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新鲜!新型冠病毒还可以这样带你复习高中生物(一)

发布于:强基计划网 发布人:百学 人气:0 发布时间:2020-02-19
摘要:同辉老刘 同辉同泰伴君行 当然是我,我的小名叫新冠状病毒(2019-nCoV),世卫组织给我起官名叫COVID-19。但我更喜欢被人叫我的昵称小粒子,因为我就是一个小小小小小的病毒颗粒呀。 首先对于延期开学,我对莘莘学子们表达深深的歉意。为了表示诚意,我来给大

  同辉老刘 同辉同泰伴君行

  当然是我,我的小名叫新冠状病毒(2019-nCoV),世卫组织给我起官名叫COVID-19。但我更喜欢被人叫我的昵称——小粒子,因为我就是一个小小小小小的病毒颗粒呀。

  

 

  首先对于延期开学,我对莘莘学子们表达深深的歉意。为了表示诚意,我来给大家奉献一堂课——小粒子带你快速学高中生物。因为从小粒子的特点,到感染人体的机制,以及和你们人类的免疫系统、药物斗争的历史,均会涉及到你们高中生物课本上的很多知识哟。

  不要忘记,在高中生物必修一,就是以我那位2003年突然爆红的兄长——SASR开篇的,在必修二、必修三中,也多处涉及了我们病毒家族呢。

  01

  病毒家族

  你们的生物书中说,除病毒以外,生物是以细胞为结构和功能的基本单位,生命活动离不开细胞。

  这句经典滴大实话,不仅说明了细胞之于生命活动的重要性,更是戳中了我小粒子的伤心处,忧桑啊,555。

  从这句话,暴露了我病毒家族的几大特点,你们可要记住了,说不定高考题中就出现了:

  病毒不具有细胞结构 这是所有生物中我们病毒独有的特点,你说介是优点呢还是缺点呢?

  病毒必须依赖活细胞才能生活悲催啊,细胞对生命是辣么地重要,可我们自己却木有,肿么办?那就只好找其他生物的活细胞了。比如HIV(人类免疫缺陷病毒)就需要感染人体免疫系统的淋巴细胞,导致了免疫力降低了,频繁地地被其他病原微生物感染,最后over了。

  病毒由蛋白质外壳和内部的遗传物质DNA或RNA构成唉!结构太简单了,DNA和RNA都属于核酸,你该知道为什么这次疫情确诊时要进行核酸检测了吧?当然,有的蛋白质外壳还有包膜,比如SASR和我,都有包膜还有刺突,别小看包膜和刺突,作用可大着呢,后面听我分解。

  体积小木法子啦!小粒子那么简单,还要钻进细胞内才能生活,不小一点儿不得行啦。多小呢?小的直径只有20nm左右,最大的可达到800nm,而我的直径60-140nm。

  

 

  为了表示诚意,我剖个腹让你看个明白。

  里面红色的就是我们的遗传物质核酸了,一种病毒的毒粒只含有一种核酸(DNA或RNA)。外面的壳体结构主要物质就是蛋白,叫壳体蛋白,是保护里面的核酸,所以啊你们人类为了杀死我总是要在我的壳蛋白上做文章(泄密了泄密了)。外面的包膜蛋白,就来自细胞的细胞膜,哈哈,这也是是我进入细胞的法宝之一了。刺突蛋白(s蛋白),这可是一把神奇的钥匙。怎么神奇,这里先卖个关子。

  这就是我小粒子,你记住了吗?

  02

  细胞那些事儿

  介绍完我自己,下面就该聊聊小粒子赖以生活的细胞了。因为细胞于我和于你的生命是一样重要的哟,当然还有高考。

  1、细胞分类

  根据高中生物必修一第一章的知识,生物的细胞有原核细胞和真核细胞,这就是细胞的多样性和统一性啊。

  真核细胞:细胞膜、细胞质和以核膜为界限的细胞核,也就是真的有核呗。

  原核细胞:有细胞膜、细胞质,但没有以核膜为界限的细胞核(只有环状的DNA分子,位于无明显边界的区域,这一区域叫拟核)。原核生物比较原始了,除了细菌,还有细胞比细菌更大的蓝藻(也称蓝细菌),也就比我们高级了那么一点点。

  2、细胞的物质组成

  为什么细胞就能表现出生命特性?为什么我们病毒要靠活细胞才能生活呢?这肯定和细胞的组成有关了,细胞都由什么组成呢?

