高中生物学知识中的“识别”机制集录

高中生物学知识中的“识别”机制集录

高中生物学知识中有多处涉及到生物的"识别"问题，而"识别"

的机制又不尽相同，本文将这些"识别"机制梳理如下。

1依赖于受体蛋白进行识别

1.1淋巴细胞识别抗原

人体的全部细胞的细胞膜上都有"主要组织相容性复合体"

(MHC)的分子标志,它是一种特异的糖蛋白分子，是在胚胎发育过

程中产生的。每一个人的MHC都是不同的，而个人的免疫系统能认识

这些自身的身份标签，在正常情况下不会攻击带有这些标签的自身细

胞。病毒、病菌和其他的致病因子在其表面也带有表明它们特殊身份

的分子标志。当一个入侵者所携带的“非己"标志被识别后，B淋巴细

胞和T淋巴细胞受到刺激，便开始反复分裂，同时分化成为不同的群

体，以不同的方式对入侵者作出反应。一部分成为效应细胞与入侵者

作战并将其消灭掉；另一部分分化成为记忆细胞进入静止期，待以后

对同一类型的入侵者的再次入侵作出快速反应。

1.2植物的精子识别卵细胞

1898年，俄国植物胚胎学家纳瓦申研究了头巾百合和贝母的受精

作用，发现了一个精子与卵细胞融合，另一个精子与两个极核融合的

现象。这是世界上发现最早的绿色植物的双受精现象。成熟的花粉落

在雌蕊的柱头上能否萌发，花粉管能否生长并通过花柱组织进入胚囊

受精，除了需要适宜的环境条件外，还取决于花粉与柱头的亲和性和

识别反应。自然条件下，任何一种植物开花时，都会有各种花粉落在

柱头上，但大多数植物只能接受同种植物的花粉，这就是柱头与花粉

之间的相互识别。在不亲和的植物中，两者之间是相互排斥的。两者

识别的物质基础是蛋白质，花粉上的外壁蛋白(识别蛋白)是糖蛋白，

而柱头的识别蛋白是柱头乳突表面的亲水性蛋白质膜，具有一定的粘

性。当亲和花粉落在柱头上时，花粉就释放出外壁糖蛋白并扩散入柱

头表面，与柱头表面蛋白质膜相互识别，认可后花粉便吸水萌发，使

花粉管伸长并穿过柱头，沿花柱引导组织生长并进入胚囊受精。如果

是不亲和的花粉则不能相互识别，花粉不能萌发或花粉管生长受阻，

或花粉管破裂，或柱头乳突细胞产生月并脏质阻碍花粉穿过柱头。

1.3靶细胞识别激素

在动物体内，每一类细胞都有独特的受体蛋白，它们能使细胞识

别相应的信号分子并引起相应的反应。这些信号分子有多肽、蛋白质、

糖蛋白、固醇以及脂肪酸的衍生物等。能够识别这些信号分子的是具

有独特受体的靶细胞。

激素通过血液的传送到达相应的靶细胞，以调节细胞的各项生理

活动。不同的靶细胞可以识别不同的激素，比如，胰岛素的靶细胞可

以是肝细胞、骨骼肌和脂肪细胞；胰高血糖素的靶细胞是肝细胞；而

甲状腺激素的靶细胞则是全身的组织细胞；促甲状腺激素的靶细胞是

甲状腺细胞；黄体生成素的靶细胞是卵巢或睾丸的间隙细胞。黑色细

胞刺激素的靶细胞是上皮色素细胞等等。

1.4神经元识别神经递质

突触是神经元与神经元之间或神经元与效应器之间、神经元与感

受器细胞之间特化的接触区域。神经元通过突触才能把信息传递到另

一个神经元或效应器。大多数突触都是一个神经元的轴突与另一个神

经元树突或胞体接触，人体神经系统内大部分突触是依靠化学物质一

神经递质进行的传递，称作化学突触。化学突触包括突触前部、突触

后部和突触间隙三个部分，突触前部有密集的突触小泡和突触前膜。

小泡有清亮的，也有含颗粒的，或者在同一突触前部内同时含有两种

小泡。小泡内含高浓度的神经递质（如乙酸胆碱和去甲肾上腺素等），

当神经冲动沿轴突传到突触前部时，此处小泡的神经递质被释放到突

触间隙（约为30~50nm），作用于突触后膜，使突触后膜上受体蛋

白或离子通道构型发生改变，使电位变化而产生神经冲动。这种化学

传递方式决定了冲动传导方向：上一个神经元的轴突一下一个神经元

