微專題(六)與生物學相關的諾貝爾獎諾貝爾獎是以瑞典著名化學家、硝化甘油炸藥發(fā)明人諾貝爾的部分遺產作為基金在1900年創(chuàng)立的，它分設物理、化學、生理學或醫(yī)學、文學、和平和經濟學六個獎項。諾貝爾獎外籍華人獲獎者有李政道、楊振寧、丁肇中等十人，屠呦呦是第一位獲得諾貝爾科學獎項的中國本土科學家、第一位獲得諾貝爾生理學或醫(yī)學獎的華人科學家。諾貝爾生理學或醫(yī)學獎是中國醫(yī)學界迄今為止獲得的最高獎項，也是中醫(yī)藥成果獲得的最高獎項。很多高考題的情境來源于諾貝爾獎獲得者的科學研究。1．2015年：屠呦呦提純青蒿素治療瘧疾以及威廉·坎貝爾(WilliamC·Campbell)和大村智(Satoshiōmura)發(fā)現(xiàn)了阿維菌素創(chuàng)新線蟲療法。2．2016年：發(fā)現(xiàn)自體吞噬(autophagy)的機制。3．2017年：發(fā)現(xiàn)控制晝夜節(jié)律的分子機制。(關鍵詞：周期基因per)4．2018年：發(fā)現(xiàn)負性免疫調節(jié)治療癌癥的療法(關鍵詞：PD－1和PD－L1)。5．2019年：發(fā)現(xiàn)細胞如何感知并適應氧氣變化的含量(關鍵詞：低氧誘導因子HIF)6．2020年：發(fā)現(xiàn)丙型肝炎病毒，CRISPR/Cas9基因編輯技術。7．2021年：發(fā)現(xiàn)溫度和觸覺感受器(關鍵詞：辣椒素和相關受體)1．丙型肝炎病毒(HCV)是一種單鏈(＋)RNA病毒。HCV侵入人體肝細胞并完成增殖的過程如圖所示。HCV進入肝細胞后，將RNA釋放到細胞中并作為模板，在核糖體上合成一個多聚蛋白質，該蛋白質會被相應的蛋白酶切斷為不同種類蛋白質并被埋入內質網的膜中，按照既定的排列順序使內質網膜內凹，并開始復制病毒的RNA。生成的病毒的蛋白質中的一部分與復制出的病毒RNA組合成新病毒。下列有關說法正確的是()A．HCV的遺傳物質徹底水解的產物有4種B．HCV通過其細胞膜與宿主細胞膜融合，入侵宿主細胞C．該病毒的(＋)RNA上含有與tRNA上的反密碼子互補配對的堿基序列D．人體肝臟細胞被HCV感染后，抗體進入肝臟細胞將HCV清除答案C解析丙型肝炎病毒(HCV)是一種以RNA為遺傳物質的病毒，徹底水解后產生核糖、磷酸和A、U、G、C4種堿基，共6種產物，A錯誤；丙肝病毒不具有細胞結構，沒有細胞膜，B錯誤；HCV進入肝細胞后，將(＋)RNA釋放到細胞中并作為翻譯的模板，合成蛋白質，故(＋)RNA上含有與tRNA上的反密碼子互補配對的堿基序列，C正確；抗體屬于分泌蛋白，在細胞外起作用，無法進入肝臟細胞將HCV清除，D錯誤。2．(2022·天津高三模擬預測)青蒿素被世界衛(wèi)生組織稱作是“世界上唯一有效的瘧疾治療藥物”，是從黃花蒿莖葉中提取的無色針狀晶體，可用有機溶劑(乙醚)進行提取。它的抗瘧機理主要在于其活化產生的自由基可與瘧原蛋白結合，作用于瘧原蟲的膜結構，使其生物膜系統(tǒng)遭到破壞。下列說法不正確的是()A．青蒿素屬于脂溶性物質B．青蒿素可以破壞瘧原蟲細胞的完整性C．青蒿素可破壞瘧原蟲的細胞膜、核膜和細胞器膜D．青蒿素的抗瘧機理不會破壞高爾基體、內質網的功能答案D解析結合題干可知，可用有機溶劑(乙醚)提取青蒿素，青蒿素能溶于乙醚，屬于脂溶性物質，A正確；根據(jù)題干“青蒿素作用于瘧原蟲的膜結構，使其生物膜系統(tǒng)遭到破壞”可知，青蒿素可破壞瘧原蟲的細胞膜、核膜和細胞器膜等，可以裂解瘧原蟲，破壞瘧原蟲細胞的完整性，B、C正確；青蒿素作用于瘧原蟲的膜結構，使其生物膜系統(tǒng)遭到破壞，高爾基體、內質網具有膜結構，青蒿素的抗瘧機理會破壞高爾基體、內質網的功能，D錯誤。3．2019年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎頒給了三位科學家，以表彰他們在揭示細胞感知和適應氧氣供應機制所做的貢獻，研究發(fā)現(xiàn)當細胞缺氧時，缺氧誘導因子(HIF－Iα)與芳香烴受體核轉位蛋白(ARNT)結合，調節(jié)基因的表達生成促紅細胞生成素(EPO，一種促進紅細胞生成的蛋白質激素)；當氧氣充足時，HIF－Iα羥基化后被蛋白酶降解，調節(jié)過程如圖所示。