高中生物核糖体知识与应用概述.docx

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高中生物核糖体知识与应用概述

【高中生物】核糖体知识与应用概述

2021年10月7日，诺贝尔化学奖揭晓。

来自美国、以色列的3位科学家因“对核糖体结构和功能的研究”而获奖。

三位科学家采用X射线蛋白质晶体学技术，标识出了构成核糖体的成千上万个原子。

这不仅画出了核糖体的“外貌”，而且在原子层面上揭示了核糖体功能的机理。

至此，科学家们终于能一探核糖体的工作机制，为遗传信息的传递、蛋白质翻译等重大问题提供强有力的证据，并借此弄清一些细菌的抗药机制，研发新的抗生素，帮助人体抵抗顽固疾病。

本文中笔者对有关核糖体的知识与应用进行了归纳。

1核糖体有关的基本知识

1．1核糖体的大小

例1．下列细胞结构中，在普通光学显微镜下分辨不出的是（C）

A．染色体  B．液泡    C．核糖体  D．叶绿体

解析：

核糖体是最小的细胞器，只有23nm左右，在光学显微镜下分辨不清。

在用差速离心技术分离细胞器时最后分离得到的细胞器是核糖体。

1．2核糖体的化学组成

例2．细胞质中含RNA最多的是（C）

A．线粒体      B．细胞质基质      C．核糖体      D．叶绿体

解析：

核糖体的主要成分为蛋白质和RNA，二者各占一半。

rRNA可占细胞中RNA总量的80%以上。

1．3核糖体的结构

例3．下列细胞结构中，不参与细胞生物膜系统组成的是（B）

A．线粒体            B．核糖体         　C．高尔基体           D．叶绿体

解析：

在核糖体中不含磷脂，也没有膜结构，不属于生物膜系统。

一个核糖体大分子通常由两部分构成：

大亚基和小亚基。

大亚基是结合转运RNA的亚基，小亚基在蛋白质合成中负责信息识别。

1．4核糖体的分布

例4．叶绿体的DNA能指导自身小部分蛋白质在叶绿体内的合成。

下列叙述中错误的是（D）

A．叶绿体DNA能够转录             B．叶绿体DNA是遗传物质

C．叶绿体内存在核糖体             D．叶绿体功能不受细胞核调控

解析：

细胞中的核糖体可以游离在细胞质基质中，可以附着在粗面内质网上，在线粒体

和叶绿体中也有。

不同的细胞中核糖体数量不同，在分裂旺盛的细胞和癌细胞中核糖体的数量很多。

1．5核糖体的装配

真核生物核糖体的形成与     有关，rRNA基因组主要存在于核仁组织区中，核糖体蛋白在细胞质中合成后经     进入核仁区参加装配。

答案：

核仁  核孔

2核糖体与蛋白质的合成

2．1蛋白质合成过程

例5．下图所示是蛋白质合成过程示意图。

请据图回答：

（1）生物体合成蛋白质的场所是          ，它主要是由          和         两种主要成分组成的。

（2）合成蛋白质的第一步是主要在细胞核内合成的[   ]         进入细胞质与         结合，同时携带氨基酸的转运RNA进入  位与起始密码子互补配对。

（3）第二步是与第二个密码子互补配对的转运RNA携带氨基酸进入       位。

（4）第三步在转肽酶的作用下，  位的氨基酸通过肽键的形成而转移到   位的     上。

（5）第四步是核糖体沿mRNA分子移动      的距离，使   位的“肽链一tRNA”进入       位。

于是循环进行三、四步，直到遇到              为止。

答案：

（1）核糖体   RNA  蛋白质  

（2）3mRNA  核糖体   P （3）A

（4）P   AtRNA上   一个密码子 A  P   终止密码子

解析：

翻译过程是在核糖体、mRNA、tRNA三者的密切配合下完成的，通过mRNA上的密码子和tRNA上的反密码子的互补配对，使mRNA上的信息最终体现在特定的蛋白质结构上。

