素材：用高中知识来理解今年的诺贝尔奖.docx

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1、用高中知识来理解今年的诺贝尔奖首先今年的主线应该是温度感受器的分子机制的发现，因为两位诺贝尔奖得主都有参与，而压力感受器应为支线，只有Patapoutian参与。主线温度感受器 温度的感觉是一种神经反射，感觉是在大脑皮层里产生的（这里是重点，考试易错点），而最初则是感受器首先产生的神经冲动的传导，反射的基础则是反射弧，中学生物书反射弧概念是：感受器-传入神经-神经中枢-传出神经-效应器，如下图：而其中体温调节也是相当的重要的，其中温觉感受器和冷觉感受器也是非常重要的，如下图：当然很多同学对于为什么要区分冷觉和温觉感受器多少有一些迷惑，而今年诺贝尔则很好的说明了，冷觉和温觉感受器它们两个并不是一

2、回事，或者说是作用的结构和机制是不同的：热觉（温觉）与辣椒 辣椒让人发热，这是自从辣椒发现就众所周知的。可是辣椒为什么会让人发热呢？早期科学家发现：辣椒发热，并不是味觉，而是痛觉，这种痛觉会让人体发热。但是，辣椒并不是像针刺那样明显会刺激到我们的神经。人体到底是如何感受到辣椒这种痛觉呢？于是加州大学旧金山分校的David Julius决定去探究一下辣椒到底是怎么让人感受到疼痛的。当然，辣椒不能整个的被用于直接研究，他们选择用辣椒里的关键成分：辣椒素进行研究。而这个时候，一个问题又出现了：很多细胞是没有“痛觉”的，你必须选择能够感受“痛觉”的细胞，最终，他们找到了感觉神经元，这是一种专门用来感知

3、的神经元。接下来，就是研究到底辣椒素是如何让感觉神经元识别的。这就涉及到了基因。人体中的基因太多了，想确定到底是什么基因发挥作用太难了，于是他们决定采用“大数据”来筛选。这里的“大数据”是生物学上的基因文库，就是包含了数百万基因片段的一个混合体。然后他们把这些片段对应的基因在感觉神经元中表达，也就是让这些基因发挥作用。接下来就看哪个基因可以对辣椒素有反应了。经过一系列尝试，科学家最终发现了一个可以对辣椒素有反应的基因，这是一个新的发现，最后命名为TRPV1，这也是一个新鉴定出来的离子通道蛋白基因。而值得一提的是，这个痛觉受体，竟然是和温度有关，相当于一个顶俩，这就有意思了。这就解释了为什么吃辣

4、椒感觉又热又痛的原因了：我们吃下辣椒，辣椒里面的辣椒素可以引发人体的TRPV1来触动痛觉，而这种痛觉还和热觉有关，所以就有了又热又痛的感觉了。当然有的同学还会问那么热的时候会不会也感觉到痛呢？关于这个问题可以自己进行脑补。冷觉感受器与薄荷当科学家已经意外的知道了热觉的产生机制，自然就会想到冷觉是不是也是一样的机制：采取类似的研究办法，科学家们用常见的薄荷开始了进一步的研究，同样，科学家研究使用的依然是薄荷的关键物质薄荷醇。研究人员果不其然的就发现了新东西TRPM8，是证明可以被寒冷激活的受体，这个研究是Julius和Patapoutian分别独立研究的，他俩也是今年两位诺奖得主。他们研究的大体

5、思路，可用下面一张图来汇总：可以说，整个研究，发现了人体是如何感受到温度和触觉（也就是痛觉这种典型触觉），他们是有一系列受体来进行。至此也证明了温度调节当中的温觉感受器与冷觉感受器是不一样的，因此大家一定要注意。支线压力感受今年诺奖的得主之一Patapoutian在研究完薄荷后转身又去研究了机械感觉。比如拥抱：（图片来源：诺奖官网）他们开发了一套细胞体系，这体系的特点就是刺激一个细胞，细胞会发出电信号，而接下来可以对电信号进行检测接下来，他们筛选出了72个候选基因，经过一一排除，最后找到了一个新的感受机械压力的通道蛋白Piezo。总结：温度/痛觉是和TRPV1有关，触觉刺痛是和PIZEO2有关

6、，它们都是人体感受器的一部分。诺奖委员会指出，这两位诺奖得主在TRPV1、TRPM8、以及Piezo通道上的突破性贡献，不仅让我们知道人体如何感知冷热，感知触觉，从而理解身边的世界，后续的研究还为我们带来了更多生理上的洞见，也被用于开发多种治疗疾病的药物，实实在在将科学转化为了造福病患的工具。等到这些科学家做出突破性发现之后，人们意识到这些受体在人体内是如此丰富，参与到了众多的生理活动之中比如水喝多了就要上厕所，憋尿的感觉正是来自感知压力的PIEZO2受体；而会被辣椒素激活的TRPV1受体，同样也能感知毒素或是高温，是重要的镇痛靶点。Patapoutian教授还举了一些例子：血液中的红细胞能感

7、知压力，变换自己的体积；或是免疫细胞上的相关受体能调节血液中的铁含量。在阐明这些受体之前，没人能想到它们还有这样的功能。同样的，研究过程也更加的提醒了我们保护生物多样性以及环境的重要性，尤其是辣椒和薄荷中由潜在价值转换为直接价值的意义：这两名科学家在研究时用到了辣椒素和薄荷醇，这些来自植物的化学物质，成为了理解人类本身的重要工具。Julius教授还提到，阿司匹林与吗啡，同样是来自植物。 在聊到自己的发现，两名科学家都提到了非常有意思的一点：无论是感知触觉，还是感知温度，人们都已经习以为常，并不觉得这些感觉有什么奇怪。但在生物学家眼里，这却是非常重要的问题。如果没有触觉，我们的脚就不知道是否脚踏实地，无法站立或是行走。而如果感受不了温度，就很容易置身危险的环境而不自知。于无声处听惊雷。从普通人见怪不怪的地方找到突破点，正是科学大家的与众不同之处。附件：2021年2月山东省滨州市期末考试试题考过