不对称性

1 分子水平的不对称现象

在生命世界，分子不对称现象普遍存在。特别是构成生命的基本分子往往呈现出手性特征。所谓手性，是指一种化学物质同时具有两种不同的分子结构，两种分子结构互为镜像对映体，彼此间的关系就像人的左、右手。

例如，在自然界中氨基酸和糖的旋光性，或左旋或右旋。但构成生物体的小分子化合物往往具有单一手征性。例如，糖类中的葡萄糖、核糖和脱氧核糖等都是右旋分子，蛋白质分子中所有的氨基酸(除甘氨酸和构成少数细胞结构的氨基酸外)几乎都是左旋分子。

这种手性分子的存在方式对其构成的多聚体来说具有积极意义，单就构成DNA的主要构件之一的脱氧核糖和组成蛋白质的基本单体氨基酸来说，其手性的专一性特点是维持生物大分子结构的稳定性所必需的。分子的不对称性特征还体现在蛋白质和核酸等生物大分子中。

2 细胞膜的不对称性

细胞膜，也称为质膜，主要由蛋白质、磷脂和少量糖类等成分组成。膜的不对称性是指在脂双层中，各种成分在种类和数量上分布不均匀，主要表现为:

(1)脂质分子在膜两侧分布的比例不同。

(2)膜蛋白在脂质双层中的排布方向不同。例如，受体常在膜外侧感受环境中的化学信号，而酶和细胞骨架蛋白则在膜的内侧与胞液发生联系。

(3) 膜糖在膜上的不对称分布，膜糖以糖蛋白或糖脂的形式存在，无论是糖蛋白还是糖脂的糖基都是位于膜的外表面。膜成分的不对称性分布导致了膜功能的不对称性和方向性，从而保证了细胞识别、物质运输、信号转导等生命活动高度有序地进行。

3 细胞器的不对称性

极性是细胞器表现为不对称性的基础。所谓极性细胞器，是指在结构上细胞器的一侧和另一侧明显不同，在行使功能上代谢物的流向表现出一定的方向性。高尔基体具有两个不同的面，与细胞中蛋白质合成和分泌途径的方向有关，是典型的极性细胞器。

蛋白质从内质网运入高尔基体的一面称高尔基体的顺面或形成面；蛋白质在高尔基体中经加工修饰后形成分泌小泡出去的一面称反面或成熟面。从顺面到反面，高尔基体结构的不对称性决定对蛋白质的分选、膜的转换等功能的特异性和有序性。此外，细胞器的分布也是不对称的。如在腺上皮细胞中，核的位置靠近基部，中心体的位置靠近表面，线粒体集中于顶部和基部的两极等。

4 细胞分裂的不对称性

细胞分裂的不对称性是指细胞分裂产生了两个大小不等、命运不同的子细胞，所含的细胞组分也有相应差别的一-种分裂方式。这种分裂往往与子细胞向不同方向分化有关，是细胞多样性形成的基础。

例如，在胚胎发育阶段，不对称分裂是常见的现象。果蝇神经系统发生时，神经细胞经过连续不对称分裂，像出芽一样产生一些小细胞，这些小细胞是神经节母细胞，再经过一次分裂形成神经元或神经胶质细胞。

再

不可逆性

如，哺乳动物体中干细胞的分裂也是不对称的，初次分裂产生一个祖细胞和另-一个干细胞，祖细胞只具有有限的自我更新能力，只能分化为终端细胞。由此可见，细胞分裂的不对称性是细胞分化机理的重要方面。

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生物学中有很多过程或生理反应是单方向的，不能逆转，也有很多操作步骤的顺序是不能改变或颠倒的，否则就不能得到正确的结果。本文就高中生物学中一些“不可逆性”问题进行分析。

