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2015年诺贝奖生物试题


背景资料一: 10 月 5 日,瑞典卡罗琳医学院在斯德哥尔摩宣布,将 2015 年诺贝尔生理学或医学奖授予中国女药学家屠 呦呦,以及另外两名科学家威廉· 坎贝尔和大村智,分别发现了青蒿素和阿维菌素,可以有效治疗疟原虫和 线虫两大类寄生虫引发的疾病,为人类对抗寄生虫疾病的斗争找到了新方法,从而提升疾病治疗手段、改 善人类健康。疟疾是威胁人类生命的一大顽敌,它是一种由蚊子传播的、因单

细胞寄生虫——疟原虫入侵 红细胞引起发热并在严重情况下造成脑损伤和死亡的疾病。目前,每年还有 45 万人被疟疾夺去生命,其中 大多数是儿童。疟疾的传统疗法是使用氯喹或奎宁,但在上世纪 60 年代后期,这种方法成功率不断降低, 疟疾感染率呈上升趋势。屠呦呦当时在中国转向中草药,力求从中找寻治疗疟疾的新方法,她受到中国古 代医书关于青蒿治疗疟疾的记载启发,提炼出具有全新化学结构和显著抗疟功效的新药——青蒿素,再将 其应用于临床,成为一种能够在疟疾早期阶段扼杀疟原虫的有效药物,这一研究成果具有重要意义。医学 上很重要的另一类寄生虫——线虫也正在折磨世界上 1/3 的人类, 主要分布于撒哈拉以南的非洲地区、 南 亚、中美洲和南美洲,而河盲症(盘尾丝虫病)和淋巴丝虫病是两种最常见的由线虫引发的疾病。河盲症 患者会因眼睛角膜发炎而致盲, 淋巴丝虫病则会诱发淋巴水肿等终身感染的症状, 近百万人因此备受折磨。 日本微生物学家大村智专注于研究链霉菌,这一菌群生活在土壤中,能够产生很多活性化合物。他用独特 的方式大批培养菌株并保持其特征,然后从土壤中成功分离出新菌株并成功移植到实验室中,再选出其中 最具活性的 50 株作为新的生物活性化合物来源,这些菌株中的一个,后来被证明是阿维菌素的来源。威 廉· 坎贝尔出生在爱尔兰,现在美国任教,他是寄生虫领域的生物学家。坎贝尔从大村智手中收购了大批链 霉菌菌株以探求其功效,并证明其中一个菌株对牲畜寄生虫非常有效。这种活性物质提纯后命名为阿维菌 素, 此后又改进为伊维菌素。 伊维菌素最初作为兽药, 但后来发现它能够治疗人类的河盲症和淋巴丝虫病, 由此在非洲、拉美地区广泛分发使用,有效抗击了线虫类寄生虫引发的疾病。阿维菌素的衍生物伊维菌素 目前被运用于全球线虫类寄生虫病的治疗,其给人类带来的福祉也不可估量。这一研究成果使得相关疾病 濒临消灭,也是人类医学史上的一大壮举。 1.中国女科学家屠呦呦获 2015 年诺贝尔生理医学奖,她研制的抗疟药青蒿素挽救了数百万人的生命。在野 生植物中提取青蒿素治疗疟疾,这体现了野生生物的( ) A. 直接使用价值 B. 间接使用价值 C. 潜在使用价值 D. A 与 B 的总和 【答案】A 2.中国女科学家屠呦呦获 2015 年诺贝尔生理医学奖,她研制的抗疟药青蒿素挽救了数百万人的生命。青蒿 素是从植物黄花蒿的组织细胞中所提取的一种代谢产物,其作用方式目前尚不明确,推测可能是作用于疟 原虫的食物泡膜,从而阻断了营养摄取的最早阶段,使疟原虫较快出现氨基酸饥饿,迅速形成自噬泡,并 不断排出虫体外,使疟原虫损失大量胞浆而死亡。从上述的论述中,不能得出的是( ) A.疟原虫对外界食物的获取方式主要是胞吞,体现了细胞膜的流动性特点 B.细胞质是细胞代谢的主要场所,如果大量流失,甚至会威胁到细胞生存 C.疟原虫寄生在寄主体内,从生态系统的成分上来看,可以视为分解者 D.利用植物组织培养的方式,可以实现青蒿素的大规模生产 【答案】C

