2022屆高三生物二輪復習課件：微專題-溫度與觸覺受體

1、二輪微專題溫度與觸覺受體2021 年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎于北京時間 10 月 4 日下午 17 點 30 分公布，今年的獲獎者是 David Julius 和 Ardem Patapoutian，因發(fā)現(xiàn)溫度與觸覺受體獲獎。關于2021諾貝爾溫度和觸覺受體的發(fā)現(xiàn)大衛(wèi)朱利葉：【辣椒素】一種來自辣椒的刺激性化合物，可誘導灼燒感，可識別皮膚神經末梢中對熱的傳感器。他們通過研究確定了人體的感官和環(huán)境之間復雜交互作用中缺失的關鍵環(huán)節(jié)。阿登帕塔普蒂安：使用【壓敏細胞】發(fā)現(xiàn)一類新型傳感器，它們對皮膚和內臟器官的機械刺激作出反應。研究思路：通過基因來尋找相應的蛋白質，通過基因的缺失或滅活導致相應功能的缺失，來找

2、到具體的生命活動的承擔者蛋白質溫度和觸覺受體。研究方法：假說-演繹法。從觀察現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)問題入手，科學合理地提出假說，運用假說進行演繹推理，再經過實驗探索，最終找到相對應的基因和蛋白質。1.確定對辣椒素產生敏感的基因溫度和觸覺受體的發(fā)現(xiàn)假說-演繹法創(chuàng)建一個包含數百萬個DNA片段的DNA庫要求：與感覺神經元中表達的基因對應。這些基因表達產物可以對疼痛、溫度和觸摸做出反應。方法：假設與生成對辣椒素產生反應的蛋白質所對應的DNA 片段就包含在此DNA庫中。演繹推理：若逐一搜索排除，則可確定了一個能夠使細胞對辣椒素產生敏感的基因。進一步的實驗驗證：這種基因編碼了一種新的離子通道蛋白，即辣椒素受體，后來被命

3、名為TRPV1。大衛(wèi)朱利葉2.機械刺激如何轉化為人體的觸覺和壓力感溫度和觸覺受體的發(fā)現(xiàn)假說-演繹法確定一種細胞系要求：當用微量移液管戳單個細胞時，該細胞系會發(fā)出可測量的電信號。阿登帕塔普蒂安 團隊假設被機械力激活的受體是離子通道確定候選基因：編碼可能受體的72個候選基因。演繹推理：若逐一滅活72個基因，則可確定負責細胞機械敏感性的基因實驗驗證，得出結論：一種全新的、完全未知的機械敏感離子通道被發(fā)現(xiàn)：Piezo1；用同樣的方法發(fā)現(xiàn)：Piezo2?！纠?】2021年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎獲得者阿登帕塔普蒂安正是從人類最習以為常的感覺入手，發(fā)現(xiàn)了觸覺受體Piezo。它由3個相同的Piezo蛋白組成螺旋

4、槳狀三聚體，能直接響應細胞膜上的機械力刺激并介導陽離子進人細胞。圖1為Piezo的結構模式圖及可能的使用機理基本示意圖，下列相關敘述不正確的是A.Piezo蛋白是一種跨膜蛋白，一定含有元素C、H、O、NB.Piezo蛋白在核糖體上合成，不需要內質網和高爾基體的加工C.機械力刺激導致Piezo蛋白構像改變、中央孔打開，離子內流D.開發(fā)抑制Piezo功能的藥物有望用來治療機械超敏痛（觸摸痛）2021諾貝爾試題1圖1 Piezo的結構模式圖及可能的使用機理基本示意圖【例2】TRPs通道是主要位于神經細胞膜上的離子通道。細胞內的脂質PIP2可以活化感覺神經元上的TRPs通道，使其開放后引起Ca+內流（

5、圖2），參與疼痛的信號傳遞。TRPs通道介導疼痛產生的機制有兩種假說。假說一TRPs通道開放后，內流的Ca+引起細胞膜電位變化，并以電信號形式在細胞間直接傳遞，直至神經中樞產生痛覺。假說二TRPs通道開放后，內流的Ca引起神經遞質釋放，產生興奮并傳遞，直至神經中樞產生痛覺。研究PIP2對TRPs通道活性調節(jié)機制，可為臨床上緩解病人疼痛提供新思路。下列對材料的分析敘述不合理的是2021諾貝爾試題2A.TRPs通道蛋白介導的疼痛產生過程不屬于反射B.兩種假說都認為興奮在神經元之間的傳遞需要神經遞質的作用C.兩種假說都認為TRPs通道開放會引起下一個細胞的膜電位變化D.可通過調節(jié)PIP2降低TRPs

