甲型H1N1流感与高中生物学试题设计

甲型 H1N1 流感与高中生物学试题设计 马宏柱马宏柱 背景资料背景资料 今年 4 月初 甲型 H1N1 流感开始在墨西哥蔓延 4 月 13 日墨西哥出现首例死亡病 例 4 月 25 日世卫组织宣布甲型 H1N1 流感为 国际关注的公共卫生事件 几个月来 感染病例持续增多 世卫组织将警戒级别不断提高 最后定为最高级六级 宣布甲型 H1N1 流感世界大流行 此次流感是一种由甲型 H1N1 流感病毒引起的呼吸系统疾病 通过对病毒的分离 鉴定 发现甲型 H1N1 病毒是一种 RNA 病毒 是流感病毒变异的新类型 其 RNA 的 8 个片段中 有 5 个片段来自猪流感 2 个片段来自禽流感 1 个片段来自人流感 为了繁 殖 流感病毒悄悄地潜入其宿主的细胞中进行自我复制 病毒基因组分为八段 它会复 制并组装每一段基因 使其成为新的病毒 当两种病毒侵入同一个细胞时 它们俩都开 始复制自己 从这个意义上来说 基因组就不只有八段了 其装配线上就有了十六段病 毒基因 这些基因在被称为重组的过程中开始慢慢地混合起来 就样一来 混合是可 能的 结果就产生一种新的病毒 就像眼前传染人类的病毒一样 埃里克森说 如果细胞里有三种不同的病毒 就可能 产生更多的组合 这种病毒四周的蛋白质衣壳除基质蛋白外 还有包膜 包膜是一层磷 脂双分子层 包膜上有血凝素刺突和神经氨酸刺突两种非常重要的糖蛋白 目前 各国 正在采取多种措施加强防控 一些国家正在加紧研制甲型 H1N1 流感疫苗 相关知识相关知识 生命的物质基础 生命的基本单位 生殖 遗传与变异 免疫 基因工程 细胞工 程 例题分析例题分析 1 甲型 H1N1 流感病毒完全水解后产生 A 多种氨基酸 4 种脱氧核糖核苷酸 B 多种氨基酸 4 种核糖核苷酸 C 1 种氨基酸 4 种脱氧核糖核苷酸 D 1 种氨基酸 4 种核糖核苷酸 答案 B 解析 甲型 H1N1 流感病毒的核心是 RNA 即核糖核酸 周围的蛋白质衣壳水解后有 多种氨基酸组成 2 下列哪项属于甲型 H1N1 病毒所具有的生命特征 A 具有细胞结构 B 能够独立进行新陈代谢 C 具有遗传和变异特性 D 离开宿主仍能繁殖后代 答案 C 解析 病毒没有细胞结构 必须寄生在宿主细胞内才能进行新陈代谢 复制产生后 代 将遗传物质传给后代 在某些条件下可产生变异类型 3 关于甲型 H1N1 病毒 下列说不正确的是 A 既不是真核生物 也不是原核生物 B 不能在培养基上增殖 细胞外无活性而有感染性 C 侵入到细胞内部后进行大量的增殖 D 由核衣壳组成 核衣壳由蛋白质组成 答案 D 解析 病毒是严格的细胞内寄生 不能在培养基上增殖 细胞外无活性而有感染性 核衣壳由核酸和蛋白质组成 4 研究发现 甲型 H1N1 病毒在细胞内增殖后以出芽形式释放出来 说明细胞膜具有 A 选择透过性 B 流动性 C 单层膜结构 D 分泌代谢特物 答案 B 解析 病毒在细胞内合成后 以细胞膜为包膜通过出芽方式释放 说明细胞膜具有 流动性 5 甲型 H1N1 病毒感染细胞后在细胞内的增殖方式属于 A 二分裂 B 出芽生殖 C 孢子生殖 D 核酸复制繁殖 答案 D 解析 甲型 H1N1 病毒在细胞内通过 RNA 复制 指导蛋白质合成 