以诺贝尔奖为知识载体的试题(汪芳慧整理)(2012.10.11)

1以诺贝尔奖为知识载体的试题汪芳慧整理2012.10.112003年10月8日，瑞典皇家科学院宣布，将2003年度诺贝尔化学奖授予美国科学家彼得·阿格雷和罗德里格·麦金农，以表彰他们在细胞膜通道方面作出的贡献。阿格雷发现了水通道，而麦金农的研究主要集中在细胞膜离子通道的结构和机理方面，两位科学家的发现阐明了盐份和水如何进出活体细胞。1试题图为ADH（抗利尿激素）对肾集合管细胞管腔膜AQP2（水通道蛋白）数量的调节机制示意图。当血浆ADH水平升高后，肾集合管细胞胞浆内AQP2水通道蛋白小泡向管腔膜迁移并与之融合。通过出胞作用小泡膜上的AQP2水通蛋白嵌入管腔膜，使管腔膜AQP2水通道蛋白的数量增加，从而使水渗透通透性相应地增高，增高的幅度与血浆ADH升高的浓度成正比。当血浆ADH水平降低时，集合管细胞管腔膜出现胞吞作用，又形成AQP2水通道蛋白小泡迁移到管腔膜下的胞浆内。此时细胞管腔膜上的AQP2水通道蛋白数量相应地减少，管腔膜水渗透通透性也相应地降低。回答：（1）ADH对肾集合管细胞管腔膜AQP2数量的调节主要是（神经/体液）调节注：ADH，抗利尿激素；A．C，腺苷环化酶；ATP，三磷酸腺苷；cAMP，环腺苷酸；AQP2，水通道蛋白2转录翻译（2）水通道蛋白由水通道蛋白基因指导合成，其遗传信息的传递过程是（3）水通道蛋白的形成及水通道蛋白小泡的出胞作用与有关①细胞膜②线粒体③高尔基体④内质网⑤核糖体⑥细胞核A．①②③④⑤⑥B．②③④⑤C．①②③④D．①④⑤⑥（4）AQP2基因突变可诱发2种结果：①肾集合管细胞生成的AQP2蛋白丧失水通道功能；②生成的AQP2蛋白仍具有水通道功能，但不受ADH的调节。则有关AQP2基因突变的说法肯定错误的是A．影响ADH对肾集合管水通透性的调节B．患者必定会出现尿糖C．患者出现肾尿浓缩功能障碍，并持续排出大量的稀释尿D．患者尿量偏少（5）有人认为“肾集合管对水的重吸收是一个不消耗能量的渗透过程”，你同意吗？为什么？2解题思路分析如下：第(1)题：考查神经调节、体液调节的概念。垂体释放的抗利尿激素，通过体液输送后，作用于肾小管、集合管，调节对水的重吸收量，属体液调节。第(2)题：考查中心法则在具体问题情景下的应用，此处必须注意具体与抽象的关系。第(3)题：主要考查内膜系的功能。由核基因指导合成的AQP2水通道蛋白虽然不是直接分泌到细胞外的蛋白质，但从水通道蛋白的合成及水通道蛋白小泡的出胞作用（小泡向管腔膜迁移并与之融合）的过程看，推理可知AQP2水通道蛋白的合成和分泌实质是一种分泌蛋白的合成和分泌。第(4)题：由题意知AQP2基因突变诱发的2种结果都不能使ADH（抗利尿激素）实现对水重吸收的有效调节，使尿中水量增多，排出大量的稀释尿。第(5)题：考查考生的创新意识和批判精神。虽然水通过“水通道”扩散不消耗能量，但抗利尿激素对肾集合管细胞管腔膜AQP2数量的调节过程（如A．C腺苷环化酶的活化，AQP2的小泡的出胞作用等）消耗ATP（见题干示意图）。3答案（1）体液（2）水通道蛋白基因mRNA水通道蛋白（3）A（4）B（5）否，虽然水通过“水通道”扩散不消耗能量，但抗利尿激素对肾集合管细胞管腔膜AQP2数量的调节过程需要消耗ATP3〖例题〗最近由于RNA干扰（RNAinterference，RNAi）的发现使“反义技术”领域的研究增多。正常的mRNA称为正义RNA，而与正义RNA互补配对的RNA称为反义RNA，正义RNA与反义RNA混合后生成双链RNA（dsRNA），正是dsRNA产生RNAi现象。双链RNA在生物体内是存在的，是一种自然现象，经酶切后会形成很多小片段，称为siRNA，这些小片段一旦与mRNA中的同源序列互补结合，会导致mRNA失去功能，即不能翻译产生蛋白质，也就是使基因“沉默”了。研究表明，一些长度较短RNA能够对细胞和基因的很多行为进行控制，如打开和关闭多种基因，删除一些不需要DNA片段等。