2023屆 二輪復(fù)習(xí) 微專題(六)　與生物學(xué)相關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng) 學(xué)案

微專題(六)與生物學(xué)相關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)諾貝爾獎(jiǎng)是以瑞典著名化學(xué)家、硝化甘油炸藥發(fā)明人諾貝爾的部分遺產(chǎn)作為基金在1900年創(chuàng)立的，它分設(shè)物理、化學(xué)、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)、文學(xué)、和平和經(jīng)濟(jì)學(xué)六個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。諾貝爾獎(jiǎng)外籍華人獲獎(jiǎng)?wù)哂欣钫?、楊振寧、丁肇中等十人，屠呦呦是第一位獲得諾貝爾科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)的中國(guó)本土科學(xué)家、第一位獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的華人科學(xué)家。諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)是中國(guó)醫(yī)學(xué)界迄今為止獲得的最高獎(jiǎng)項(xiàng)，也是中醫(yī)藥成果獲得的最高獎(jiǎng)項(xiàng)。很多高考題的情境來(lái)源于諾貝爾獎(jiǎng)獲得者的科學(xué)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(jī)制。3．2017年：發(fā)現(xiàn)控制晝夜節(jié)律的分子機(jī)制。(關(guān)鍵詞：周期基因per)4．2018年：發(fā)現(xiàn)負(fù)性免疫調(diào)節(jié)治療癌癥的療法(關(guān)鍵詞：PD－1和PD－L1)。5．2019年：發(fā)現(xiàn)細(xì)胞如何感知并適應(yīng)氧氣變化的含量(關(guān)鍵詞：低氧誘導(dǎo)因子HIF)6．2020年：發(fā)現(xiàn)丙型肝炎病毒，CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)。7．2021年：發(fā)現(xiàn)溫度和觸覺感受器(關(guān)鍵詞：辣椒素和相關(guān)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(xì)胞并完成增殖的過程如圖所示。HCV進(jìn)入肝細(xì)胞后，將RNA釋放到細(xì)胞中并作為模板，在核糖體上合成一個(gè)多聚蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)會(huì)被相應(yīng)的蛋白酶切斷為不同種類蛋白質(zhì)并被埋入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜中，按照既定的排列順序使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜內(nèi)凹，并開始復(fù)制病毒的RNA。生成的病毒的蛋白質(zhì)中的一部分與復(fù)制出的病毒RNA組合成新病毒。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A．HCV的遺傳物質(zhì)徹底水解的產(chǎn)物有4種B．HCV通過其細(xì)胞膜與宿主細(xì)胞膜融合，入侵宿主細(xì)胞C．該病毒的(＋)RNA上含有與tRNA上的反密碼子互補(bǔ)配對(duì)的堿基序列D．人體肝臟細(xì)胞被HCV感染后，抗體進(jìn)入肝臟細(xì)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(zhì)的病毒，徹底水解后產(chǎn)生核糖、磷酸和A、U、G、C4種堿基，共6種產(chǎn)物，A錯(cuò)誤；丙肝病毒不具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，沒有細(xì)胞膜，B錯(cuò)誤；HCV進(jìn)入肝細(xì)胞后，將(＋)RNA釋放到細(xì)胞中并作為翻譯的模板，合成蛋白質(zhì)，故(＋)RNA上含有與tRNA上的反密碼子互補(bǔ)配對(duì)的堿基序列，C正確；抗體屬于分泌蛋白，在細(xì)胞外起作用，無(wú)法進(jìn)入肝臟細(xì)胞將HCV清除，D錯(cuò)誤。2．(2022·天津高三模擬預(yù)測(cè))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(wú)色針狀晶體，可用有機(jī)溶劑(乙醚)進(jìn)行提取。它的抗瘧機(jī)理主要在于其活化產(chǎn)生的自由基可與瘧原蛋白結(jié)合，作用于瘧原蟲的膜結(jié)構(gòu)，使其生物膜系統(tǒng)遭到破壞。下列說(shuō)法不正確的是()A．青蒿素屬于脂溶性物質(zhì)B．青蒿素可以破壞瘧原蟲細(xì)胞的完整性C．青蒿素可破壞瘧原蟲的細(xì)胞膜、核膜和細(xì)胞器膜D．青蒿素的抗瘧機(jī)理不會(huì)破壞高爾基體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能答案D解析結(jié)合題干可知，可用有機(jī)溶劑(乙醚)提取青蒿素，青蒿素能溶于乙醚，屬于脂溶性物質(zhì)，A正確；根據(jù)題干“青蒿素作用于瘧原蟲的膜結(jié)構(gòu)，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(xì)胞膜、核膜和細(xì)胞器膜等，可以裂解瘧原蟲，破壞瘧原蟲細(xì)胞的完整性，B、C正確；青蒿素作用于瘧原蟲的膜結(jié)構(gòu)，使其生物膜系統(tǒng)遭到破壞，高爾基體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)具有膜結(jié)構(gòu)，青蒿素的抗瘧機(jī)理會(huì)破壞高爾基體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能，D錯(cuò)誤。