下列說法錯誤的是()A．在氧氣濃度降低時，HIF－Iα可促進紅細胞的生成，防止機體過度缺氧B．HIF－Iα能與ARNT特異性結合，與其氨基酸的排列順序有關C．HIF－Iα可以調節(jié)基因的表達，發(fā)揮作用后被滅活而失去功能D．控制EPO的基因在表達時，轉錄、翻譯過程只受氧氣濃度影響答案D解析缺氧誘導因子(HIF－Iα)與芳香烴受體核轉位蛋白(ARNT)結合，調節(jié)基因的表達生成促紅細胞生成素(EPO，一種促進紅細胞生成的蛋白質激素)，紅細胞增多可以促進氧氣的運輸，防止機體過度缺氧，A正確；HIF－Iα能被蛋白酶降解，說明它是一種蛋白質，能與ARNT特異性結合，與其特異性有關，HIF－Iα的特異性與其氨基酸的排列順序有關，B正確；HIF－Iα是一種激素，可以調節(jié)基因的表達，激素發(fā)揮作用后，很快被滅活而失去功能，C正確；控制EPO合成的基因在表達時，經過轉錄、翻譯過程(需要多種酶催化)，受氧氣濃度的影響，同時也受溫度、pH等因素的影響，D錯誤。4．(2022·江蘇高三模擬)辣椒素是辣椒中主要的辣味成分。研究發(fā)現(xiàn)，辣椒素和高溫均能直接激活細胞膜上的受體TRPV1，使其作為離子通道協(xié)助相關離子跨膜運輸，產生興奮。興奮沿傷害性傳入神經上傳至大腦。因為大腦對傷害性傳入神經信號統(tǒng)一解讀為“疼痛”，所以辣的感覺被定義為痛覺。下列分析不合理的是()A．細胞膜上的TRPV1被辣椒素激活后，膜電位變?yōu)閮日庳揃．TRPV1引發(fā)的興奮必須經過完整反射弧的傳遞才能引發(fā)痛覺C．吃完辣椒后，馬上喝冷水比喝熱水更利于減輕辣椒素引發(fā)的疼痛D．可用TRPV1抑制劑研發(fā)鎮(zhèn)痛藥物，以減輕某些種類的疼痛答案B解析細胞膜上的TRPV1被辣椒素激活后，細胞產生興奮，Na＋內流，產生內正外負的動作電位，A正確；痛覺的產生部位在大腦皮層，不需要經過完整的反射弧，B錯誤；由于辣椒素和高溫均能直接激活細胞膜上的受體TRPV1，所以喝熱水會加重辣椒素引發(fā)的疼痛，C正確；TRPV1接受刺激后，會將興奮傳遞至大腦皮層產生痛覺，所以可用TRPV1抑制劑研發(fā)鎮(zhèn)痛藥物，以減輕某些種類的疼痛，D正確。5．(2022·重慶高三模擬)2021年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎頒給了疼痛機制的發(fā)現(xiàn)者DavidJulius和ArdemPatapoutian。他們發(fā)現(xiàn)了感知溫度和觸覺的受體TRPV1。TRPV1是一種感覺神經元細胞膜上的痛覺受體(一種跨膜蛋白)，辣椒素和43℃以上的高溫等刺激會引發(fā)感覺神經元興奮，從而產生痛覺和灼熱感。為研究TRPV1的功能，構建缺失TRPV1基因敲除型小鼠完成相關實驗。下列分析正確的是()A．據(jù)圖1推測，野生型小鼠對飲水中添加辣椒素的反應有利于小鼠躲避傷害B．據(jù)圖2推測，注射辣椒素后引起敲除型小鼠產生灼熱感，導致體溫上升C．敲除型小鼠在體溫發(fā)生變化時不能通過調節(jié)最終維持穩(wěn)態(tài)D．本實驗不足之處為沒有設置對照答案A解析辣椒素和43℃以上的高溫等刺激會引發(fā)感覺神經元興奮，從而產生痛覺和灼熱感，據(jù)圖1推測，野生型小鼠對飲水中添加辣椒素的反應是減少飲用辣椒水，有利于小鼠躲避傷害，A正確；注射辣椒素后，敲除型小鼠溫覺的受體(通道蛋白)缺乏，不會產生灼熱感，B錯誤；據(jù)圖2可知，敲除型小鼠在體溫發(fā)生變化時仍然能通過調節(jié)最終維持穩(wěn)態(tài)，C錯誤；本實驗中存在對照，D錯誤。6．