1光合作用过程中，ATP和ADP在叶绿体中的移动方向不可逆

光合作用中，ATP是光反应阶段的产物，为暗反应阶段C3的还原过程供能。因此，ATP在叶绿体中 从光反应的场所(叶绿体类囊体薄膜)向暗反应的场所(叶绿体基质)中移动。而ADP的情况恰好相反， 它是在暗反应阶段由于ATP水解给C3的还原供能时 形成的，在光反应阶段合成ATP时被消耗，所以ADP是从暗反应场所向光反应场所移动。

2物质跨膜运输方向的不可逆性

生物膜对物质的通过具有选择透过性，其中小分 子物质和一些无机盐离子是通过被动运输或主动运输实现的。被动运输由高浓度一侧向低浓度一侧借助于浓度差运输。其中，自由扩散不需要载体协助，也不需要消耗细胞代谢提供的能量,而协助扩散虽然也不需要消耗细胞代谢提供的能量,但需要载体蛋白的协助。即自由扩散和协助扩散（易化扩散）的方向是由高浓度向低浓度运输，如水分子、气体分子、酒精、甘油等的 跨膜运输。

主动运输是物质由低浓度向高浓度一侧的运输,既需要载体蛋白的协助，又需要消耗细胞代谢提供的能量。如K+,Na+,Ca2+,氨基酸等物质跨膜运输的方向一般是由低浓度向高浓度一侧运输。动植物细胞在细胞外溶液的浓度小于细胞内溶液浓度时，细胞吸水；而当细胞外溶液浓度大于细胞内溶液浓度时,细胞会失水。

3 细胞分化的不可逆性

细胞分化是生物在个体发育过程中，由一个或一种细胞增殖后产生的后代，在形态结构、生理功能上 发生稳定性差异的过程。细胞分化的本质是基因在 不同的时间和空间选择性表达的结果。一般来说，生 物体中的细胞分化是一个不可逆的过程，即分化的细 胞会一直保持分化状态直到细胞死亡。而在离体条 件下，高度分化的细胞可以脱分化而表现出全能性， 恢复分裂能力，如植物组织培养。

4 生物进化的方向不可逆性

生物的进化是一个由简单到复杂、由低等向高 等、由水生向陆生的自然选择发展的过程。现代生物进化理论认为:种群是生物进化的基本单位,生物进 化的实质是自然选择使种群基因频率定向改变，使生物朝着一定方向不断进化。自然选择的方向又是由 生物生存的环境决定的。生物的进化具有时间和空 间上的不可逆性。

5 兴奋在两神经元之间传递及在反射弧上传递的不可逆性

兴奋在神经元之间的传递是通过突触进行的，由 于神经递质储存于突触小体的突触小泡(也叫突触囊泡)中，且其特异性受体只存在于突触后膜。因此神 经递质只能由突触前膜释放,通过突触间隙作用于突触后膜，进而引起突触后膜电位的变化，使下一个神 经元兴奋或抑制。由此可见，兴奋在突触处的传递是 单向的、不可逆的过程。由于在突触处的传递是单向 的,因此在整个反射弧上的传递也是单向的。

6 生长素极性运输的不可逆性

生长素在植物胚芽鞘、幼根、幼芽的薄壁细胞之 间的短距离运输是单方向的极性运输。生长素的极性运输是指生长素只能从植物形态学的上端向形态学的下端运输，不能颠倒。这是一种需要载体的主动运输过程。但在成熟的植物组织中，生长素的运输却是非极性运输。

7 捕食关系中及生态系统中能量流动方向的不可逆性

食物链中，具有捕食关系的捕食者和被捕食者的关系是长期自然选择的结果，是不可逆转的。例如，狼捕食羊，但羊不能捕食狼。生态系统的能量流动是单向的，即生态系统中能量只能从第一营养级流向第二营养级,再依次流向后面的各个营养级，不能逆向流动。这是由生物长期进化所形成的营养结构决定的，即食物链上生物的捕食与被捕食关系是不可逆转的。

（文章来源：生物学教学、中学生物教（2016年第5期，苏杜林，甘肃省礼县实验中学）

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