《分子与细胞》教材中几个常见问题析疑

青岛市城阳教研室　赵风鹰

我们平日教学中经常对一些问题感到疑惑，笔者通过查阅一些资料，对几个人教版高中生物必修1教材中的常见问题进行探讨。不当之处，请指正。

 

1.碱性染料和酸性染料

 

观察根尖细胞的有丝分裂实验中对染色质(体)进行染色，须使用龙胆紫溶液或醋酸洋红溶液等碱性染料，这些染料是以龙胆紫或洋红溶解于醋酸溶液中制得，配制后的龙胆紫溶液pH值约小于7(呈酸性)。那么为什么把龙胆紫溶液称为碱性染料呢?

 

作为染料必须具备两个条件：一是具有颜色；二是要与被染组织间有亲和力。染料的颜色和它与组织间的亲和力是由染料本身的分子结构决定的，产生颜色的发色基团和与组织间产生亲和力的助色基团共同决定了染料的染色性质。作为染料物质，除了有发色基团外，还需要有一种使化合物发生电离作用的助色基团。如染料化合物中往往由硝基(-NO2)、偶氮基(-N=N-)、乙烯基等形成了发色基团，而由-OH、-SO₃H、-COOH等酸性基团和-NH2、-NHCH3、-N(CH3)2等碱性基团构成了助色基团。它们的存在使染料物质离子化，极性增强，促进染料与组织间发生作用，产生染色效果。我们把助色基团中具有酸性或碱性基团的染料分别称为酸性或碱性染料。　　　　　　　　　　　　　　　

 

所以，酸性(碱性)染料的界定并非由染料溶液的pH值决定的，而是根据染料物质中助色基团电离后所带的电荷来决定。一般来说，助色基团带正电荷的染料为碱性染料，反之则为酸性染料。碱性染料pH不一定大于7，酸性染料pH不一定小于7。

 

2.水分子通过细胞膜的方式

 

人教版必修1教材P₇₀指出：水分子进出细胞是自由扩散，教材P₇₄科学前沿介绍了水通道蛋白。

 

有些老师会感到疑问：水分子到底是哪种方式通过细胞膜的？

 

具有极性的水分子非常小，可以通过脂膜运动产生的间隙以自由扩散方式通过细胞膜。但某些细胞在低渗溶液中对水的通透性很高, 很难以简单扩散来解释。如将红细胞移入低渗溶液后，很快吸水膨胀而溶血，而水生动物的卵母细胞在低渗溶液不膨胀。因此，人们推测水的跨膜转运除了简单扩散外, 还存在某种特殊的机制, 并提出了水通道的概念。1988年在人体细胞中发现了一种存在生物膜上的分子量为28000的具有通透水分功能的内在蛋白被称为水通道蛋白(water channel protein)或称为水孔蛋白。其作用是通过减小水越膜运动的阻力而使细胞间水分迁移的速率加快。

 

水通道并不是在所有的细胞膜都有存在。目前在人类细胞中已发现的此类蛋白至少有11种，被命名为水通道蛋白（Aquaporin，AQP），均具有选择性的让水分子通过的特性。在动物中如肾脏、眼睛、脑中都存在水通道。在实验植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）中已发现35个这类水通道。

 

因此，水通过细胞膜有2种方式：没有水通道存在的时候，以自由扩散通过；在有水通道存在的时候，由于通过水通道要比通过磷脂的速率快得多，所以主要以协助扩散方式通过细胞膜。

 

3.离子通过细胞膜的方式

 

有的老师对学生强调：离子通过细胞膜的方式都是主动运输。其实离子可以通过主动运输进出细胞膜，也可以通过离子通道进行协助扩散进出细胞膜。比如Na+和K+出入细胞的方式。正常情况下细胞膜外钠离子浓度高于膜内；膜内钾离子浓度高于膜外。Na+通过神经细胞膜内流是顺浓度梯度经过离子通道的协助扩散，外流是逆浓度梯度经过钾-钠泵的主动运输；K+内流是逆浓度梯度经过钾-钠泵的主动运输，外流是顺浓度梯度经过离子通道的协助扩散。

 

4.健那绿染液的染色原理及进入细胞的方式

   

 线粒体的鉴定用健那绿活染法。健那绿毒性很小，属于碱性染料，解离后带正电，由电性吸引堆积在线粒体膜上。线粒体中细胞色素氧化酶使染料保持氧化状态(即有色状态)呈蓝绿色而使线粒体显色，而在周围的细胞质中染料被还原,成为无色状态。健那绿属含吩嗪结构类染料，具有脂溶性，应该是通过自由扩散的方式进入细胞和线粒体。

 

5.光合作用中哪些过程不需要酶的参与？

 

暗反应过程中二氧化碳的固定和还原都需要酶，光反应阶段ATP的合成需要酶，水的光解过程中，色素获取光能并激发高能电子无需酶的催化，但是其余的变化是需要酶的。

 

6.人体内的酶都是蛋白质吗？

 

20世纪90年代初，H．F．Noller等证明大肠杆菌的核糖体能够催化肽键的形成，证明核糖体是一种核酶。核糖体由蛋白质和rRNA组成，进一步研究发现催化肽键合成的是rRNA，蛋白质只是维持rRNA构象，起辅助的作用。这样看核糖体中rRNA就是一种核酶，这个参与蛋白质的合成过程十分普遍，因此人体内的酶既有蛋白质，也有RNA。