2023届 二轮复习 微专题(六)　与生物学相关的诺贝尔奖 学案

微专题(六)与生物学相关的诺贝尔奖诺贝尔奖是以瑞典著名化学家、硝化甘油炸药发明人诺贝尔的部分遗产作为基金在1900年创立的，它分设物理、化学、生理学或医学、文学、和平和经济学六个奖项。诺贝尔奖外籍华人获奖者有李政道、杨振宁、丁肇中等十人，屠呦呦是第一位获得诺贝尔科学奖项的中国本土科学家、第一位获得诺贝尔生理学或医学奖的华人科学家。诺贝尔生理学或医学奖是中国医学界迄今为止获得的最高奖项，也是中医药成果获得的最高奖项。很多高考题的情境来源于诺贝尔奖获得者的科学研究。1．2015年：屠呦呦提纯青蒿素治疗疟疾以及威廉·坎贝尔(WilliamC·Campbell)和大村智(Satoshiōmura)发现了阿维菌素创新线虫疗法。2．2016年：发现自体吞噬(autophagy)的机制。3．2017年：发现控制昼夜节律的分子机制。(关键词：周期基因per)4．2018年：发现负性免疫调节治疗癌症的疗法(关键词：PD－1和PD－L1)。5．2019年：发现细胞如何感知并适应氧气变化的含量(关键词：低氧诱导因子HIF)6．2020年：发现丙型肝炎病毒，CRISPR/Cas9基因编辑技术。7．2021年：发现温度和触觉感受器(关键词：辣椒素和相关受体)1．丙型肝炎病毒(HCV)是一种单链(＋)RNA病毒。HCV侵入人体肝细胞并完成增殖的过程如图所示。HCV进入肝细胞后，将RNA释放到细胞中并作为模板，在核糖体上合成一个多聚蛋白质，该蛋白质会被相应的蛋白酶切断为不同种类蛋白质并被埋入内质网的膜中，按照既定的排列顺序使内质网膜内凹，并开始复制病毒的RNA。生成的病毒的蛋白质中的一部分与复制出的病毒RNA组合成新病毒。下列有关说法正确的是()A．HCV的遗传物质彻底水解的产物有4种B．HCV通过其细胞膜与宿主细胞膜融合，入侵宿主细胞C．该病毒的(＋)RNA上含有与tRNA上的反密码子互补配对的碱基序列D．人体肝脏细胞被HCV感染后，抗体进入肝脏细胞将HCV清除答案C解析丙型肝炎病毒(HCV)是一种以RNA为遗传物质的病毒，彻底水解后产生核糖、磷酸和A、U、G、C4种碱基，共6种产物，A错误；丙肝病毒不具有细胞结构，没有细胞膜，B错误；HCV进入肝细胞后，将(＋)RNA释放到细胞中并作为翻译的模板，合成蛋白质，故(＋)RNA上含有与tRNA上的反密码子互补配对的碱基序列，C正确；抗体属于分泌蛋白，在细胞外起作用，无法进入肝脏细胞将HCV清除，D错误。2．(2022·天津高三模拟预测)青蒿素被世界卫生组织称作是“世界上唯一有效的疟疾治疗药物”，是从黄花蒿茎叶中提取的无色针状晶体，可用有机溶剂(乙醚)进行提取。它的抗疟机理主要在于其活化产生的自由基可与疟原蛋白结合，作用于疟原虫的膜结构，使其生物膜系统遭到破坏。下列说法不正确的是()A．青蒿素属于脂溶性物质B．青蒿素可以破坏疟原虫细胞的完整性C．青蒿素可破坏疟原虫的细胞膜、核膜和细胞器膜D．青蒿素的抗疟机理不会破坏高尔基体、内质网的功能答案D解析结合题干可知，可用有机溶剂(乙醚)提取青蒿素，青蒿素能溶于乙醚，属于脂溶性物质，A正确；根据题干“青蒿素作用于疟原虫的膜结构，使其生物膜系统遭到破坏”可知，青蒿素可破坏疟原虫的细胞膜、核膜和细胞器膜等，可以裂解疟原虫，破坏疟原虫细胞的完整性，B、C正确；青蒿素作用于疟原虫的膜结构，使其生物膜系统遭到破坏，高尔基体、内质网具有膜结构，青蒿素的抗疟机理会破坏高尔基体、内质网的功能，D错误。3．