3.中国女科学家屠呦呦获 2015 年诺贝尔生理医学奖,她研制的抗疟药青蒿素挽救了数百万人的生命。但是 青蒿中青蒿素的含量很低,且受地域性种植影响较大。研究人员已经弄清了青蒿细胞中青蒿素的合成途径 (如图实线框内所示),并且发现酵母细胞也能够产生青蒿素合成的中间产物 FPP(如图虚线框内所示)。 请回答问题:

(1)在 FPP 合成酶基因表达过程中,完成过程①需要 酶催化,完成过程②需要的物质有 、 、 等,结构 有 。 (2) 根据图示代谢过程, 科学家在设计培育能生产青蒿素的酵母细胞过程中, 需要向酵母细胞中导入 、 等 基因。 (3)实验发现,酵母细胞导入相关基因后,这些基因能正常表达,但酵母合成的青蒿素仍很少,根据图解 分析原因可能是 ,为提高酵母菌合成的青蒿素的产量,请提出一个合理的思路 。 (4)利用酵母细胞生产青蒿素与从植物体内直接提取相比较,明显的优势有 、 、 等。 【答案】 (1)RNA 聚合 氨基酸 ATP tRNA 核糖体 (2)ADS 酶基因 CYP71AV1 酶基因 (3)FPP 合成固醇 通过基因改造降低 FRG9 酶活性 (4)青蒿素产量高 成本低 适合各地生产 4.中国女科学家屠呦呦获 2015 年诺贝尔生理医学奖,她研制的抗疟药青蒿素挽救了数百万人的生命。利用 雌雄同株的野生型青蒿(二倍体,体细胞染色体数为 18),通过传统育种和现代生物技术可培育高青蒿素含 量的植株。请回答以下相关问题: (1)假设野生型青蒿白青秆(A)对紫红秆(a)为显性,稀裂叶(B)对分裂叶(b)为显性,两对性状独立遗传,则野 生型青蒿最多有________种基因型;若 F 代中白青秆、稀裂叶植株所占比例为 3/8,则其杂交亲本的基因型
1

组合为________________,该 F 代中紫红秆、分裂叶植株所占比例为________。
1

(2)四倍体青蒿中青蒿素含量通常高于野生型青蒿,低温处理野生型青蒿正在有丝分裂的细胞会导致染色体 不分离,从而获得四倍体细胞并发育成植株。推测低温处理导致细胞染色体不分离的原因是________。四 倍体青蒿与野生型青蒿杂交后代体细胞的染色体数为________。 【答案】

(1)9 AaBb×aaBb、AaBb×Aabb 1/8 (2)低温抑制纺锤体形成 27 5.中国女科学家屠呦呦获 2015 年诺贝尔生理医学奖,她研制的抗疟药青蒿素挽救了数百万人的生命。研究 人员已经弄清了青蒿细胞中青蒿素的合成途径(如图中实线方框内所示),并且发现酵母细胞也能够产生 合成青蒿酸的中间产物 FPP(如图中虚线方框内所示)。

(1)在 FPP 合成酶基因表达过程中,mRNA 通过 进入细胞质,该分子的作用是作为 的模板。 (2)根据图示代谢过程,科学家在培育能产生青蒿素的酵母细胞过程中,需要向酵母细胞中导入什么基 因? 。此过程构建的基因表达载体应该含有 RNA 聚合酶识别和结合的部位,以驱动目的基因的 ,该部位 称为启动子。 (3)实验发现,酵母细胞导入相关基因后,这些基因能正常表达,但酵母菌合成的青蒿素仍很少,根据图 解分析原因可能是 。 (4)野生型青蒿白青秆(A)对紫红秆(a)为显性,稀裂叶(B)对分裂叶(b)为显性,两对性状独立 遗传,则野生型青蒿最多有 种基因型;若 F 代中白青秆、稀裂叶植株所占比例为 3/8,则其杂交亲本的基


因型组合为 【答案】

,该 F 代中紫红秆、分裂叶植株占所比例为 。


(1)核孔 合成 FPP 合成酶 (2)ADS 酶基因、CYP71AV1 酶基因 转录 (3)酵母细胞中部分 FPP 用于合成固醇 (4)9 AaBb×aaBb 或 AaBb×Aabb 1/8 6.中国女科学家屠呦呦获 2015 年诺贝尔生理医学奖,她研制的抗疟药青蒿素挽救了数百万人的生命。我国 山西的青蒿资源非常丰富,本研究为开发利用青蒿资源提供实验依据。 【实验一】 研究目的:比较同一植株不同生长期叶片中青蒿素含量的差异 材料准备:5~9 月期间,分别采集成苗期、生长盛期、花期和果期的青蒿叶,干燥后粉碎备用。 (1)根据研究目的,下列属于实验时需控制的因素是_____________。(多选) A.采摘时叶片中含水量

