三、实验题1. 通过活体的实验如何直接证明肾上腺素和组织胺对动脉、静脉及毛细血管流动情况的影响。
(1)实验方法和步骤
提示 ①实验材料:动物用蟾蜍或蛙,因为蛙类的肠系膜或膀胱壁很薄,在显微镜下可直接观察其血液循环(也可用蛙蹼和舌展开进行观察)。根据血管口径、管壁的分支、血流的方向等可区分动脉、静脉和毛细血管。实验用的其他器材在实验步骤中会用到,不在此单列。
②实验方法和步骤:
a.用蛙针破坏蟾蜍的脑和脊髓。剖开腹腔拉出一段小肠。展开一边肠系膜,覆于多孔蛙板的孔上,并用大头针将肠襻固定在蛙板上。然后在肠系膜上滴一滴任氏液,以免干燥。
b.将蛙板放于显微镜的载物台上,使置有肠系膜的蛙板孔对准物镜,然后进行下述观察。
(2)实验项目、结果及分析
①用低倍镜观察动脉、静脉和毛细血管,注意它们的管壁厚薄、口径粗细和血流方向以及血流速度有何特征。在靠近内管壁处找单个滚动血细胞,观察其流动和形状。绘一简图表示动脉、静脉和毛细血管及其血流方向。
实验中可观察到动脉管壁厚,静脉管壁薄,而毛细血管最细。血液流向从小主干流向分支的为动脉;血液流向从分支流向小主干的为静脉;在血管中只有单个滚动血细胞流动的为毛细血管。(可用简图示意)
②用小片滤纸,小心地将肠系膜上的任氏液吸干,再于其上加一滴0.01%肾上腺素,观察血管有何变化。滴肾上腺素后,可见血管收缩。在肠系膜血管中α受体数量占优势,肾上腺素与之结合,使这些血管收缩。
③在肠系膜上用任氏液将剩余的肾上腺素冲洗干净,用小片滤纸,小心地将肠系膜上的任氏液吸干,再滴加几滴0.01%组织胺于肠系膜上,观察血管口径及血流的变化。滴加组织胺可引起血管平滑肌舒张,血流量增加。
[提示] ①实验前需明确动脉、静脉及毛细血管结构、血流方向的特点,以便实验中查找时方便。
②实验过程中标本需随时用任氏液润湿。
[考点] 活体实验直接观察动脉、静脉及毛细血管流动的方法、步骤、特点以及肾上腺素和组织胺对其的影响。
四、分析论述题1. 比较交感和副交感神经系统的功能特征。
自主神经系统,又称植物性神经系统,包括交感神经和副交感神经系统。它们分布至动物机体各内脏器官、平滑肌和腺体,调节这些器官的活动。
(1)交感和副交感神经系统的作用是通过其神经末梢释放化学递质来实现的
交感神经节后纤维末梢释放的主要递质是去甲肾上腺素,而副交感神经节后纤维末梢则主要释放乙酰胆碱。节后纤维末梢释放的神经递质与相应的受体结合,进而发挥其生理功能。
(2)交感和副交感神经系统的主要功能
交感和副交感神经系统的主要功能在于调节心肌、平滑肌和腺体(消化腺、汗腺、部分内分泌腺)的活动。一般情况下,交感神经可促进心肌细胞的兴奋性、传导性和收缩性,而副交感(主要是心迷走神经)可使心肌细胞兴奋性降低,心肌收缩力减弱。对胃肠平滑肌和腺体的活动,交感神经主要是抑制作用,而副交感神经主要为促进作用。此外,交感和副交感神经可调节某些内分泌腺的活动,如交感神经节前纤维可直接支配肾上腺髓质,在动物机体处于应急状态时可促进其释放儿茶酚胺类激素;胰岛细胞也受到交感和副交感神经(迷走神经)的双重支配,副交感神经兴奋可使胰岛素分泌增加,而交感神经兴奋可抑制胰岛素的分泌。
(3)交感和副交感神经系统的功能活动有以下特征
①除汗腺、竖毛肌、肾上腺髓质、皮肤和肌肉的血管平滑肌等少数组织只有交感神经支配外,体内的组织器官一般都接受交感神经与副交感神经的双重支配。两种神经的作用相互拮抗,但在中枢神经系统的控制下,两者的拮抗作用对立统一,对外周效应器官的作用表现为协调一致。