（1）若某DNA片段的非模板链为ATTGAC，则dsRNA为。（2）已知控制矮牵牛紫色花的基因为…TGGGAACTTA…（模板链片段）。若将产生紫色素的基因…ACCCTTGAAT…（模板链片段）转入开紫花的矮牵牛中，则紫花矮牵牛的花色最可能为。A．深紫B．浅紫C．紫（不变）D．白色（3）HIV和SARS的冠状病毒都是RNA病毒。它们在复制过程的一定阶段中会产生双链RNA。研究表明，某些动物会成为HIV和SARS的天然宿主，请您从RNAi的角度给出一种可能解释。（4）研究RNAi在理论和实践上有何意义？任举一例。解析：本题考查碱基互补配对原则、中心法则、免疫等方面的知识，主要测试获取知识能力、运用生物学知识分析解决生物学问题的应用创新能力。点拨如下：（1）非模板链为ATTGAC，则转录出的mRNA为AUUGAC，其互补充的RNA为UAACUG。（2）…TGGGAACTTA…与…ACCCTTGAAT…转录出的mRNA刚好形成dsRNA而产生RNAi现象使基因沉默。（3）、（4）为开放性问题，需要运用题目中RNAi理论，结合所学知识分析作答，这是一种真正意义上的“材料信息题”，目前为高考命题专家积极探索的一种能力型题型。答案：（1）（2）D（3）宿主体内有分解这种双链RNA的酶，可将双链RNA切割成许多小的片段，这种小片段会与病毒基因组RNA的同源部分结合，使病毒基因不能表达，也就不能危害宿主（4）理论：深化我们对基因表达、调控机制的认识；深化我们对发育调控机制的认识；RNAi可能是自然界生物进化形成的一种防御机制实践：用RNAi技术进行基因剔除；用RNA干扰来制备药物、防治疾病如利用RNA干扰来抑癌基因〖练习〗41．美国哈佛大学医学院的科学家们研制了一项化学干扰技术，有望使人体的致病基因“沉默下来”。这项干扰技术很可能是干扰了细胞内的A．某信使RNA的合成过程B．许多DNA的复制过程C．蛋白质代谢过程中的转氨基作用D．ATP的分解过程2．下列有关2006年诺贝尔医学奖和化学奖的叙述错误的是A．前者研究RNA在翻译调控中的作用B．后者研究RNA的合成过程C．两者都研究基因的转录过程D．两者的研究成果有助于揭示个体的发育过程3．番茄果实成熟过程中，某种PG酶开始合成并显著增加，促使果实变红变软，但不利于长途运输和长期保鲜。科学家利用反义RNA技术(见图解)，可有效解决此问题。该技术的核心是，从番茄体细胞中获得指导PG合成的信使RNA，继而以该信使RNA为模板人工合成反义基因并将之导人离体番茄体细胞，经组织培养获得完整植株。新植株在果实发育过程中，反义基因经转录产生的反义RNA与细胞原有mRNA(靶mRNA)互补形成双链RNA，阻止靶mRNA进一步翻译形成PG，从而达到抑制果实成熟的目的。请结合图解回答：(1)反义基因像一般基因一样是一段双链的DNA分子，合成该分子的第一条链时，使用的模板是细胞质中的信使RNA，原料是四种，所用的酶是。(2)开始合成的反义基因第一条链是与模板RNA连在一起的杂交双链，通过加热去除RNA，然后再以反义基因第一条链为模板合成第二条链，这样一个完整的反义基因被合成。若要以完整双链反义基因克隆成百上千的反义基因，所用复制方式为。(3)如果指导番茄合成PG的信使RNA的碱基序列是－A－U－C－C－A－G－G－U－C－，那么，PG反义基因的这段碱基对序列是。(4)将人工合成的反义基因导人番茄叶肉细胞原生质体的运输工具是，该目的基因与运输工具相结合需要使用的酶有，在受体细胞中该基因指导合成的最终产物是。参考答案：1．A使致病基因“沉默下来”就是抑制其不表达，控制转录过程。2．C前者研5究基因信息流程控制的机制，即通过RNA干扰抑制已经转录出的mRNA作为翻译模板的功能；后者研究基因信息流程的转录机制。简言之，后者研究转录过程，前者在后者基础上更进一步——研究已转录mRNA的“命运”，即是否进一步作为翻译模板，还是被降解掉以抑制相应基因的表达过程。