B.采集叶片时的气温 C.叶片的着生位置 D.叶片干燥的程度 (2).将实验数据绘制成图。

该坐标图的横坐标名称是__________,纵坐标名称是__________。 (3).根据实验一的研究结果,选择 期的青蒿作为继续研究的实验材料。 【实验二】 材料准备:采集青蒿不同组织如根、茎、老叶(叶龄 21d)、新叶(叶龄 7d),共采集 3 次,每次在同一 地方随机采样。所有样品均采用烘干和自然干燥 2 种方式干燥,粉碎后备用。 实验结果:青蒿素含量(mg/g) 第 1 次采集: 根:1.02(晒干),0.74(烘干); 茎:0.09(晒干),0.04(烘干); 老叶:3.91(晒干),2.66(烘干); 新叶:4.57(晒干),3.49(烘干)。 第 2 次采集: 根:1.05(晒干),0.72(烘干); 茎:0.11(晒干),0.09(烘干); 老叶:4.02(晒干),2.71(烘干); 新叶:4.65(晒干),3.69(烘干)。 第 3 次采集: 根:1.14(晒干),0.79(烘干); 茎:0.10(晒干),0.02(烘干); 老叶:4.05(晒干),2.95(烘干); 新叶:4.58(晒干),3.59(烘干)。 (4)本实验的研究目的是_____________________________。

(5)根据研究目的,设计一个实验数据记录表,用于记录上述数据。(不用抄录数据) 【答案】 (1).CD (2).生长期 青蒿素含量(mg/g) (3).生长盛期 (4).不同组织中青蒿素含量的比较以及不同干燥方法对青蒿素含量的影响(2 分) (5).青蒿素含量实验数据记录表(mg/g)

背景资料二:2015 年诺贝尔化学奖揭晓,瑞典、美国、土耳其三位科学家 Tomas Lindahl、

Paul Modrich 和 Aziz Sancar 获奖。获奖理由是“DNA 修复的机制研究”。Aziz Sancar 绘 制出了核苷酸切除修复机制,细胞利用切除修复机制来修复 UV 造成的 DNA 损伤。天生缺失 这种机制的人暴露在太阳光下, 可导致皮肤癌的发生。 细胞还可利用此机制修复致突变物或 其他物质引起的 DNA 损伤。Paul Modrich 证明了细胞在有丝分裂时如何去修复错误的 DNA, 这种机制就是错配修复。 错配修复机制使 DNA 复制出错几率下降了一千倍。 如果先天缺失错 配修复机制可导致癌症的发生,例如遗传性结肠癌的发生。 1.2015 年诺贝尔化学奖颁给了研究 DNA 修复细胞机制的三位科学家,细胞通过 DNA 损 伤修复可使 DNA 在复制过程中受到损伤的结构大部分得以恢复。 下图为其中的一种方式— —切除修复过程示意图。下列有关叙述不正确的是( ) A.图示过程的完成需要限制酶、解旋酶、DNA 聚合酶、DNA 连接酶等的共同作用 B.图中二聚体的形成可能受物理、化学等因素的作用所致 C.图示过程涉及到碱基互补配对原则 D.DNA 损伤修复降低了突变率,保持了 DNA 分子的相对稳定性

【答案】A 【解析】A 错,不需要解旋酶。 2. 2015 年诺贝尔化学奖颁给了研究 DNA 修复细胞机制的三位科学家, 下图是受损的 DNA 分子在人体内的自动切除、修复示意图,以下说法错误的是( )

A.酶 1 作用的化学键是磷酸二酯键 B.该修复过程遵循碱基互补配对原则 C.图中的结构缺陷可能是多种原因引起的碱基错配或修饰 D.酶 4 应该是 DNA 聚合酶 【答案】D 【解析】酶 4 应该是 DNA 连接酶吧! 3. 2015 年诺贝尔化学奖颁给了研究 DNA 修复细胞机制的三位科学家。 纳米科技是跨世纪 新科技,将激光束的宽度聚焦到纳米范围内,可对人体细胞内的 DNA 分子进行超微型基因 修复,把尚令人类无奈的癌症、遗传疾病彻底根除,这种对 DNA 进行修复属于( ) A.基因突变 B.基因重组 C.基因互换 D.染色体变异 【答案】A 4. 2015 年诺贝尔化学奖颁给了研究 DNA 修复细胞机制的三位科学家。 基因治疗的基本原 理是用转基因技术将目的基因导人患者受体细胞,对 DNA 分子进行纠正或修复,从而达到 治疗疾病的目的,这种对 DNA 的修复属于 ( )