  (1)元素

  在细胞中,元素C、H、O、N占比最多,还有P、S、K、Ca、Mg,这些属于大量元素。还有Fe、Mn、Cu、B、Mo等微量元素。

  (2)化合物

  相同的元素,可以组成不同的化合物从而具有了不同的功能和性质。因此,对于细胞来说,其实更重要的是含有哪些化合物。

  细胞的化合物组成为:

  化合物

  质量分数%

  水

  85-90%

  无机盐

  1-1.5

  蛋白质

  7-10

  脂肪

  1-2

  糖类和核酸

  1-1.5

  怎么检测这些化合物呢?这在你们的实验题可能会遇到哟。

  可以通过这些反应和现象来检测,你可要记住了:糖类中还原糖与斐林试剂反应生成砖红色沉淀,脂肪能被苏丹III染成橘黄色(或苏丹IV染成红色),蛋白质与双缩脲作用产生紫色反应。

  3、细胞膜的结构

  无论是真核细胞还是原核细胞,都有细胞膜,我要想进入细胞内,必须突破细胞膜,所以我才不关心什么真核细胞原核细胞,我更关注细胞膜的功能和结构。

  细胞膜有三个功能:(1)与外界环境分隔开,(2)控制物质进出细胞,(3)进行细胞间的信息交流(保持细胞间功能的协调)。

  下面是生物书中一个细胞膜的模型,熟悉吧,小粒子可是好好地研究了很久哟。

  

 

  细胞膜,主要由脂(50%)和蛋白(40%)组成,还有糖类(2-10%)。蛋白质在行使膜功能中起重要作用(控制运输和信息传递),所用功能越复杂的细胞膜蛋白的种类和数量越多。比如癌细胞的恶性增殖与转移与癌细胞膜的改变有关。

  磷脂双分子层构成膜的基本支架。磷脂是由甘油、脂肪酸和磷酸构成的分子,头部的磷酸亲水,尾部脂肪酸疏水(亲水和疏水性质很重要哟),磷脂双分子层是具有流动性的流体。蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层表面,有的部分或全部嵌入磷脂双分子层,有的横跨整个磷脂双分子层。

  细胞膜的外表面,有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白(叫糖被)。动物细胞表面糖类蛋白有识别作用(这点儿非常重要哟),消化道和呼吸道上皮细胞表面的糖蛋白还有保护和润滑的作用。除糖蛋白外,细胞膜表面还有糖类和脂质分子结合成的糖脂。

  4、细胞膜的跨膜运输

  研究了细胞膜的结构和组成,下面就该研究物质都可以采用什么方式进出细胞膜了,也就是跨膜运输,这对我们病毒来说决定着以什么方向进入细胞内,和复制完成后释放到细胞外。

  根据我查阅你们生物书的结果,物质的跨膜运输有根据顺梯度还是逆梯度,分成了被动运输和主动运输两大类方式:

  (1)被动运输

  被动运输的特点是:不消费能量,但需要溶质在细胞膜的两边有浓度差,且溶质是从高浓度一侧向低浓度一侧运输,即顺梯度的扩散。

  被动运输又分成两种方式:

  自由扩散式:水分子、氧、二氧化碳等不带电的小极性分子和疏水性分子可以自由通过细胞膜,叫自由扩散。利用这种方式,可以用水把细胞膜撑裂得到实验用的细胞膜哟。

  协助扩散式:离子和葡萄糖、氨基酸等大一些的分子,是通过镶嵌在膜上的特殊蛋白(如通道蛋白、载体蛋白)的协助,实现顺浓度梯度的跨膜运输,叫协助扩散。

  (2)主动运输

  特点是:可以从低浓度一侧向高浓度一侧运输,即逆剃度的运输,主动运输需要载体蛋白参与和消耗能量。这种方式能够主动选择性吸收所需要的营养物质,排出废物和有害的物质。用于离子、小分子的特异性跨膜运输。

  

 

  比如Na+、K+和Ca2+等离子的跨膜运输,就是这种方式。

  小粒子经过研究,上面这几种跨膜运输,并不适合于我这样大小的毒粒,所以啊还得寻找其他途径。

  (3)胞吞和胞吐

  对于不能通过载体蛋白协助跨膜转运的蛋白质等大分子(这是重点,我的外壳也属于蛋白质哟)、细菌、细胞碎片等,首先大分子附着(这是重点)在细胞膜表面,细胞膜内陷形成小囊包围着大分子,然后小囊从细胞膜上分离下来形成囊泡,进入细膜内部,叫胞吞,反之就胞吐。又可分为受体介导的胞吞和非特异性胞吞如巨噬细胞。

  

 

  胞吞

  (4)膜融合

  这也是我们病毒毒粒进入细胞的另一种方式,依靠毒粒的包膜与细胞质膜的融合(我也是有包膜的哟),病毒的内部组分释放到细胞质中。这就是生物教材中说的“其他运输方式”吧。