②植物性神经对效应器官具有持久的紧张性作用,即植物性神经中枢经常处于一定的兴奋状态,并沿其传出神经向所支配的器官持续地发放低频冲动,影响效应器官的活动状态。
③交感神经和副交感神经的作用不同。交感神经系统的活动比较广泛,常作为一个完整的系统参与反应。交感神经系统活动的主要作用在于动员机体许多器官的潜在功能,增加贮备能量的消耗,提高机体的应急能力,以适应环境的急骤变化,维持机体内环境的相对稳定。副交感神经的活动较局限,在安静时作用较强。整个系统活动的作用在于促进消化、吸收与合成代谢,积蓄能量,加强排泄和生殖功能,对机体起保护作用。
综合机体各个系统的调节来认识交感和副交感神经系统的功能特征。
[考点] 交感神经系统的功能特征;副交感神经系统的功能特征。
2. 试论述血浆晶体渗透压及血浆胶体渗透压升高对机体尿量的影响及相关机制。
血浆晶体渗透压升高,尿量减少;血浆胶体渗透压升高,尿量减少。
血浆晶体渗透压升高,对下丘脑视上核和室旁核周围的渗透压感受器刺激增强,抗利尿激素分泌增加,引起远曲小管和集合管对水的通透性升高,水重吸收增多,尿量减少。反之,当血浆晶体渗透压降低时,抗利尿激素释放减少,机体尿量增加。
肾小球有效滤过压是肾小球滤过的动力,决定了原尿量。有效滤过压=肾小球毛细血管血压-血浆胶体渗透压-肾小囊内压,因此在肾小球毛细血管血压和肾小囊内压不变的情况下,血浆胶体渗透压升高导致有效滤过压下降,原尿的生成量减少,终尿量也因而减少。反之,当血浆胶体渗透压降低时,有效滤过压升高,肾小球滤过率增加,原尿及终尿量增多。
把握动物机体泌尿的关键过程——滤过和重吸收,是解答本题的关键。
[考点] 血浆晶体渗透压及血浆胶体渗透压变化对机体尿量的影响及调节机制。
六、简答题1. 将RNA和DNA分别加到稀碱(0.1mol/L NaOH)溶液中,请预测RNA和DNA的稳定性,并结合分子结构特点进行解释。
[答案要点] 推测:RNA磷酸酯键会发生水解,而DNA稳定。
因为:RNA的核糖有2′-羟基,磷酸酯键易被水解。在弱碱性溶液中,OH-攻击2′-羟基,移走一个H+;具有负电性的2′-羟基氧攻击3′-磷酯基团上的磷并与之共价结合,引起磷酸酯键水解;由此形成的2′,3′-环磷酸酯,进一步水解产生3′-核苷酸、2′-核苷酸的混合物。而DNA的脱氧核糖在2′位无羟基,故对碱稳定。
[考点] RNA和DNA碱稳定性差异本质。
2. 请写出糖代谢、脂代谢中产生FADH
2的脱氢反应,并且这些反应产生的FADH
2进入电子传递链分别产生2个ATP。
[答题要点] ①糖代谢中产生FADH2的反应有:
EMP途径中3-磷酸甘油醛脱氢酶催化3-磷酸甘油醛生成1,3-二磷酸甘油酸的反应,伴随NADH的生成,而细胞质中的NADH如果通过磷酸甘油穿梭将产生FADH2,随后转化为QH2进入电子传递链产生能量。
在TCA循环中,琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸产生延胡索酸的反应也伴随FADH2的产生,随后转化为QH2进入电子传递链而产生能量。
②在脂肪酸β-氧化时,脂酰CoA脱氢酶催化脂酰CoA脱氢产生烯脂酰CoA时,也伴随FADH2的产生。FADH2通过其他一些酶的作用最后以QH2的形式进入电子传递链而产生能量。
[考点] 糖代谢和脂代谢的各条途径,是综合性较强的题。这里主要是脱氢反应,而且是产生FADH2,FADH2进入电子传递链产生2个ATP。这种限定使写出的反应更为特定。