(2022·湖北高三模擬)骨關節(jié)炎(OA)主要是由多種類型的細胞分泌過量的細胞因子引起(下圖左)，癥狀表現(xiàn)為關節(jié)腫脹、疼痛等。上述細胞表面存在大量辣椒素受體TRPV1，進一步研究發(fā)現(xiàn)，TRPV1在緩解OA癥狀方面具有明顯作用(下圖右)。下列有關敘述錯誤的是()A．辣椒素與辣椒素受體TRPV1結合，引起Ca2＋內流，屬于協(xié)助擴散B．Ca2＋內流導致C蛋白磷酸化，解除K蛋白和N蛋白的結合C．N蛋白進入細胞核，促進編碼IL－6等細胞因子基因的表達D．降低感覺神經元上TRPV1通道的活性會加重疼痛答案C解析分析題圖可知，辣椒素與辣椒素受體TRPV1結合后，Ca2＋內流，需要通道蛋白，不消耗能量，屬于協(xié)助擴散，A正確；分析題圖可知，辣椒素與辣椒素受體TRPV1未結合時，K蛋白和N蛋白結合在一起；Ca2＋內流后導致磷酸基團與C蛋白結合，促使C蛋白磷酸化，解除了K蛋白和N蛋白的結合，B正確；分析題圖可知，N蛋白進入細胞核，抑制編碼IL－6等細胞因子基因的表達，從而減少了IL－6等細胞因子的含量，C錯誤；降低感覺神經元上TRPV1通道的活性后，辣椒素與辣椒素受體TRPV1結合減少，IL－6等細胞因子分泌增加，會加重疼痛，D正確。7．(2022·江蘇泰州高三期末)為研究igf2bp3基因的功能，研究者以斑馬魚為研究對象，通過CRISPR/Cas9技術構建igf2bp3基因缺失的突變模型。請回答下列問題：(1)圖1表示CRISPR/Cas9的基本原理。向導RNA(sgRNA)端序列識別基因組DNA上的靶點，引導Cas9蛋白在特定位點上切斷DNA雙鏈。雙鏈斷裂的DNA可能通過非同源性末端連接修復導致DNA片段的缺失、倒位等而導致突變，稱為“中靶”；也可能因同源重組修復將雙鏈斷裂的DNA恢復到原始序列，導致效應。(2)gRNA的合成與純化。設計并合成特定的引物(圖2示意引物之一：T7－靶點序列6－sfd)，以pMD19－gRNAscaffold質粒為模板。按照PCR反應程序：預變性5min；變性30s，退火30s，延伸40s，35個循環(huán)；再延伸10min。再延伸時間較長的目的是。擴增出的DNA在體外轉錄出gRNA并純化。下圖2中T7啟動子的作用是。(3)突變體的構建與篩選。受精卵分成2組，通過技術注入特定濃度的Cas9蛋白和gRNA混合液1nL作實驗組，另一組不注入作對照。欲判斷靶點敲除是否有效，可挑選實驗組20枚發(fā)育48h的胚胎提取DNA用于鑒定。若有效，剩下的胚胎培養(yǎng)至性成熟即F0。(4)igf2bp3基因在不同組織中的表達。為了解igf2bp3基因在野生型斑馬魚不同組織中的表達量，研究人員提取了年齡為90天的野生型斑馬魚生殖腺等不同組織的，逆轉錄后進行定量PCR，結果見下圖3。由圖3的結果分析可知：。(5)結果與分析。檢測、篩選出F0嵌合體斑馬魚與野生型交配得F1，選擇其中的雜合突變體自由交配，理論上F2中突變純合子比例為。統(tǒng)計F2成年斑馬魚性別比例，雜合突變體中雌性占一半，而突變純合子中雌性比例極低。請嘗試作出合理的解釋。。答案(1)5′脫靶(2)把沒有延伸完的片段補全(子鏈得到充分的延伸)利于T7RNA聚合酶識別并啟動轉錄(3)顯微注射隨機(4)總RNA(RNA)igf2bp3基因在各種組織中都表達，在生殖腺中表達水平最高(5)1/4igf2bp3基因被敲除后，卵巢的發(fā)育受到抑制解析(1)由圖1可知，向導RNA的5′端序列識別基因組DNA上的靶點，引導Cas9蛋白在特定位點上切斷DNA雙鏈。若同源重組修復將雙鏈斷裂的DNA恢復到原始序列，即剪切失敗，導致“脫靶”效應。(2)再延伸時間較長的目的是把沒有延伸完的片段補全(子鏈得到充分的延伸)。啟動子的功能是識別并結合RNA聚合酶啟動轉錄，故T7啟動子的作用是利于T7RNA聚合酶識別并啟動轉錄。(3)將特定濃度的Cas9蛋白和gRNA混合液注入受精卵中，可采用顯微注射法。欲判斷靶點敲除是否有效，可隨機挑選實驗組20枚發(fā)育48h的胚胎提取DNA用于鑒定。