3．2019年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了三位科學(xué)家，以表彰他們?cè)诮沂炯?xì)胞感知和適應(yīng)氧氣供應(yīng)機(jī)制所做的貢獻(xiàn)，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)細(xì)胞缺氧時(shí)，缺氧誘導(dǎo)因子(HIF－Iα)與芳香烴受體核轉(zhuǎn)位蛋白(ARNT)結(jié)合，調(diào)節(jié)基因的表達(dá)生成促紅細(xì)胞生成素(EPO，一種促進(jìn)紅細(xì)胞生成的蛋白質(zhì)激素)；當(dāng)氧氣充足時(shí)，HIF－Iα羥基化后被蛋白酶降解，調(diào)節(jié)過程如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．在氧氣濃度降低時(shí)，HIF－Iα可促進(jìn)紅細(xì)胞的生成，防止機(jī)體過度缺氧B．HIF－Iα能與ARNT特異性結(jié)合，與其氨基酸的排列順序有關(guān)C．HIF－Iα可以調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，發(fā)揮作用后被滅活而失去功能D．控制EPO的基因在表達(dá)時(shí)，轉(zhuǎn)錄、翻譯過程只受氧氣濃度影響答案D解析缺氧誘導(dǎo)因子(HIF－Iα)與芳香烴受體核轉(zhuǎn)位蛋白(ARNT)結(jié)合，調(diào)節(jié)基因的表達(dá)生成促紅細(xì)胞生成素(EPO，一種促進(jìn)紅細(xì)胞生成的蛋白質(zhì)激素)，紅細(xì)胞增多可以促進(jìn)氧氣的運(yùn)輸，防止機(jī)體過度缺氧，A正確；HIF－Iα能被蛋白酶降解，說(shuō)明它是一種蛋白質(zhì)，能與ARNT特異性結(jié)合，與其特異性有關(guān)，HIF－Iα的特異性與其氨基酸的排列順序有關(guān)，B正確；HIF－Iα是一種激素，可以調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，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(dá)時(shí)，經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯過程(需要多種酶催化)，受氧氣濃度的影響，同時(shí)也受溫度、pH等因素的影響，D錯(cuò)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(xì)胞膜上的受體TRPV1，使其作為離子通道協(xié)助相關(guān)離子跨膜運(yùn)輸，產(chǎn)生興奮。興奮沿傷害性傳入神經(jīng)上傳至大腦。因?yàn)榇竽X對(duì)傷害性傳入神經(jīng)信號(hào)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(xì)胞膜上的TRPV1被辣椒素激活后，膜電位變?yōu)閮?nèi)正外負(fù)B．TRPV1引發(fā)的興奮必須經(jīng)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(xì)胞膜上的TRPV1被辣椒素激活后，細(xì)胞產(chǎn)生興奮，Na＋內(nèi)流，產(chǎn)生內(nèi)正外負(fù)的動(dòng)作電位，A正確；痛覺的產(chǎn)生部位在大腦皮層，不需要經(jīng)過完整的反射弧，B錯(cuò)誤；由于辣椒素和高溫均能直接激活細(xì)胞膜上的受體TRPV1，所以喝熱水會(huì)加重辣椒素引發(fā)的疼痛，C正確；TRPV1接受刺激后，會(huì)將興奮傳遞至大腦皮層產(chǎn)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(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了疼痛機(jī)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(jīng)元細(xì)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(huì)引發(fā)感覺神經(jīng)元興奮，從而產(chǎn)生痛覺和灼熱感。為研究TRPV1的功能，構(gòu)建缺失TRPV1基因敲除型小鼠完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)。下列分析正確的是()A．據(jù)圖1推測(cè)，野生型小鼠對(duì)飲水中添加辣椒素的反應(yīng)有利于小鼠躲避傷害B．據(jù)圖2推測(cè)，注射辣椒素后引起敲除型小鼠產(chǎn)生灼熱感，導(dǎo)致體溫上升C．敲除型小鼠在體溫發(fā)生變化時(shí)不能通過調(diào)節(jié)最終維持穩(wěn)態(tài)D．本實(shí)驗(yàn)不足之處為沒有設(shè)置對(duì)照答案A解析辣椒素和43℃以上的高溫等刺激會(huì)引發(fā)感覺神經(jīng)元興奮，從而產(chǎn)生痛覺和灼熱感，據(jù)圖1推測(cè)，野生型小鼠對(duì)飲水中添加辣椒素的反應(yīng)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(huì)產(chǎn)生灼熱感，B錯(cuò)誤；據(jù)圖2可知，敲除型小鼠在體溫發(fā)生變化時(shí)仍然能通過調(diào)節(jié)最終維持穩(wěn)態(tài)，C錯(cuò)誤；本實(shí)驗(yàn)中存在對(duì)照，D錯(cuò)誤。