2022届高三生物二轮复习课件：微专题——温度与触觉受体(共15张PPT)

(共15张PPT)
二轮微专题——温度与触觉受体
2021 年诺贝尔生理学或医学奖于北京时间 10 月 4 日下午 17 点 30 分公布，今年的获奖者是 David Julius 和 Ardem Patapoutian，因发现温度与触觉受体获奖。
关于2021诺贝尔
温度和触觉受体的发现
大卫·朱利叶：
【辣椒素】一种来自辣椒的刺激性化合物，可诱导灼烧感，可识别皮肤神经末梢中对热的传感器。
他们通过研究确定了人体的感官和环境之间复杂交互作用中缺失的关键环节。
阿登·帕塔普蒂安：
使用【压敏细胞】发现一类新型传感器，它们对皮肤和内脏器官的机械刺激作出反应。
研究思路：通过基因来寻找相应的蛋白质，通过基因的缺失或灭活导致相应功能的缺失，来找到具体的生命活动的承担者蛋白质——温度和触觉受体。
研究方法：假说-演绎法。从观察现象发现问题入手，科学合理地提出假说，运用假说进行演绎推理，再经过实验探索，最终找到相对应的基因和蛋白质。
1.确定对辣椒素产生敏感的基因
温度和触觉受体的发现——假说-演绎法
创建一个包含数百万个DNA片段的DNA库
要求：
①与感觉神经元中表达的基因对应。
②这些基因表达产物可以对疼痛、温度和触摸做出反应。
方法：
假设与生成对辣椒素产生反应的蛋白质所对应的DNA 片段就包含在此DNA库中。
演绎推理：若逐一搜索排除，则可确定了一个能够使细胞对辣椒素产生敏感的基因。
进一步的实验验证：
这种基因编码了一种新的离子通道蛋白，即辣椒素受体，后来被命名为TRPV1。
大卫·朱利叶
2.机械刺激如何转化为人体的触觉和压力感
温度和触觉受体的发现——假说-演绎法
①确定一种细胞系
要求：当用微量移液管戳单个细胞时，该细胞系会发出可测量的电信号。
阿登·帕塔普蒂安 团队
②假设被机械力激活的受体是离子通道
③确定候选基因：编码可能受体的72个候选基因。
④演绎推理：若逐一灭活72个基因，则可确定负责细胞机械敏感性的基因
实验验证，得出结论：
一种全新的、完全未知的机械敏感离子通道被发现：Piezo1；
用同样的方法发现：Piezo2。
【例1】2021年诺贝尔生理学或医学奖获得者阿登·帕塔普蒂安正是从人类最习以为常的感觉入手，发现了触觉受体Piezo。它由3个相同的Piezo蛋白组成"螺旋桨状"三聚体，能直接响应细胞膜上的机械力刺激并介导阳离子进人细胞。图1为Piezo的结构模式图及可能的使用机理基本示意图，下列相关叙述不正确的是
A.Piezo蛋白是一种跨膜蛋白，一定含有元素C、H、O、N
B.Piezo蛋白在核糖体上合成，不需要内质网和高尔基体的加工
C.机械力刺激导致Piezo蛋白构像改变、中央孔打开，离子内流
D.开发抑制Piezo功能的药物有望用来治疗机械超敏痛（触摸痛）
2021诺贝尔试题1
图1 Piezo的结构模式图及可能的使用机理基本示意图
【例2】TRPs通道是主要位于神经细胞膜上的离子通道。细胞内的脂质PIP2可以活化感觉神经元上的TRPs通道，使其开放后引起Ca +内流（图2），参与疼痛的信号传递。TRPs通道介导疼痛产生的机制有两种假说。
假说一∶TRPs通道开放后，内流的Ca +引起细胞膜电位变化，并以电信号形式在细胞间直接传递，直至神经中枢产生痛觉。
假说二∶TRPs通道开放后，内流的Ca 引起神经递质释放，产生兴奋并传递，直至神经中枢产生痛觉。研究PIP2对TRPs通道活性调节机制，可为临床上缓解病人疼痛提供新思路。下列对材料的分析叙述不合理的是
2021诺贝尔试题2
A.TRPs通道蛋白介导的疼痛产生过程不属于反射
B.两种假说都认为兴奋在神经元之间的传递需要神经递质的作用
C.两种假说都认为TRPs通道开放会引起下一个细胞的膜电位变化
D.可通过调节PIP2降低TRPs通道的活性，起到缓解疼痛感受的作用
【例3】γ-氨基丁酸和某种局部麻醉药在神经兴奋传递过程中的作用机理如图3所示。此种局麻药单独使用时不能通过细胞膜，如与辣椒素同时注射才会发生图4所示效果。下列分析不正确的是
2021诺贝尔试题3
A.局麻药作用于突触后膜通道，阻碍Na+外流，抑制突触后膜产生兴奋
B.局麻药和γ-氨基丁酸的作用机理不一致，前者不属于神经递质
C.γ-氨基丁酸与突触后膜的受体结合，促进Cl- 内流，抑制突触后膜产生兴奋
D.膜内外钠离子的浓度差会影响神经细胞兴奋的产生
【例4】因为存在痛觉信号的二级放大，即便是轻微的触摸或温水刺激也会感到疼痛，相关神经元之间的相互作用如图5所示。
2021诺贝尔试题4