的树突或细胞体。

2依赖于红细胞膜中糖基的结构进行识别

红细胞衰老死亡后在脾脏中被吞噬，那么吞噬细胞对衰老的红细

胞是如何识别的呢？红细胞膜上的糖蛋白中的糖基一方面决定着血型，

另一方面也决定着红细胞的寿命。血型糖蛋白含有大量的唾液酸，糖

链末端唾液酸的存在状况与红细胞的寿命相关，是被吞噬的信号。通

过处理，除去红细胞中的唾液酸，然后将这种红细胞重新注入原来的

动物体内，发现注入的红细胞很快在脾脏中被吞噬，而没有除去唾液

酸的红细胞则安然无恙。是什么原因呢？这是因为唾液酸被除去之后，

暴露出来的半乳糖残基便是红细胞衰老的标记，从而被脾脏细胞识别。

这个实验说明，糖基在细胞识别中的重要作用。

3依赖于碱基互补配对进行识别

在基因控制蛋白质合成过程中，一般需要通过转录和翻译两个过

程得以实现。转录是以DNA分子的一条链为模板合成mRNA的过程。

翻译是指以mRNA为模板，按照碱基互补配对的原则，合成具有一定

氨基酸顺序的多肽链的过程。mRNA在细胞核中形成后，通过核孔复

合体进入细胞质与核糖体结合。按照mRNA上密码子的指令，通过

tRNA一端的3个反三联体密码子，与mRNA上的密码子通过碱基互

补配对原则进行识别，识别后将转运的氨基酸留在核糖体上用于合成

多肽。这种密码子与反密码子之间的识别是依赖于碱基互补配对来得

以实现的。

4依赖于特定的碱基序列进行识别

限制性核酸内切酶被称为基因工程中的剪刀，一种限制性核酸内

切酶只能识别一种特定的脱氧核甘酸序列，并且能在特定的切点上切

割DNA分子。例如，从大肠杆菌中发现的EcoRI限制性核酸内切酶

只能识别GAATTC序列，并在G和A之间将这段序列切开。目前己经

发现限制性核酸内切酶的种类超过200种，它们的切点各不相同。因

此，限制性核酸内切酶具有专一性和种的特异性。

5依赖于特定底物的结构进行识别

例如，酶与底物之间的识别。这是通过酶对于底物的化学结构和

空间构型来进行识别的。一种酶只作用于一种底物产生一定的反应，

称为绝对专一性，如腺酶，只能催化尿素水解成NH3和C02,而不能

催化甲基尿素水解。一种酶可作用于一类化合物或一种化学键，这种

不太严格的专一性称为相对专一性。如脂肪酶不仅水解脂肪，而且也

能水解简单的酯类；磷酸酶对一般的磷酸酯都有催化作用，无论是甘

油的还是一元醇或酚的磷酸酯均可被其水解。一种酶对底物的立体构

型的特异有着严格的要求，称为立体异构专一性。如a-淀粉酶只能水

解淀粉中a-L4-糖苜键，不能水解纤维素中的P-1,4-糖昔键；L-乳

酸脱氢酶的底物只能是L型乳酸，而不能是D型乳酸。以上是通过酶

与底物结构之间的"和谐性”来进行识别的。

6依赖于生物特有的"通讯密码"识别

例如，同种昆虫对外激素的识别。在昆虫外激素中，最重要的是

性外激素。昆虫的性外激素大多数是小分子的有机化合物，而且常常

是几种化合物组成的混合物，每种昆虫都有自己专用的通讯密码。

由昆虫体表分泌到体外的一类挥发性的化学活性物质，直接散布

于空气中、水中或其他媒介物上，可作为化学信号影响或控制同种的

另一个体产生反应。昆虫外激素有多种，但作用不同。目前研究最多

的是性外激素（性信息素），一般为雌虫分泌的化学物质，引诱雄虫

前来交尾。如舞毒蛾和蚕蛾的分泌腺在腹部末端、玉米螟在腹部背面

第8、9腹节之间，科学家对这类雌虫的分泌物进行分离和鉴定，进一

步进行人工合成。我国己合成多种性引诱剂，诱杀雄虫或干扰其正常

交尾，以达到杀灭害虫的目的。其他外激素还有蜜蜂、白蚁分泌的追

踪外激素，其作用是促进相互追随，保持群体不失散和不迷失方向。

聚集外激素的作用是聚集本群昆虫，维持群体生存和活动。如蜂王分

泌蜂王