6．(2022·湖北高三模擬)骨關(guān)節(jié)炎(OA)主要是由多種類型的細(xì)胞分泌過量的細(xì)胞因子引起(下圖左)，癥狀表現(xiàn)為關(guān)節(jié)腫脹、疼痛等。上述細(xì)胞表面存在大量辣椒素受體TRPV1，進(jìn)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(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A．辣椒素與辣椒素受體TRPV1結(jié)合，引起Ca2＋內(nèi)流，屬于協(xié)助擴(kuò)散B．Ca2＋內(nèi)流導(dǎo)致C蛋白磷酸化，解除K蛋白和N蛋白的結(jié)合C．N蛋白進(jìn)入細(xì)胞核，促進(jìn)編碼IL－6等細(xì)胞因子基因的表達(dá)D．降低感覺神經(jīng)元上TRPV1通道的活性會(huì)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(jié)合后，Ca2＋內(nèi)流，需要通道蛋白，不消耗能量，屬于協(xié)助擴(kuò)散，A正確；分析題圖可知，辣椒素與辣椒素受體TRPV1未結(jié)合時(shí)，K蛋白和N蛋白結(jié)合在一起；Ca2＋內(nèi)流后導(dǎo)致磷酸基團(tuán)與C蛋白結(jié)合，促使C蛋白磷酸化，解除了K蛋白和N蛋白的結(jié)合，B正確；分析題圖可知，N蛋白進(jìn)入細(xì)胞核，抑制編碼IL－6等細(xì)胞因子基因的表達(dá)，從而減少了IL－6等細(xì)胞因子的含量，C錯(cuò)誤；降低感覺神經(jīng)元上TRPV1通道的活性后，辣椒素與辣椒素受體TRPV1結(jié)合減少，IL－6等細(xì)胞因子分泌增加，會(huì)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(duì)象，通過CRISPR/Cas9技術(shù)構(gòu)建igf2bp3基因缺失的突變模型。請(qǐng)回答下列問題：(1)圖1表示CRISPR/Cas9的基本原理。向?qū)NA(sgRNA)端序列識(shí)別基因組DNA上的靶點(diǎn)，引導(dǎo)Cas9蛋白在特定位點(diǎn)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(fù)導(dǎo)致DNA片段的缺失、倒位等而導(dǎo)致突變，稱為“中靶”；也可能因同源重組修復(fù)將雙鏈斷裂的DNA恢復(fù)到原始序列，導(dǎo)致效應(yīng)。(2)gRNA的合成與純化。設(shè)計(jì)并合成特定的引物(圖2示意引物之一：T7－靶點(diǎn)序列6－sfd)，以pMD19－gRNAscaffold質(zhì)粒為模板。按照PCR反應(yīng)程序：預(yù)變性5min；變性30s，退火30s，延伸40s，35個(gè)循環(huán)；再延伸10min。再延伸時(shí)間較長(zhǎng)的目的是。擴(kuò)增出的DNA在體外轉(zhuǎn)錄出gRNA并純化。下圖2中T7啟動(dòng)子的作用是。(3)突變體的構(gòu)建與篩選。受精卵分成2組，通過技術(shù)注入特定濃度的Cas9蛋白和gRNA混合液1nL作實(shí)驗(yàn)組，另一組不注入作對(duì)照。欲判斷靶點(diǎn)敲除是否有效，可挑選實(shí)驗(yàn)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(dá)。為了解igf2bp3基因在野生型斑馬魚不同組織中的表達(dá)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(zhuǎn)錄后進(jìn)行定量PCR，結(jié)果見下圖3。由圖3的結(jié)果分析可知：。(5)結(jié)果與分析。檢測(cè)、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(jì)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(qǐng)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(bǔ)全(子鏈得到充分的延伸)利于T7RNA聚合酶識(shí)別并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄(3)顯微注射隨機(jī)(4)總RNA(RNA)igf2bp3基因在各種組織中都表達(dá)，在生殖腺中表達(dá)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?qū)NA的5′端序列識(shí)別基因組DNA上的靶點(diǎn)，引導(dǎo)Cas9蛋白在特定位點(diǎn)上切斷DNA雙鏈。若同源重組修復(fù)將雙鏈斷裂的DNA恢復(fù)到原始序列，即剪切失敗，導(dǎo)致“脫靶”效應(yīng)。(2)再延伸時(shí)間較長(zhǎng)的目的是把沒有延伸完的片段補(bǔ)全(子鏈得到充分的延伸)。啟動(dòng)子的功能是識(shí)別并結(jié)合RNA聚合酶啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄，故T7啟動(dòng)子的作用是利于T7RNA聚合酶識(shí)別并啟動(dòng)轉(zhuǎn)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(diǎn)敲除是否有效，可隨機(jī)挑選實(shí)驗(yàn)組20枚發(fā)育48h的胚胎提取DNA用于鑒定。