（1）TRPV受体位于感觉神经末梢的膜上，是一种最可能让______离子进入细胞的通道，引起神经冲动的产生，而痛觉是在_________中形成。
参考答案∶（1）Na+ 大脑皮层
2021诺贝尔试题4
（2）图中的结构在生物学上称为_____________。红肿处的细胞会分泌组织胺、前列腺素等物质，加上感觉神经元分泌的肽类神经递质，会使位于_____________
（填序号）上的静默状态的TRPV活化，放大了痛觉效果；阿司匹林能_________（填"促进"或"抑制"）前列腺素的生成，从而具有能缓减疼痛的作用。
（3）在图示神经细胞A和神经细胞B中添加某种药物，刺激M，发现R的指针只发生了1次偏转，原因可能是药物______________。
参考答案∶（2）突触 ② 抑制（3）阻止了突触前膜递质的释放或阻止了突触前膜释放的递质与突触后膜受体的结合
【例5】阅读下面的文章，回答有关问题。
疼痛是一种复杂的生理和心理活动，它包括伤害性刺激作用于机体所引起的痛感觉——"痛觉"及机体对该刺激产生的一系列"痛反应"。与疼痛有关的分子、细胞及相关机制的研究是镇痛药物开发的基础。
研究表明，TRPV1是位于感觉神经末梢的非选择性阳离子通道蛋白，广泛分布于哺乳动物和人体不同组织中，它可以通过开合控制相关离子跨越细胞膜，而离子通道不断开合，电信号不断"跑位"，使神经细胞膜产生快速的电位变化，电信号就会沿着神经细胞传送到大脑。实验证明，辣椒素和43℃以上的高温都可以激活TRPV1，并打开其通道。
2021诺贝尔试题5
图6 细胞内荧光值变化的结果示意图
为研究辣椒素对TRPV1通道的作用机制，科学家对神经元首先进行荧光染剂处理，然后加入物质量浓度为1μmolL辣椒素，利用共聚焦显微成像法对细胞进行动态观察，并同步记录细胞内荧光值的变化，结果如图6所示（说明∶静息状态下，细胞外Ca2+浓度高于细胞内，此状态会抑制Na+内流。细胞内Ca2+浓度增加可导致荧光强度增加）。
2021诺贝尔试题5
研究还发现，TRPV1通道与关节炎引起的慢性炎症痛也有密切关系。图7表示白介素IⅡL-6（由多种细胞分泌的一种炎症因子）引发炎症疼痛时的分子机制（注∶GP130-JAK、P13K、AKT是参与细胞信号转导过程中的重要物质）。
2021诺贝尔试题5
TRP通道蛋白家族种类较多，TRPV1是结构、功能研宄最清楚的家族成员之一，此外，科学家还发现了与感觉相关的其他离子通道，如TRPM8则可识别低温刺激和被薄荷醇激活，与冰爽的刺痛感产生有关。可见，不同的离子通道产生的电信号不完全相同，对于大脑来说，不同电信号代表着不一样的危机。请根据上述信息,结合所学知识，回答相关问题。
图7 白介素IL-6引发炎症疼痛时的分子机制
（1）痛觉及痛反应产生的主要调节方式是____________。痛觉中枢位于_____________________中。
（2）上述关于"研究辣椒素对TRPV1通道的作用机制"的实验，若要证明"辣椒素可激活并打开TRPV1"，还需要做一个_______实验∶用荧光染剂处理神经元，不加入_________，利用共聚焦显微成像法对细胞进行动态观察，同步记录______________
的变化，并将结果与实验组作对比。
（3）请综合上述图文信息，结合所学知识，以文字和箭头方式，从细胞水平和分子水平层面阐述辣椒素刺激引起机体产生痛觉的一系列兴奋的产生、传导、传递过程。辣椒素刺激→________________________________________→产生痛觉。
（4）基于IL-6炎症因子引发疼痛的分子机制，请为研制缓解慢性炎症痛的药物提供两条思路（简要阐明即可）。
思路一∶_____________________________________________
思路二∶_____________________________________________
2021诺贝尔试题5
神经调节
大脑（或大脑皮层）
对照
辣椒素
……
（5）请运用进化观点分别从个体和种群层面分析∶痛觉会给动物带来痛苦，为什么在漫长的进化历程中，依然保留了对痛觉的感知
个体层面∶_____________________________________________
种群层面∶_____________________________________________
2021诺贝尔试题5
（5）疼痛可使动物个体对来自外界和身体内部的危机及疾病做出相应的判断，并采取保护措施减轻伤害，增加个体生存的机会
个体的生存有助于维持种群数量的稳定，利于种群的繁衍