A.基因转换 B.基因突变 C.基因重组 D.基因遗传 【答案】C 5. 2015 年诺贝尔化学奖颁给了研究 DNA 修复细胞机制的三位科学家。 P53 基因能编码一 个由 393 个氨基酸组成的蛋白质,该蛋白质可与 DNA 发生特异性结合以阻止损伤的 DNA 复制,促使 DNA 自我修复;如修复失败则引起细胞出现“自杀”现象。下列有关叙述错误 的是( ) A、与 P53 蛋白质的合成有关的细胞器是核糖体、内质网、高尔基体、线粒体 B、细胞分裂过程中若 DNA 受损,P53 蛋白质可使间期时间延长 C、癌细胞的形成可能与 P53 基因突变有关 D、细胞出现“自杀”现象属于细胞凋亡 【答案】 A 6. 2015 年诺贝尔化学奖颁给了研究 DNA 修复细胞机制的三位科学家。 着色性干皮症是一 种常染色体隐性遗传病,起因为 DNA 损伤,患者体内缺乏 DNA 修复酶,DNA 损伤后不 能修补从而引起突变。这说明一些基因( ) A.通过控制酶的合成,从而直接控制生物性状 B.通过控制蛋白质分子结构,从而直接控制生物性状 C.通过控制酶的合成来控制代谢过程,从而控制生物性状 D.可以直接控制生物性状,发生突变后生物性状随之改变 【答案】C 7. 2015 年诺贝尔化学奖颁给了研究 DNA 修复细胞机制的三位科学家。 P53 蛋白对细胞分 裂起监视作用。P53 蛋白可判断 DNA 损伤的程度,如果损伤较小,该蛋白就促使细胞自我

修复(过程如图所示);若 DNA 损伤较大,该蛋白则诱导细胞凋亡。下列有关叙述错误的是 ( ) A.P53 蛋白可使 DNA 受损的细胞分裂间期延长 B.P53 蛋白可导致细胞内的基因选择性表达 C.抑制 P53 蛋白基因的表达,细胞将不能分裂 D.若 P53 蛋白基因突变,则可能导致细胞癌变 【答案】C 【解析】C 错,会分裂。 8.2015 年诺贝尔化学奖颁给了研究 DNA 修复细胞机制的三位科学家。 “今又生”是我国 为数不多的首创基因治疗药物之一,其本质是利用腺病毒和人 P53 基因(抑癌基因)拼装 得到的重组病毒。人的 P53 蛋白可对癌变前的 DNA 损伤进行修复,使其恢复正常,或诱 导其进入休眠状态或细胞凋亡,阻止细胞癌变。“今又生”的载体采用第一代人 5 型腺病 毒,其致病力很弱,其基因不整合到宿主细胞的基因组中,无遗传毒性;载体经基因工程改 造后,只对细胞实施一次感染,不能复制,不能污染。请回答下列问题: (1)在“今又生”的生产中,为了获得更高的安全性能,在载体一般应具备的条件中,科 学家选择性地放弃了一般载体都应该具有的。 检测 P53 基因的表达产物, 还可以采用技术。 (2)如果要获取人类基因组中抑癌基因 P53,可以采取的方法通常包括和通过化学方法人 工合成。目的基因的大量扩增则可以采用,该技术中需使用的一种特殊的酶是。 (3)在研究中如果要获得胚胎干细胞进行研究,则胚胎干细胞可来源于囊胚期 的_,或胎儿的原始性腺,也可以通过技术得到重组细胞后在进行相应处理获得。在哺乳动 物早期发育过程中,囊胚的后一个阶段是 【答案】(1)复制原点 抗原---抗体杂交法

(2)从基因文库 PCR Taq 酶 (3)内细胞团 核移植 原肠胚 【解析】 (1) 为了防止载体的复制, 需放弃载体中的复制原点, 检测外源基因的表达产物, 可采取抗原-抗体杂交法。 (2)获取目的基因的方法有人工合成法和从基因文库中获取,目的基因扩增的方法是 PCR 技术,该技术中特殊的酶是耐高温的 Taq 酶。 (3)胚胎干细胞来源于囊胚期的内细胞团或胎儿的原始性腺。也可通过核移植技术得到重 组细胞后经相应处理获得,囊胚期的后一个阶段是原肠胚期


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