装配形成新病毒 6 病毒结构主要由 和 构成 位于内部 构成核心 四周由 构成的 包围 二者合称为 甲型 H1N1 病毒外围的包膜来自于 基质蛋白和包膜对病毒核心起 作用 答案 核酸 衣壳 核酸 蛋白质 衣壳 核衣壳 宿主细胞的细胞膜 保护 7 写出病毒感染细胞的五个主要阶段 病毒侵入细胞后 R NA 会复制并指导相关蛋白质的合成 其合成过程主要是先 再 形成衣 壳 所需的核苷酸和氨基酸原料来自于 病毒的蛋白质外壳合成的场所是细胞的 参与合成的细胞器还有 等 答案 吸附 侵入 合成 装配 释放 转录成 mRNA 翻译成蛋白质 宿主细 胞 细胞质 核糖体 内质网 高尔基体 8 甲型 H1N1 病毒抗原的特异性取决于 当甲型 H1N1 病毒侵入体后 往往首先通过 免疫作来阻止其利用 而播散 再通过 免疫作用来予以 彻底消灭 目前 其它流感疫苗不能预防甲型 H1N1 病毒流感 其根本原因是两种病毒 的 不同 从而使病毒表面具有不同的 若使用疫苗后 能刺激机体通 过特异性免疫作用产生 答案 抗原决定簇 体液 血液循环 细胞 RNA 抗原决定簇 抗体 记 忆细胞 效应细胞 9 目前我们国家已生产出甲型 H1N1 流感疫苗 假如人注射了新研发的疫苗但仍会患 甲型 H1N1 流感的话 其原因可能是 A 甲型 H1N1 病毒使人的免疫系统彻底破坏 B 疫苗使用后产生的抗体少 存留时间短 C 甲型 H1N1 病毒发生了变异 D 任何疫苗对病毒都没有预防作用 答案 C 解析 抗原具有特异性 若抗原发生变异 则相应体就无法与之发生特异性结合 10 有人认为 甲型 H1N1 病毒的 RNA 是猪流感病毒 禽流感病毒和人流感病毒的 R NA 组合在一起的新类型 那么组合最可能发生的时间是 A 在空气传播过程中 B 侵入机体的运输过程中 C 病毒从被侵染的细胞释放出来的过程中 D 侵入细胞后 RNA 复制过程中 答案 D 解析 只有不同的流感病毒同时侵入同一细胞 并在 RNA 复制过程中才可能出现不 同病毒 RNAR 的组合 11 如果利用基因工程制备病毒疫苗 就必须用 和 将目 的基因和运载体结合在一起 常用的运载体 有 写出三个 目的 基因和 结合形成重组质粒 重组质粒转移到受体细胞 主要是借助 或 侵染细胞的途径 答案 限制性内切酶 DNA 连接酶 质粒 噬菌体 动植物病毒 质粒 细菌 病毒 12 有些研究人员称 他们研制甲型 H1N1 流感疫苗 采用细胞培养技术 大大提高 了速度 动物细胞培养过程中 为使组织分散成单个细胞和将培养瓶中的细胞从瓶壁上 脱离下来需用 酶 动物细胞经原代培养 传代培养 最后形成了 和 在动物细胞培养中细胞进行 分裂 答案 胰蛋白酶 细胞株 细胞系 有丝 13 单克隆抗体在疾病的诊断 治疗和预防方面有许多优点 要制备甲型 H1N1 流感 单克隆抗体 首先将 注入小鼠体内 获得能产生与甲型 H1N1 病毒相特异性 结合抗体的 细胞 再与小鼠 细胞融合 在特定的选择性培养基中筛选出 经过体外或体内培养提取细胞产生 可得到大量的单克隆抗体 两种细胞融合时用灭 活的 或 诱导 答案 甲型 H1N1 病毒 B 淋巴 骨髓瘤 杂交瘤 仙台病毒 聚乙二醇 病毒是有生命的吗 如果病毒是有生命的 那么 