显然，通过控制基因转录也可以控制基因表达，所以两者的研究成果有助于分别从转录水平、翻译水平揭示个体的发育过程。3．(1)脱氧核苷酸逆转录酶(2)半保留复制(3)(4)质粒(或运载体、病毒)限制性内切酶和DNA连接酶(反义)RNA解析：本题主要考查碱基互补配对原则、基因工程基本操作等知识，测试获取知识能力。解题关键是结合图文信息把握反义基因的概念。反义基因也是一段双链的DNA分子，而合成该分子的第一条的DNA链使用的模板是细胞质中的信使RNA，所以原料是四种脱氧核苷酸，所用的酶是逆转录酶。(2)反义基因具体合成步骤：①以mRNA为膜板反转录出反义基因的第一条DNA链；②反转录出的反义基因的第一条DNA链与模板RNA连在一起的杂交双链；③通过加热去除RNA，得到反义基因的的DNA单链（第一条DNA）；④以反义基因第一条链为模板合成第二条链，这样一个完整的反义基因被合成（双链DNA）。⑤以完整双链反义基因，按照半保留复制克隆成百上千的反义基因。(3)如果指导番茄合成PG的信使RNA的碱基序列是－A－U－C－C－A－G－G－U－C－，那么，PG反义基因的第一条链为－T－A－G－G－T－C－C－A－G－，再以此为膜板按碱基互补配对原则合成另一条链为－A－T－C－C－A－G－G－T－C－，据此得到这段PG反义基因完整碱基对序列。(4)运用基因工程基本操作的知识类比、迁移，分析作答。例题1：基因“敲除”主要是应用同源DNA片段替代靶基因片段，从而达到基因敲除的目的。在基因敲除技术中涉及到的变异类型是()A．基因重组B．基因突变C．染色体变异D．人工诱变解析：基因“敲除”主要是应用同源DNA片段替代靶基因片段，为基因单位操作，属于DNA重组技术，从变异类型角度考虑属于基因重组。答案：A。例题2：原产比利时的皮特兰猪，虽然具有最高达72％以上的瘦肉率，但其本身具有一种遗传因子叫氟烷基因，常用N表示显性，用n表示隐性。当该基因型为nn时（即正常猪），猪极易出现应激综合症。为解决这一难题，科学家对皮特兰猪进行了无氟烷隐性基因的选育，通过剔除氟烷隐性基因来避免PSE肉的出现，现在已经得到20多头具NN的显性纯合子皮特兰猪。（1）科学家为剔除氟烷隐性基因的第一步是进行基因定位，找到该基因所在的，然后用设计的同源片段替代。－T－A－G－G－T－C－C－A－G－－A－T－C－C－A－G－G－T－C－6（2）接着科学家首先剔除了1个氟烷隐性基因的雌性皮特兰猪，然后通过与正常雄性皮特兰猪杂交得到完全剔除氟烷隐性基因的种猪。请你通过绘出遗传图解，计算得到完全剔除氟烷隐性基因种猪的概率。（3）科学家希望进一步对该完全剔除氟烷隐性基因种猪（简称PT猪）进行改良，请你给出一种思路。[解析]本题以“基因剔除”这一高新技术为核心命题，考查基因工程的基本工具及其主要操作、分离定律和杂交育种等知识。本题考查的知识虽然比较简单，但由于问题情境新颖，注重知识的应用，具有较高的区分度，为高考命题的方向。剔除了1个氟烷隐性基因的雌性皮特兰猪可以当作一个杂合体（Nn）来研究，只有一头Nn猪当然不能育成NN，而正常皮特兰猪则为nn，所以必须得到一头异性Nn猪，这可以通过将Nn与nn杂交得到，然后通过与正常雄性皮特兰猪杂交得到完全剔除氟烷隐性基因的种猪（NN）。答案：（1）染色体DNA；靶基因片段（2）♀Nn×nn♂→1/4Nn♂，♀Nn×1/4Nn♂→1/4×1/4NN（♂或♀），其中得到纯种♂NN为1/16×1/2=/32（3）用PT猪与我国传统优良本地猪杂交，得到具有明显杂种优势的“中西合璧”式的杂交良种猪。练习：1、向正常的基因中插入一个碱基如A，可导致“靶基因敲除”，从变异角度考虑涉及到的变异类型是()A．基因重组B．基因突变C．染色体变异D．人工诱变2、科学家用同源DNA片段替代靶基因片段，获得完全“基因敲除小鼠”。则该同源DNA片段的受体可以是小鼠()①胚胎干细胞②肝细胞③受精卵④卵细胞⑤精子A．①②③④⑤B．①③④⑤C．①③D．④⑤3、小鼠的‘基因靶向’研究技术