舍恩海默的氮同位素實驗

舍恩海默的氮同位素實驗

背景

- 已知蛋白質並不會貯存於體內，多餘的氨基酸會經肝臟處理，形成尿素，經尿液排出。為了證實這說法，舍恩海默(Schoenheimer, Rudolf)於廿十世紀進行了以下實驗。

他使用了含重氮的亮胺酸(Leucine)(一種必需氨基酸)，餵飼成年老鼠連續三天，然後解剖老鼠，分析重氮在老鼠不同組織、器官、排泄物(糞便及尿液)的份量。結果如下:

組織、器官或排泄物	重氮佔百分比
尿液	27.4%
糞便	2.2%
構成身體的蛋白質	56.5

而身體蛋白質佔較多的組織或器官是: 腸壁(instestinal wall)、腎臟(kidney)、脾臟(spleen)、肝臟(liver)、血液中血清(serum)

進一步分析後，發現組織中除了亮胺酸含有重氮外，有三種非必需的氨基酸也含有重氮，包括: 甘胺酸(glycine)、酪胺酸(tyrosine)、麩胺酸(glutamic acid)。

如三天後，餵飼回正常的亮胺酸的話，則一切回後正常。組織及器官中並沒發現有重氮。

問題:

1. 這實驗的原理是甚麼?

2. 試描述這實驗的結果。

3. 根據這實驗的結果，可得出甚麼結論?

機制說明--酶的運作

例子題目: 說明於不同溫度下酶的活性

建議答法:

- 於較低溫度時，酶的活性較低，

- 隨著溫度上升，酶分子及受質分子的動能增加，

- 互相碰撞的機率增加，活性上升

- 直至溫度到達最適溫度時，活性呈最高的狀況，

- 超過最適溫度的話，酶分子會變性(活性部位受到破壞)，

- 部份酶分子無法與受質結合，酶的活性會下降。

機制說明--遺傳學特徵推理

顯性或隱性的推理

(1) 根據以下譜系，說明哪一特徵屬顯性?

建議答法

- 患糖尿病特徵屬顯性。(先答結論)
- 個體(4)屬正常，因此必定攜帶至少一個引致正常的等位基因，(說明選擇了哪一個體)
- 由於下一代的等位基因必定來自上一代，(並不僅來自附圖資料)
- 個體(1)及個體(2)是個體(4)的親代，(來自附圖，不一定有分)
- 個體(1)或個體(2)至少一個攜帶一個引致正常的等位基因。
- 但個體(1)及(2)皆患糖尿病，(來自附圖)
- 代表引致糖尿病的等位基因壓抑引致正常的等位基因的表現。
- 壓抑另一等位基因表現的特徵屬顯性，因此引致糖尿病特徵屬顯性。

注意: 
- 以上的答法是從下而上的，較適合作邏輯推理。
- 如答案的寫法祇來自附圖可直接觀察的描述的話，一般是不給予分數的。


基因型的推論

(2) 豌豆長莖的等位基因(T)相對於短莖(t)呈顯性。一株長莖的母株與一株短莖的母株雜交後，其子代有92株長莖及106株短莖植物。試說明長莖母株的基因型。

 建議答法

- 子代的長莖與短莖植物呈 1:1的比例。(注意，子代數量夠多才能用這方式)
- 根據孟德爾的遺傳定律，
- 親代應是一個是純合型，另一是雜合型，
- 已知長莖屬顯性(題目所示)，即短莖是隱性 (推理出來)
- 因此短莖應是純合隱性(tt)，而長莖則是雜合型(Tt)

或(不用比例作答)

- 已知長莖屬顯性(題目所示)，即短莖是隱性 (推理出來)
- 因此短莖的母株及子代短莖應是純合隱性的(即tt)，
- 短莖子代的等代基因分別來自兩個親代，
- 短莖子代的其中一個引致短莖的等位基因必來自長莖的母株。
- 因此長莖的母株必定攜帶有一個引致短莖的等位基因(t)，
- 長莖的母株亦應攜帶一個引致長莖的等位基因(T)，
- 因此長莖母株的基因型是雜合顯性(即 Tt)

機制說明--散熱機制

 

例子題目: 說明人類於桑拿浴室(極潮濕及溫度高的)內的散熱機制

建議答法:

 

由於桑拿浴室的溫度高於人體體溫，(先比較體溫與外界溫度)

身體無法藉傳導、對流及輻射方式散失體內的熱能，(身體內的熱能仍是過多的，需要向外散失)

身體會分泌較多汗液，熱能藉水分的流失而散失。

汗液於身體表面蒸發，從而散失體內的熱能。

但如外界相關濕度是100%的話，身體表面的水分將無法蒸發，熱能會不斷積聚身體。

機制說明--演化機制

例子題目: 說明濫用抗生素引致抗藥性細菌快速出現的機制。

建議答法:

 

不同的細菌會出現變異，(無論環境因素怎樣，變異也一樣會出現)

所有的細菌皆會過度繁殖，

細菌間出現競爭，(競爭資源，例如空間、養料等)

無法抵抗抗生素的細菌會被殺死，(自然篩選)

剩下具抗藥性的細菌便能快速地繁殖。(因為抗生素無法殺死這些細菌)

抗藥性細菌會較易出現。