2．2多聚核糖体

例6．右图为原核细胞中转录、翻译的示意图。

据图判断，下列描述中正确的是（BD）

A．图中表示4条多肽链正在合成

B．转录尚未结束，翻译即已开始

C．多个核糖体共同完成一条多肽链的翻译

D．一个基因在短时间内可表达出多条多肽链

解析：

在蛋白质合成过程中，同一条mRNA分子可以相继结合多个核糖体，同时合成若干条相同的多肽链，因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白质，对mRNA的利用及对其浓度的调控更为经济和有效。

2．3分泌蛋白的加工机制

例7．已知分泌蛋白的新生肽链上有一段可以引导其进人内质网的特殊序列（图中P肽段）。

若P肽段功能缺失，则该蛋白（D）

A．无法继续合成   B．可以进人高尔基体

C．可以被加工成熟 D．无法被分泌到细胞外

解析：

该题所说的特殊序列即为信号肽。

从起始密码子开始首先翻译产生信号肽，信号肽从核糖体上露出后立即被信号肽识别体（SRP）识别并与之相结合，翻译暂时停止，SRP牵引这条带核糖体的mRNA到达粗面内质网的表面，这时，暂时被抑制的翻译过程恢复进行，翻译出的肽链通过孔道进入内质网腔内。

信号肽在穿越膜后被内质网腔内的信号肽酶水解切除。

因此信号肽的缺失不影响蛋白质的合成，但使蛋白质不能进入内质网加工，进而也无法进入高尔基体和分泌到细胞外。

2．4分泌蛋白合成过程中核糖体与其它细胞器之间的联系

例8．下图表示用3H―亮氨酸标记细胞内的分泌蛋白，追踪不同时间具有放射性的分泌蛋白颗粒在细胞内分布情况和运输过程。

其中正确的是（C）

解析：

在分泌蛋白合成和分泌过程中，核糖体合成的蛋白质进入内质网加工，再由囊泡运至高尔基体最后到达细胞膜，整个过程需要多种细胞结构共同配合才能完成。

3核糖体知识的应用

基于核糖体研究的有关成果，可以很容易理解，如果细菌的核糖体功能得到抑制，那么细菌就无法存活。

在医学上，人们正是利用抗生素来抑制细菌的核糖体从而治疗疾病的。

评委会说，三位科学家构筑了三维模型来显示不同的抗生素是如何抑制核糖体功能的，“这些模型已被用于研发新的抗生素，直接帮助减轻人类的病痛，拯救生命”。

例9．人们通过对青霉素、链霉素等抗生素研究发现，抗生素之所以能够杀死细菌等病原体而对人体无害，其原因是抗生素能够有效地阻断细菌细胞内的蛋白质合成。

于是人们对此现象提出了许多假设，其中有如下三点：

①抗生素能阻断细菌DNA的转录过程而不影响人体内DNA的转录过程；②抗生素能阻断细菌转运RNA的功能而不影响人体内转运RNA的功能；③抗生素能阻断细菌内核糖体的功能而不影响人体内核糖体的功能。

请设计一个模拟实验探究某种抗生素能否阻断细菌DNA和人体DNA的转录过程。

实验步骤：

第一步：

取A、B、C、D4支试管，各加入足量的ATP、核糖核苷酸、相关的酶的混合溶液；

第二步：

第三步：

预期实验结果并得出实验结论：

该实验有可能会出现             种实验结果，如果出现                    ，则说明该抗生素只阻断细菌DNA的转录，不阻断人体DNA的转录。

答案:

第二步：

向A试管滴加适量一定浓度的抗生素水溶液，B试管中滴加等量的蒸馏水，同时A、B试管中加入等量相同的细菌DNA；向C试管滴加适量一定浓度的抗生素水溶液，D组滴加等量的蒸馏水，同时C、D试管中加入等量相同的人体DNA；

第三步：

把A、B、C、D个4个试管在相同且适宜的条件下培养一段时间后，检测4支试管中有无RNA的生成。

4  A试管中无RNA生成，B试管中有RNA生成，C、D试管中均有RNA生成

解析：

该实验模拟的是转录过程，试管中要加入模板DNA、足量的ATP、核糖核苷酸、相关的酶等；本实验既要分别观察抗生素对细菌DNA和对人体DNA转录过程的影响又要设置加抗生素和加蒸馏水的空白对照，所以实验分为四组。

感谢您的阅读，祝您生活愉快。