  03

  小粒子怎么感染

  你们人类常说,知彼知己百战不殆。

  真的是太正确了,在我了解了我的特点,和生物细胞的特点和跨膜运输后,我大体知晓了我有可能采取的进入你们人类细胞的方式。

  我们病毒要感染你们人类和进行复制增殖,就需这样几个过程:吸附——侵入——脱壳——大分子合成——组装——释放。

  噬菌体病毒是通过注入的方式把遗传物质注入细胞内,蛋白质壳被脱在细胞外。但我们大多数病毒不具有这样的能力,通常是毒粒整体进入后,再脱壳。

  要侵入人体细胞,就不能仅仅研究细胞膜本身了,还要研究你们整个人体环境。打仗就要有军事地图,我们和你们人类的战争,无疑就是我们要攻你们的城略你们的地。

  有幸的是,我获得了一张你们人类的城防图,就是下面你们生物必修三第一章的这张图。

  

 

  这是一张非常详细的城防图,外面这一圈黄色的方框,就是你们的防御城墙——致密的皮肤,修建得非常坚固,这是你们的第一道防御,重点就是用来对付我们病毒、细菌之类异族的。第二道和第三道防御,咱后面再一一道来。

  城墙如果完好,我们是溜不进去的。除非城墙出现缺口(皮肤伤口),比如狂犬病毒就要随着狗咬伤人类皮肤后趁机从伤口溜入,登革热病毒就要靠蚁子刺破你们的皮肤。但那样的话,对我来说机会就太少了。因此,我需要寻找你们城防破绽。

  听你们人类说知识改变命运,所以我要研究你们人类的知识。生物必修三第一章就说:所有的生命系统都与环境之间不断地进行物质和能量的交换。这给了我极大地启发,你们人体不是一座孤城,要活着必然要从外界获得食物、水份和空气,并排出废物,就有双向进出的城门和单向的排污系统,这就是城防的薄弱环节。

  我仔细研究上面这幅城防图,哈哈,果然,我还真找到了这样的城门和排污口:吸入氧和排出二氧化碳的呼吸系统有出入口,摄入食物、水和无机盐并排出未被吸收的物质的消化系统有出入口,排出有机废物、水和无机盐的泌尿系统有出口。这个发现,我简直太聪明了,给自己一百个赞要不要。

  更可喜的是,经过派侦察兵潜入侦察,小粒子发现人体呼吸系统和消化系统黏膜的ACE2蛋白居然是我的刺突糖蛋白的受体,这就是找到了开门的钥匙啊,狂喜,真是谢天谢地!有了这把钥匙,我就可以完成感染的第一步——吸附。

  在这几个通道中,除了黏膜这个因素外,哪个通道更容易进入呢?据我观察发现,呼吸系统不仅是敞开滴,还不停地有气流频繁地进进出出,这特别有利于我族以大部队的方式随气流溜进去。而排污系统,多数是关闭滴,还是单向出而不利于入。所以,呼吸系统即利于大军深入,又利于排出传播,要选。

  

 

  病毒吸附蛋白与细胞受体间的结合力来源于蛋白空间结构的互补性,依靠相互间的电荷、氢键、疏水性相互作用和范德华力(不懂,去高中化学找答案吧),互补性决定了吸附的特异性。但一个病毒吸附蛋白与一个受体蛋白的结合并不紧密,是可逆的,当毒粒上的多个位点与细胞的多个受体结合时,就可能发生不可逆的结合。

  而恰恰,有人研究表明在人类呼吸道黏膜中,下呼吸道黏膜上ACE2受体含量要比上呼吸道多,所以我们可以大量进攻下呼吸道,牢牢地吸附在上面,不仅有利于侵入细胞内部,并且也不会轻易被你们咳嗽从肺里咳出来,所以你们只能干咳,也不易从咽拭子检测到我们的核酸。

  吸附只是完成了第一步,我们必须把我们的带有遗传信息的遗传物质DNA或RNA注入人类细胞内,才能借用你们细胞内的物质、能量和酶完成复制。所以,在吸附后摆在我面前的就是,如何把我们的遗传物质注入你们的黏膜上皮细胞内。

  病毒进入细胞有哪些机制呢?由于我有包膜和刺突,因此理论上我既存在着胞吞(破译了你们的密码骗过了检查)途径也有直接膜融合途径的哟。至于究竟是哪一种,暂时对你们人类保密,毕竟这一点儿是你们研究抑制药物的根据之一。

  注:怎么通过“大分子合成——组装——释放”来学习生物其他知识,请听小粒子下回分解。

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