分泌蛋白合成和運輸實驗的模擬王海霞;梁強【摘要】帕拉德及其同事用同位素示蹤技術(shù)研究分泌蛋白合成和運輸過程的實驗,是生物學史上最精彩的實驗之一,也是歷年高考重點考查的內(nèi)容之一.詳細介紹了該實驗的模擬過程，并對實驗結(jié)果進行定量分析,加深學生對教材內(nèi)容的理解，有利于培養(yǎng)學生的理性思維，有效提升生物學科核心素養(yǎng).【期刊名稱】《生物學通報》【年(卷)，期】2018(053)011【總頁數(shù)】3頁(P41-43)【關(guān)鍵詞】細胞固定;分泌小泡;放射性顆粒數(shù)百分比【作者】王海霞;梁強【作者單位】山東省聊城市高中教學研究室山東聊城252000;山東省陽谷縣第中學山東聊城252300【正文語種】中文【中圖分類】Q-33帕拉德及其同事設(shè)計的分泌蛋白的合成和運輸實驗，將對細胞結(jié)構(gòu)和功能的靜態(tài)描述引向動態(tài)研究，是生物學史上最精彩的實驗之一。人教版教材以資料分析的形式對該實驗進行了介紹，旨在以分泌蛋白的合成和運輸為例說明細胞器之間的協(xié)調(diào)配合。因此以分泌蛋白為背景，考查不同細胞器的結(jié)構(gòu)和功能也就成為高考的重要考點，近10年高考中全國或部分省市幾乎每年都對這一內(nèi)容進行考查，2007年全國新課標I卷第5題，以曲線圖的形式很好地考查了學生的理性思維。原題如下：圖1表示用3H-亮氨酸標記細胞內(nèi)的分泌蛋白，追蹤不同時間具有放射性的分泌蛋白顆粒在細胞內(nèi)分布情況和運輸過程。其中正確的是（C）。圖1然而本題的正答率卻很低，學生出錯原因主要是：1）不能正確理解縱坐標放射性顆粒數(shù)百分比的含義。2）對分泌小泡的誤解，將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)產(chǎn)生的囊泡也誤認為是分泌小泡，結(jié)果錯選A。因為人教版教材沒有明確界定分泌小泡的概念，因此很多教師對此題持有異議，甚至對這部分知識的教學也產(chǎn)生了疑問。此外，在學習分泌蛋白合成和運輸內(nèi)容時，教師經(jīng)常會用動畫演示細胞內(nèi)的微觀變化，無形之中使學生產(chǎn)生錯覺，認為實驗中觀察到的細胞仍然是活細胞，為了更好地理解本部分內(nèi)容，筆者設(shè)計了帕拉德經(jīng)典實驗的簡單模擬實驗，在教學中取得了很好效果。首先補充帕拉德經(jīng)典實驗的具體過程：1）將豚鼠的胰腺腺泡細胞放入含3H-亮氨酸的培養(yǎng)液中短期培養(yǎng)3min，從中取少量的細胞固定（使細胞迅速死亡，但仍保持原有形態(tài)結(jié)構(gòu)的一種技術(shù)）后，通過一定的技術(shù)（制成超薄切片，使用對射線敏感的感光乳劑曝光，顯影后，在顯微鏡下觀察）可以檢測到放射性蛋白質(zhì)的位置。2）將培養(yǎng)3min的細胞轉(zhuǎn)入不含3H-亮氨酸的培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)。定時取少量細胞進行檢測即可追蹤蛋白質(zhì)的運輸路徑。然后進行模擬實驗：假定每個學生代表一個胰腺腺泡細胞，假設(shè)在3H-亮氨酸的培養(yǎng)液中培養(yǎng)3min,此時發(fā)給學生每人一張圖片（圖2）。第3min時胰腺腺泡細胞即圖2狀態(tài)，教師任選一位學生收回他的圖片，表示他代表的胰腺腺泡細胞被固定并用作檢測放射性蛋白質(zhì)的位置，檢測結(jié)果為：放射性蛋白質(zhì)（圖中?）全部分布在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中。然后據(jù)圖介紹分泌小泡：分泌小泡是按照功能命名的名詞，細胞在合成分泌蛋白時，高爾基體產(chǎn)生的向細胞膜運動的囊泡是分泌小泡（摘自百度百科），內(nèi)質(zhì)網(wǎng)產(chǎn)生的囊泡由于未把產(chǎn)物運輸分泌到細胞外所以不是分泌小泡。接著假設(shè)：將其余學生代表的胰腺腺泡細胞轉(zhuǎn)入不含3H-亮氨酸的培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)到第10min，此時發(fā)給學生第2張圖片（見圖3）:圖3第10min時胰腺腺泡細胞即圖3狀態(tài)，教師再選一位學生收回他的圖片，表示他代表的胰腺腺泡細胞被固定并用作檢測，檢測結(jié)果為：放射性蛋白質(zhì)已轉(zhuǎn)運到囊泡和高爾基體，核糖體新合成的蛋白質(zhì)無放射性，原因是培養(yǎng)液中的亮氨酸沒有放射性。與上相同，第20min、30min、40min時，教師從第3、4、5位學生手中收回另3張圖片（見圖4、圖5、圖6,最好讓學生自己將圖中放射性蛋白質(zhì)涂黑）。將圖2~圖6放在一起連續(xù)觀察，即可發(fā)現(xiàn)放射性蛋白質(zhì)的運輸路徑：附著核糖體的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)一囊泡一高爾基體一分泌小泡—細胞外。因為觀察到的細胞已被固定殺死，這一結(jié)論是連續(xù)觀察不同細胞而得出的。圖4圖5隨后對實驗結(jié)果進行定量分析：放射性強度可以用放射性顆粒數(shù)（圖中?）的百分比表示：放射性顆粒數(shù)的百分比=某細胞結(jié)構(gòu)中的放射性顆粒數(shù)/整個細胞中的放射性顆粒數(shù)X100%。要求學生分別計算內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、分泌小泡在第3min、10min、20min、30min、40min時的放射性顆粒數(shù)百分比，填入下表：表1?根據(jù)數(shù)據(jù)，在坐標中畫出平滑曲線，結(jié)果如圖7。圖7要求學生進一步思考：如果其他條件保持不變，增加模型中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體囊腔及核糖體的數(shù)量(圖8，摘自網(wǎng)絡(luò))。那么，曲線降為零的時間是不變還是延后?圖8答案：因蛋白質(zhì)的運輸路徑變長，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體停留的時間也就延長，曲線降為零的時間要延后。接著提供實驗的實際結(jié)果，見圖9(摘自網(wǎng)絡(luò)，略改動)。圖9由圖可以看出:在前3min的放射性培養(yǎng)中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中放射性蛋白質(zhì)的數(shù)量逐漸增多，但是它們沒有釋放到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)之外，所以內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的放射性顆粒數(shù)的百分比一直是100%。17min時放射性蛋白質(zhì)主要集中在高爾基體，117min時主要分布在細胞膜內(nèi)、夕卜兩側(cè)，這就是教材實驗結(jié)果的由來。通過上述模擬實驗，學生親身體驗了分泌蛋白的合成和運輸過程，對教材實驗有了更深的理解，真正做到了知其然，而且做到了知其所以然；同時訓練了學生采集、處理數(shù)據(jù)并用曲線表達實驗結(jié)果的技能，有效地提升了生物學科核心素養(yǎng)。主要參考文