè)細(xì)胞膜上存在K+、Na+離子通道，且彼此不同。麥金農(nóng)1998年確定了這離子通道蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、形狀和啟閉機(jī)理。請(qǐng)推測(cè)該離子蛋白通道與再后來(lái)需消耗能量才能運(yùn)輸K+、Na+的載體蛋白的結(jié)構(gòu)功能應(yīng)該。 （相同或不同）
（11）水分子通過(guò)細(xì)胞膜的方式是 ，離子通過(guò)細(xì)胞膜的方式是 。
（12）如果用胰蛋白酶（或蛋白質(zhì)抑制劑）處理細(xì)胞表面，發(fā)現(xiàn)水分子和離子均不能通過(guò)細(xì)胞膜了，說(shuō)明了細(xì)胞膜上 的水通道和離子通道的化學(xué)成分都是。
（13）如果在細(xì)胞內(nèi)注入呼吸作用抑制劑，將會(huì)強(qiáng)烈抑制細(xì)胞膜上 通道的作用。
（14）神經(jīng)元在受到刺激后，細(xì)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(guān)系。
3．水是否真能“自由”通過(guò)細(xì)胞膜？科學(xué)家開(kāi)展了深入的研究。
（1）彼得·阿格雷利用純的磷脂通過(guò)一定方法制成“脂質(zhì)體”（一種只由磷脂雙分子層構(gòu)成的泡狀結(jié)構(gòu)），作為細(xì)胞模型。將“脂質(zhì)體”置于清水中，一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，脂質(zhì)體的形態(tài)、體積沒(méi)有變化，這一事實(shí)表明 。進(jìn)一步根據(jù)細(xì)胞膜的化學(xué)成分進(jìn)行分析推測(cè)，水分子的跨膜運(yùn)輸不是真正的自由，它最可能與膜上 （化合物）有關(guān)。
（2）彼得·阿格雷從人紅細(xì)胞及腎小管壁細(xì)胞的細(xì)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(xì)胞為實(shí)驗(yàn)材料的主要依據(jù)是 。
（3）簡(jiǎn)述證明CHIP-28確實(shí)與水分子運(yùn)輸有關(guān)的實(shí)驗(yàn)基本思路。
二、2004·泛素來(lái)源：www.examda.com
2004年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了以色列科學(xué)家阿龍·切哈諾沃、阿夫拉姆·赫什科和美國(guó)科學(xué)家歐文·羅斯等三位科學(xué)家，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了“泛素調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)降解過(guò)程”，揭開(kāi)了蛋白質(zhì)“死亡”的重要機(jī)理。（這是生物體內(nèi)一種高效率的、指向性極強(qiáng)的降解過(guò)程，它如同一位質(zhì)量監(jiān)督員，負(fù)責(zé)把細(xì)胞中新合成的不合格的蛋白質(zhì)銷毀掉，而不合格蛋白質(zhì)的存在，與人體細(xì)胞的癌變有極其密切的關(guān)系。
1．泛素是一種由76個(gè)基本單位組成的熱穩(wěn)定蛋白。下列有關(guān)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(yīng)，溶液呈紫色
C．泛素在經(jīng)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(gè)核苷酸
2．泛素是一種由76個(gè)氨基酸合成的多肽，能調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)需能的蛋白質(zhì)酶促降解是否發(fā)生。相關(guān)敘述正確的是（）
A．泛素作用于核糖體，具有催化功能 B．根據(jù)泛素的氨基酸序列可確定其基因的全部堿基對(duì)序列
C．人體內(nèi)蛋白質(zhì)的降解均需要ATP提供能量 D．細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成和降解是同時(shí)進(jìn)行的
3．根據(jù)材料回答問(wèn)題：
（1）蛋白質(zhì)的基本單位的結(jié)構(gòu)通式是 。
（2）構(gòu)成細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)與 和 等細(xì)胞生理過(guò)程有密切關(guān)系；癌細(xì)胞的細(xì)胞膜上 的等物質(zhì)減少，使得細(xì)胞間黏著性降低，導(dǎo)致癌細(xì)胞容易轉(zhuǎn)移。
（3）分泌蛋白的加工場(chǎng)所是 ，為上述加工過(guò)程直接提供能量的物質(zhì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是 。
（4）生物體內(nèi)存在著兩類蛋白質(zhì)降解過(guò)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(guò)程只需要 酶參與；另一種則需要能量，它是一種高效率、針對(duì)性很強(qiáng)的降解過(guò)程。消耗的能量直接來(lái)自于 。
（5）細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)處于不斷地降解與更新的過(guò)程中。泛素在其蛋白質(zhì)降解過(guò)程中，起到“死亡標(biāo)簽”的作用，即被泛素標(biāo)記的蛋白質(zhì)將被特異性地識(shí)別并迅速降解，發(fā)生降解過(guò)程的酶是細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的酶。由此可見(jiàn)，細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)降解與消化道內(nèi)的蛋白質(zhì)降解的主要不同點(diǎn)是 。
（6）泛素是一種由76個(gè)氨基酸組成的多肽，只在細(xì)胞內(nèi)起作用，可見(jiàn)泛素是在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的 中合成的，其合成方式稱為_(kāi)__________。其氨基酸排列順序也已經(jīng)弄清，但據(jù)此并不能完全確定人體內(nèi)控制其合成的基因片段的堿基排列順序，甚至不能準(zhǔn)確推測(cè)出該基因究竟有多少個(gè)堿基對(duì)。請(qǐng)根據(jù)你所學(xué)的遺傳學(xué)知道對(duì)此加以解釋 。