6、通道的活性，起到緩解疼痛感受的作用【例3】-氨基丁酸和某種局部麻醉藥在神經興奮傳遞過程中的作用機理如圖3所示。此種局麻藥單獨使用時不能通過細胞膜，如與辣椒素同時注射才會發(fā)生圖4所示效果。下列分析不正確的是2021諾貝爾試題3A.局麻藥作用于突觸后膜通道，阻礙Na+外流，抑制突觸后膜產生興奮B.局麻藥和-氨基丁酸的作用機理不一致，前者不屬于神經遞質C.-氨基丁酸與突觸后膜的受體結合，促進Cl- 內流，抑制突觸后膜產生興奮D.膜內外鈉離子的濃度差會影響神經細胞興奮的產生【例4】因為存在痛覺信號的二級放大，即便是輕微的觸摸或溫水刺激也會感到疼痛，相關神經元之間的相互作用如圖5所示。2021諾貝爾試題

7、4（1）TRPV受體位于感覺神經末梢的膜上，是一種最可能讓_離子進入細胞的通道，引起神經沖動的產生，而痛覺是在_中形成。參考答案（1）Na+ 大腦皮層 2021諾貝爾試題4（2）圖中的結構在生物學上稱為_。紅腫處的細胞會分泌組織胺、前列腺素等物質，加上感覺神經元分泌的肽類神經遞質，會使位于_（填序號）上的靜默狀態(tài)的TRPV活化，放大了痛覺效果；阿司匹林能_（填促進或抑制）前列腺素的生成，從而具有能緩減疼痛的作用。（3）在圖示神經細胞A和神經細胞B中添加某種藥物，刺激M，發(fā)現(xiàn)R的指針只發(fā)生了1次偏轉，原因可能是藥物_。參考答案（2）突觸 抑制（3）阻止了突觸前膜遞質的釋放或阻止了突觸前膜釋放的遞

8、質與突觸后膜受體的結合【例5】閱讀下面的文章，回答有關問題。疼痛是一種復雜的生理和心理活動，它包括傷害性刺激作用于機體所引起的痛感覺痛覺及機體對該刺激產生的一系列痛反應。與疼痛有關的分子、細胞及相關機制的研究是鎮(zhèn)痛藥物開發(fā)的基礎。研究表明，TRPV1是位于感覺神經末梢的非選擇性陽離子通道蛋白，廣泛分布于哺乳動物和人體不同組織中，它可以通過開合控制相關離子跨越細胞膜，而離子通道不斷開合，電信號不斷跑位，使神經細胞膜產生快速的電位變化，電信號就會沿著神經細胞傳送到大腦。實驗證明，辣椒素和43以上的高溫都可以激活TRPV1，并打開其通道。2021諾貝爾試題5圖6 細胞內熒光值變化的結果示意圖為研究辣

9、椒素對TRPV1通道的作用機制，科學家對神經元首先進行熒光染劑處理，然后加入物質量濃度為1molL辣椒素，利用共聚焦顯微成像法對細胞進行動態(tài)觀察，并同步記錄細胞內熒光值的變化，結果如圖6所示（說明靜息狀態(tài)下，細胞外Ca2+濃度高于細胞內，此狀態(tài)會抑制Na+內流。細胞內Ca2+濃度增加可導致熒光強度增加）。2021諾貝爾試題5研究還發(fā)現(xiàn)，TRPV1通道與關節(jié)炎引起的慢性炎癥痛也有密切關系。圖7表示白介素IL-6（由多種細胞分泌的一種炎癥因子）引發(fā)炎癥疼痛時的分子機制（注GP130-JAK、P13K、AKT是參與細胞信號轉導過程中的重要物質）。2021諾貝爾試題5TRP通道蛋白家族種類較多，TRP

10、V1是結構、功能研宄最清楚的家族成員之一，此外，科學家還發(fā)現(xiàn)了與感覺相關的其他離子通道，如TRPM8則可識別低溫刺激和被薄荷醇激活，與冰爽的刺痛感產生有關?？梢?，不同的離子通道產生的電信號不完全相同，對于大腦來說，不同電信號代表著不一樣的危機。請根據上述信息,結合所學知識，回答相關問題。圖7 白介素IL-6引發(fā)炎癥疼痛時的分子機制（1）痛覺及痛反應產生的主要調節(jié)方式是_。痛覺中樞位于_中。（2）上述關于研究辣椒素對TRPV1通道的作用機制的實驗，若要證明辣椒素可激活并打開TRPV1，還需要做一個_實驗用熒光染劑處理神經元，不加入_，利用共聚焦顯微成像法對細胞進行動態(tài)觀察，同步記錄_的變化，并將結果與實驗組作對比。（3）請綜合上述圖文信息，結合所學知識，以文字和箭頭方式，從細胞水平和分子水平層面闡述辣椒素刺激引起機體產生痛覺的一系列興奮的產生、傳導、傳遞過程。辣椒素刺激_產生痛覺。（4）基于IL-6炎癥因子引發(fā)疼痛的分子機制，請為研制緩解慢性炎癥痛的藥物提供兩條思路（簡要闡明即可）。思路一_思路二_2021諾貝爾試題5神經調節(jié)大腦（或大腦