在生物体内的生物化学反应中氧化还原反应非常重要。氧化还原反应通常产生的还原物质为NADH和FADH2等。两者是通过电子传递链产生能量的,前者产生3个ATP,而后者产生2个ATP。这里考察的是FADH2生成的反应,也可以考查NADH生成的反应,请同学们自己总结相关反应。
3. 论述乙酰CoA羧化酶的作用、组成及其活性调节。
[答题要点] 乙酰CoA羧化酶催化的反应,乙酰CoA羧化酶的组成及各组分功能,该酶的活性调节方式,包括别构调节和共价修饰。
①乙酰CoA羧化酶催化乙酰CoA生成丙二酸单酰CoA的反应,该酶是脂肪酸从头合成途径的关键酶,其活性决定了脂肪酸从头合成的速度。
②乙酰CoA羧化酶由三部分组成,分别是乙酰CoA羧化酶、生物素羧基载体蛋白和转羧基酶。乙酰CoA羧化酶负责将羧基转给生物素羧基载体蛋白,转羧基酶负责将羧基从生物素羧基载体蛋白转移给乙酰CoA,产生丙二酸单酰CoA。
③乙酰CoA羧化酶活性调节。
该酶有磷酸化和脱磷酸化两种形式,前者是活性形式,后者是非活性形式。当外界信号被传导后,细胞通过蛋白激酶和蛋白磷酸化酶来调节乙酰CoA羧化酶的存在形式,从而调节该酶活性。其中蛋白激酶催化有活性的乙酰CoA羧化酶磷酸化形式的产生,而蛋白磷酸化酶催化无活性的乙酰CoA羧化酶脱磷酸化形式的产生。此外,该酶还受到别构调节。柠檬酸是该酶的别构激活剂,而棕榈酰CoA和长链脂酰CoA是该酶的别构抑制剂。当细胞中别构调节剂浓度发生变化时,该酶的活性将受到调节。
[考点] 脂肪酸从头合成途径中关键酶乙酰CoA羧化酶。
在细胞中有许多酶在各代谢途径中发挥很重要的作用,那么,有关这些酶的作用、组成以及活性调节就显得尤为重要。例如,丙酮酸脱氢酶复合体,它是细胞糖代谢途径中的一个关键调节酶,它的相关内容已经在2000年农学门类全国硕士生入学统一考试中作为考题出现过。类似的题同学们也可自己出题自己回答。
七、实验题1. 酶在分离纯化过程中容易失去活。为了获得有活力、高纯度的酶制剂,需要在经历每一次纯化步骤后追踪酶活力。对于一个100mL的粗提酶液(蛋白质浓度2mg/mL),如果测定总活为100U;经过亲和柱层析进行纯化后获得2mL纯品(蛋白质浓度0.5mg/mL),测定酶总活为70U。请问:酶回收率是多少?酶的纯化倍数是多少?请给出计算根据。
[答案要点] 根据:
回收率=酶制剂总活力/粗提酶总活力
纯化倍数=酶制剂比活/粗提酶比活
因为,粗酶总活力:100U
纯酶总活力:70U
所以,酶回收率:70U/100 U=70%
因为,粗酶比活力:0.5U/mg
纯酶比活力:70U/mg
所以,酶的纯化倍数:70U/0.5U=140
[考点] 酶活力追踪。
八、分析论述题1. 酶实现高效催化的因素有哪些(至少写出4种)?讨论酶实现高效催化的实质,并举例说明酶抑制剂在农业生产上的应用。
[答案要点] 一共有6种因素,可选择其中4种:邻近与定向效应、诱导契合、酸碱催化、共价催化、金属离子催化、酶活性中心的疏水微环境等。
酶高效催化的实质是:酶不仅能特异性结合底物形成过渡态,并能稳定过渡态,从而更有效地降低反应活化能,加速反应。
举例:有机磷农药具有杀虫作用,就是因为它们能与乙酰胆碱酯酶的丝氨酸羟基共价结合,对酶产生不可逆抑制。乙酰胆碱是昆虫和脊椎动物神经递质,它在完成信号传递后需要在乙酰胆碱酯酶催化下被水解为胆碱和乙酸。乙酰胆碱酯酶失活,乙酰胆碱将大量积累,这会使神经过度兴奋而引发抽搐症状而致死。这类抑制剂对植物没有毒性,所以可以作为农药。
[考点] 酶的高效性和应用。
