以“細胞的囊泡運輸調控機制”為背景的原創試題的命制和分析

廖樂祥

2013年諾貝爾生理學或醫學獎授予美國耶魯大學教授詹姆斯·羅特曼、加州大學伯克利分校教授蘭迪·謝克曼和德國科學家托馬斯·蘇道夫，以表彰他們發現了細胞囊泡運輸系統的運行與調節機制。每個細胞都可看作是一個生產和輸送分子的工廠，這些分子被包裝在“囊泡”中，再運輸到周圍的細胞。這種運輸系統背后的分子機制指導著如何在細胞內把分子于正確的時間運送到正確的地點。如果缺失了這個過程，細胞內部將變得一片混亂。而當細胞運輸系統出現異常時，也會對人體產生不良的影響，導致出現諸如神經系統疾病、糖尿病、免疫失調等癥狀。筆者以“細胞的囊泡運輸調控機制”為背景，進行原創試題的命制，現列舉如下。

（1） 細胞生命活動依賴于胞內運輸系統。細胞內的運輸系統將大量需要運輸的物質分揀、包裝到膜狀的囊泡結構中，利用動力蛋白（又稱為分子馬達）水解ATP產生的能量驅動囊泡在微管或微絲細胞骨架充當的軌道上移動，高效精確地將各種貨物定向運輸到相應的亞細胞結構發揮生理功能。下列對此的相關說法中正確的一項是（）

A. 囊泡運輸分為幾個環節：貨物識別、沿著微管（或微絲）軌道運輸以及貨物卸載

B. 動力蛋白水解ATP產生的能量驅動囊泡在微管或微絲細胞骨架充當的軌道上移動，此時儲存在ATP中穩定的化學能就轉化為機械能

C. 從動力蛋白能水解ATP可以得出：動力蛋白具有二磷酸腺苷酶的活性

D. 血紅蛋白分泌到細胞外時離不開囊泡的參與

命題意圖：本題主要考查囊泡的運輸、ATP的水解、分泌蛋白等知識點。

解析：從題干的信息中可以發現選項A是正確的。ATP水解時，釋放活躍的化學能。根據酶的專一性，水解ATP的酶應是三磷酸腺苷酶。血紅蛋白位于紅細胞內，不屬于分泌蛋白。

參考答案：A。

（2） γ-氨基丁酸（GA-BA）是中樞神經系統中很重要的抑制性神經遞質，它是一種天然存在的非蛋白組成的氨基酸，具有極其重要的生理功能，主要表現為健腦安神、改善睡眠、調節血壓、抗疲勞、舒緩身心不適等，其作用機理如圖1所示。下列對此的相關敘述中，正確的是（）

A. 儲存在突觸小泡中的γ-氨基丁酸，以胞吐方式釋放至神經細胞所處的外界環境

B. 突觸小體中發生的信號變化是電信號轉換為化學信號

C. 釋放的GA-BA可被體內氨基丁酸轉氨酶降解而失活，這體現了酶的高效性

D. 當GA-BA與突觸前膜上的特異性受體結合后，很可能是使通道開啟，使陰離子內流，從而抑制突觸后神經細胞動作電位的產生

命題意圖：本題主要考查內環境、興奮在突觸處傳遞、酶的特性等知識點。

解析：突觸間隙是組織液，是神經細胞所處的內環境。突觸小體中發生的信號變化是電信號→化學信號；神經元之間信號轉換為電信號→化學信號→電信號。釋放的GA-BA可被體內氨基丁酸轉氨酶降解而失活，這體現了酶的專一性。當GA-BA與突觸后膜上的特異性受體結合后，很可能使通道開啟，使陰離子內流，從而抑制突觸后神經細胞動作電位的產生。

參考答案：B。

（3） 一個國際研究小組在新一期《自然》雜志報告發現了人體內胰島素發揮作用的分子機制。這意味著，醫藥行業將有望研制出更有效和更方便的糖尿病藥物。糖尿病的形成有多種原因。圖2所示a、b、c是由三種自身免疫病引起的糖尿病，下列相關說法中正確的一項是（）

A. 漿細胞中與抗體的合成和運輸直接有關的具膜細胞器是核糖體、內質網和高爾基體

B. 抗體的運輸與分泌過程中需要囊泡的參與，囊泡的基本支架是蛋白質分子層

C. 胰島素隨血液到達全身各處，與靶細胞內的特異性受體結合，將信息傳遞給靶細胞

D. Ⅱ型糖尿病患者血液中胰島素含量正常，但患者仍表現出尿糖癥狀，該病的病因最有可能類似于圖示中的a

命題意圖：本題主要考查分泌蛋白的合成和運輸、生物膜的基本支架、激素調節的特點等知識點。

解析：選項A要注重“直接”與“具膜”這兩個要點：線粒體的作用是提供能量，沒有直接參與合成和運輸；核糖體是沒有膜的細胞器。生物膜的基本支架是磷脂雙分子層。胰島素隨血液到達全身各處，與靶細胞膜上的特異性受體結合，將信息傳遞給靶細胞。Ⅱ型糖尿病患者血液中胰島素含量正常，但患者仍表現出尿糖癥狀，可能是因為靶細胞表面的特異性受體受到破壞，故D選項正確。

參考答案：D。

（4） 胰島素能激發一系列的級聯反應，促使富含葡萄糖轉運蛋白GLUT4的囊泡向著質膜移動。GLUT4是一種位于胰島素敏感組織的胞漿、質膜上的糖蛋白，其主要功能是幫助葡萄糖向胞內轉運。沒有發生胰島素刺激時，GLUT4主要位于細胞內的儲存囊泡內，而當囊泡轉移到細胞膜并且彼此融合時，GLUT4活性增加，與葡萄糖結合并發生結構變化，葡萄糖被轉移到細胞內之后，結構又恢復原狀。下列對此的敘述中錯誤的一項是（）

A. 在細胞內,許多由膜構成的囊泡就像深海中的潛艇，在細胞中穿梭往來,繁忙地運著“貨物”

B. 由于囊泡能與細胞膜融合，可推測出囊泡的主要成分很可能是脂質和蛋白質

C. 胰島素一經靶細胞接受并起作用后就被滅活了

D. 囊泡膜、內質網膜、細胞膜、核膜、口腔黏膜等都屬于生物膜系統

命題意圖：本題主要考查囊泡、生物膜的主要成分、激素的作用特點、生物膜系統等知識點。

解析：細胞膜的主要成分是脂質和蛋白質，由于囊泡能與細胞膜融合，可推測出囊泡的主要成分很可能是脂質和蛋白質。激素一經靶細胞接受并起作用后就被滅活了。細胞器膜和細胞膜、核膜等結構，共同構成細胞的生物膜系統；口腔黏膜不屬于生物膜系統。

參考答案：D。

有關“細胞的囊泡運輸調控機制”研究的報道層出不窮。在平時的教學中，教師只要多留心報刊、互聯網等，以其上的相關報道為背景，對原始素材進行加工，仔細考慮設問，反復打磨試題，就能進行大量、優質的原創試題的命制，從而促進中學生物學科的教學和命題工作。