2019年诺贝尔生理学或医学奖颁给了三位科学家，以表彰他们在揭示细胞感知和适应氧气供应机制所做的贡献，研究发现当细胞缺氧时，缺氧诱导因子(HIF－Iα)与芳香烃受体核转位蛋白(ARNT)结合，调节基因的表达生成促红细胞生成素(EPO，一种促进红细胞生成的蛋白质激素)；当氧气充足时，HIF－Iα羟基化后被蛋白酶降解，调节过程如图所示。下列说法错误的是()A．在氧气浓度降低时，HIF－Iα可促进红细胞的生成，防止机体过度缺氧B．HIF－Iα能与ARNT特异性结合，与其氨基酸的排列顺序有关C．HIF－Iα可以调节基因的表达，发挥作用后被灭活而失去功能D．控制EPO的基因在表达时，转录、翻译过程只受氧气浓度影响答案D解析缺氧诱导因子(HIF－Iα)与芳香烃受体核转位蛋白(ARNT)结合，调节基因的表达生成促红细胞生成素(EPO，一种促进红细胞生成的蛋白质激素)，红细胞增多可以促进氧气的运输，防止机体过度缺氧，A正确；HIF－Iα能被蛋白酶降解，说明它是一种蛋白质，能与ARNT特异性结合，与其特异性有关，HIF－Iα的特异性与其氨基酸的排列顺序有关，B正确；HIF－Iα是一种激素，可以调节基因的表达，激素发挥作用后，很快被灭活而失去功能，C正确；控制EPO合成的基因在表达时，经过转录、翻译过程(需要多种酶催化)，受氧气浓度的影响，同时也受温度、pH等因素的影响，D错误。4．(2022·江苏高三模拟)辣椒素是辣椒中主要的辣味成分。研究发现，辣椒素和高温均能直接激活细胞膜上的受体TRPV1，使其作为离子通道协助相关离子跨膜运输，产生兴奋。兴奋沿伤害性传入神经上传至大脑。因为大脑对伤害性传入神经信号统一解读为“疼痛”，所以辣的感觉被定义为痛觉。下列分析不合理的是()A．细胞膜上的TRPV1被辣椒素激活后，膜电位变为内正外负B．TRPV1引发的兴奋必须经过完整反射弧的传递才能引发痛觉C．吃完辣椒后，马上喝冷水比喝热水更利于减轻辣椒素引发的疼痛D．可用TRPV1抑制剂研发镇痛药物，以减轻某些种类的疼痛答案B解析细胞膜上的TRPV1被辣椒素激活后，细胞产生兴奋，Na＋内流，产生内正外负的动作电位，A正确；痛觉的产生部位在大脑皮层，不需要经过完整的反射弧，B错误；由于辣椒素和高温均能直接激活细胞膜上的受体TRPV1，所以喝热水会加重辣椒素引发的疼痛，C正确；TRPV1接受刺激后，会将兴奋传递至大脑皮层产生痛觉，所以可用TRPV1抑制剂研发镇痛药物，以减轻某些种类的疼痛，D正确。5．(2022·重庆高三模拟)2021年诺贝尔生理学或医学奖颁给了疼痛机制的发现者DavidJulius和ArdemPatapoutian。他们发现了感知温度和触觉的受体TRPV1。TRPV1是一种感觉神经元细胞膜上的痛觉受体(一种跨膜蛋白)，辣椒素和43℃以上的高温等刺激会引发感觉神经元兴奋，从而产生痛觉和灼热感。为研究TRPV1的功能，构建缺失TRPV1基因敲除型小鼠完成相关实验。下列分析正确的是()A．据图1推测，野生型小鼠对饮水中添加辣椒素的反应有利于小鼠躲避伤害B．据图2推测，注射辣椒素后引起敲除型小鼠产生灼热感，导致体温上升C．敲除型小鼠在体温发生变化时不能通过调节最终维持稳态D．本实验不足之处为没有设置对照答案A解析辣椒素和43℃以上的高温等刺激会引发感觉神经元兴奋，从而产生痛觉和灼热感，据图1推测，野生型小鼠对饮水中添加辣椒素的反应是减少饮用辣椒水，有利于小鼠躲避伤害，A正确；注射辣椒素后，敲除型小鼠温觉的受体(通道蛋白)缺乏，不会产生灼热感，B错误；据图2可知，敲除型小鼠在体温发生变化时仍然能通过调节最终维持稳态，C错误；本实验中存在对照，D错误。6．(2022·湖北高三模拟)骨关节炎(OA)主要是由多种类型的细胞分泌过量的细胞因子引起(下图左)，症状表现为关节肿胀、疼痛等。上述细胞表面存在大量辣椒素受体TRPV1，进一步研究发现，TRPV1在缓解OA症状方面具有明显作用(下图右)。