2. 请从遗传密码的特性考虑,举例说明为什么有些氨基酸具有一种以上的tRNA作为运载工具参与蛋白质合成,并推断理论上完成20种氨基酸的转运需要多少种tRNA。
[答题要点] 遗传密码的简并性、遗传密码的变偶性以及变偶规则。
遗传密码** |
第1位 (5′端) |
第2位 |
第3位 (3′端) |
U |
C |
A |
G |
U |
UUU(苯丙氨酸) UUC(苯丙氨酸) UUA(亮氨酸) UUG(亮氨酸) |
UCU(丝氨酸) UCC(丝氨酸) UCA(丝氨酸) UCG(丝氧酸) |
UAU(酪氨酸) UAC(酪氨酸) UAA(终止密码子) UAG(终止密码子) |
UGU(半胱氨酸) UGC(半胱氨酸) UGA(终止密码子) UGG(色氨酸) |
U C A G |
C |
CUU(亮氨酸) CUC(亮氨酸) CUA(亮氨酸) CUG(亮氨酸) |
CCU(脯氨酸) CCC(脯氨酸) CCA(脯氨酸) CCG(脯氨酸) |
CAU(组氨酸) CAC(组氨酸) CAA(谷氨酰胺) CAG(谷氨酰胺) |
CGU(精氨酸) CGC(精氨酸) CGA(精氨酸) CGG(精氨酸) |
U C A G |
A |
AUU(异亮氨酸) AUC(异亮氨酸) AUA(异亮氨酸) AUG(甲硫氨酸) |
ACU(苏氨酸) ACC(苏氨酸) ACA(苏氨酸) ACG(苏氨酸) |
AAU(天冬酰胺) AAC(天冬酰胺) AAA(赖氨酸) AAG(赖氨酸) |
AGU(丝氨酸) AGC(丝氨酸) AGA(精氨酸) AGG(精氨酸) |
U C A G |
G |
GUU(缬氨酸) GUC(缬氨酸) GUA(缬氨酸) GUG(缬氨酸) |
GCU(丙氨酸) GCC(丙氨酸) GCA(丙氨酸) GCG(丙氨酸) |
GAU(天冬氨酸) GAC(天冬氨酸) GAA(谷氨酸) GAG(谷氨酸) |
GGU(甘氨酸) GGC(甘氨酸) GGA(甘氨酸) GGG(甘氨酸) |
U C A G |
|
* AUG也作为起始密码子 |
** 密码子的阅读方向为5′→3′。 |
|
(1)遗传密码的简并性
一个氨基酸有多个密码子编码,这种现象为遗传密码的简并性,这些密码子被称为同义密码子或者简并密码子。以亮氨酸为例,从图中的密码簿发现它有6个密码子,分别是UUA、UUG、CUU、CUC、CUG、CUA。
(2)遗传密码的变偶性
tRNA的反密码子与密码子在碱基配对时并不严格按照A-U,G-C配对,而是有一定的规则,即变偶规则。如图所示。由此可以看出同一个反密码子能够与几个密码子配对。例如tRNA反密码子为IAG则可与密码子CUU、CUC和CUA配对。分析亮氨酸的6个密码子,一种反密码子是UAA的tRNA能够与UUA、UUG这一组密码子成配对,而一种反密码子是CAG的tRNA能够与CUG配对,另一种反密码子为IAG的tRNA能够与CUU、CUC和CUA三个密码子配对,因此,亮氨酸的6个密码子理论上需要3种tRNA才能够完成将氨基酸装载进入核糖体与mRNA上的密码子配对识别。
(3)根据以上的推理,脯氨酸有4个密码子
即CCU、CCA、CCG、CCC,前三个密码子需要一个反密码子是IGG的tRNA与之配对,而CCC需要反密码子是GGG的tRNA与之配对,这样,脯氨酸密码子需要2种tR-NA,依此类推,20种氨基酸理论上需要31种tRNA。如果加上运载起始氨基酸的tRNA,则为32种。
[考点] 遗传密码的特点、同工受体tRNA的概念
这类题目属于比较综合、难度较大,不在此处拓展。