下列有关叙述错误的是()A．辣椒素与辣椒素受体TRPV1结合，引起Ca2＋内流，属于协助扩散B．Ca2＋内流导致C蛋白磷酸化，解除K蛋白和N蛋白的结合C．N蛋白进入细胞核，促进编码IL－6等细胞因子基因的表达D．降低感觉神经元上TRPV1通道的活性会加重疼痛答案C解析分析题图可知，辣椒素与辣椒素受体TRPV1结合后，Ca2＋内流，需要通道蛋白，不消耗能量，属于协助扩散，A正确；分析题图可知，辣椒素与辣椒素受体TRPV1未结合时，K蛋白和N蛋白结合在一起；Ca2＋内流后导致磷酸基团与C蛋白结合，促使C蛋白磷酸化，解除了K蛋白和N蛋白的结合，B正确；分析题图可知，N蛋白进入细胞核，抑制编码IL－6等细胞因子基因的表达，从而减少了IL－6等细胞因子的含量，C错误；降低感觉神经元上TRPV1通道的活性后，辣椒素与辣椒素受体TRPV1结合减少，IL－6等细胞因子分泌增加，会加重疼痛，D正确。7．(2022·江苏泰州高三期末)为研究igf2bp3基因的功能，研究者以斑马鱼为研究对象，通过CRISPR/Cas9技术构建igf2bp3基因缺失的突变模型。请回答下列问题：(1)图1表示CRISPR/Cas9的基本原理。向导RNA(sgRNA)端序列识别基因组DNA上的靶点，引导Cas9蛋白在特定位点上切断DNA双链。双链断裂的DNA可能通过非同源性末端连接修复导致DNA片段的缺失、倒位等而导致突变，称为“中靶”；也可能因同源重组修复将双链断裂的DNA恢复到原始序列，导致效应。(2)gRNA的合成与纯化。设计并合成特定的引物(图2示意引物之一：T7－靶点序列6－sfd)，以pMD19－gRNAscaffold质粒为模板。按照PCR反应程序：预变性5min；变性30s，退火30s，延伸40s，35个循环；再延伸10min。再延伸时间较长的目的是。扩增出的DNA在体外转录出gRNA并纯化。下图2中T7启动子的作用是。(3)突变体的构建与筛选。受精卵分成2组，通过技术注入特定浓度的Cas9蛋白和gRNA混合液1nL作实验组，另一组不注入作对照。欲判断靶点敲除是否有效，可挑选实验组20枚发育48h的胚胎提取DNA用于鉴定。若有效，剩下的胚胎培养至性成熟即F0。(4)igf2bp3基因在不同组织中的表达。为了解igf2bp3基因在野生型斑马鱼不同组织中的表达量，研究人员提取了年龄为90天的野生型斑马鱼生殖腺等不同组织的，逆转录后进行定量PCR，结果见下图3。由图3的结果分析可知：。(5)结果与分析。检测、筛选出F0嵌合体斑马鱼与野生型交配得F1，选择其中的杂合突变体自由交配，理论上F2中突变纯合子比例为。统计F2成年斑马鱼性别比例，杂合突变体中雌性占一半，而突变纯合子中雌性比例极低。请尝试作出合理的解释。。答案(1)5′脱靶(2)把没有延伸完的片段补全(子链得到充分的延伸)利于T7RNA聚合酶识别并启动转录(3)显微注射随机(4)总RNA(RNA)igf2bp3基因在各种组织中都表达，在生殖腺中表达水平最高(5)1/4igf2bp3基因被敲除后，卵巢的发育受到抑制解析(1)由图1可知，向导RNA的5′端序列识别基因组DNA上的靶点，引导Cas9蛋白在特定位点上切断DNA双链。若同源重组修复将双链断裂的DNA恢复到原始序列，即剪切失败，导致“脱靶”效应。(2)再延伸时间较长的目的是把没有延伸完的片段补全(子链得到充分的延伸)。启动子的功能是识别并结合RNA聚合酶启动转录，故T7启动子的作用是利于T7RNA聚合酶识别并启动转录。(3)将特定浓度的Cas9蛋白和gRNA混合液注入受精卵中，可采用显微注射法。欲判断靶点敲除是否有效，可随机挑选实验组20枚发育48h的胚胎提取DNA用于鉴定。