病毒必能在合适的无生命的人工 培养基中生长繁殖 比如细菌 单个细胞 甚至于除去了细胞壁的原生质体 遗憾的是 病毒并不能在无生命的人工培养基中生长繁殖 只能通过感染进入合适的有生命的活细 胞中 依靠活细胞提供的能量 养料 酶系统 遗传复制系统 蛋白质合成与转运系统 进行自身遗传物质的复制与蛋白质的合成 病毒的个头很小 大约为 10 300nm 纳米 以至于能通过过滤细菌用的细菌 滤器 病毒的结构也非常简单 只有蛋白质外壳及其中包裹着的遗传物质 DNA 或 RNA 所以 在老布看来 病毒更像是一种非生命的有机大分子复合物 上图是包括这次在墨西哥流行的 H1N1 流感病毒在内的所有流感病毒的结构模式 图 1 所有流感病毒的遗传物质都是 RNA 核糖核酸 一条单链的流感病毒 RNA 分子分成八个节段 并与蛋白质结合在一起共同构成了图中的核糖核蛋白 不同类 型的流感病毒的核蛋白不同 据此可将流感病毒划分为甲 乙 丙三种类型 2 图中的聚合酶蛋白是在 RNA 的复制过程中 催化一条病毒 RNA 分子链合成 另一条完全相同的病毒 RNA 分子链的催化剂 3 图中包裹着核糖核蛋白的浅灰色的部分是病毒的外壳蛋白与膜蛋白 是包裹 病毒遗传物质的外壳 4 图中黑色的圆环是由两层脂类物质构成的类脂层 两层脂类物质的中间是疏 水的 而类脂层的内外两侧则是亲水的 关于类脂双层膜的模式图可参见拙文 蛋白质 跨膜运送与诺贝尔生理医学奖 类脂层中的脂类物质并不是由流感病毒的遗传物质 RNA 编码的 而是在流感病毒成熟释放过程中窃取自宿主细胞的 可见流感病毒不仅侵 染了宿主细胞 利用了宿主细胞复制了自己 而且 临走的时候 还顺手牵羊窃走了一 部份宿主的细胞膜 真是十恶不赦啊 5 图中从黑色圆环 类脂层 中生出的荆刺状物质分别是血凝素和神经氨酸酶 它们都是流感病毒与被感染细胞结合感染有关的物质 也是流感病毒最重要的两种表面 抗原 同一类型的流感病毒 根据其外表面上的血凝素和神经氨酸酶类型的不同而分为 不同的亚型 比如 H1N1 流感病毒的血凝素是 H1 亚型 而神经氨酸酶是 N1 亚型 所 以 这种病毒是甲型流感病毒的 H1N1 亚型 既然我们这个世界是多彩的 老布就又在网上搜到了一张彩色的流感病毒结构 模式图 1 血凝素 图中的 HA 如果将流感病毒分别与小白鼠 鸡 猴 人 猪等 动物血液中的红细胞一起混合 则发现这些动物的红细胞都可以发生凝集的现象 血凝 现象 而使红细胞产生血凝的物质就是流感病毒外表面上突出的血凝素 血凝素是一 种含糖的蛋白质 其中的蛋白质是由 RNA 编码的 具有亚型的特异性 而其中的多糖成 分则也是窃取自宿主细胞的 血凝素最主要的功能是 与宿主细胞表面上的受体结合形 成感染的第一步 或者与红细胞表面受体结合促成红细胞的凝集 2 神经氨酸酶 图中的 NA 也是一种糖蛋白 其中的糖类来自于宿主细胞 蛋白质由流感病毒 RNA 编码 具有抗原特异性 神经氨酸酶可以阻止流感病毒自身的凝 集 并在促进流感病毒感染其他细胞的过程中起重要作用 流感病毒的血凝素和神经氨酸酶中的蛋白质都极易发生变异 如果这种变异的量 很小 则称之为抗原性漂流 如果这种变异的量很大 以至于发生了质的变化 则称之 为抗原性转变 如果一种亚型的流感病毒发生了抗原性漂流 则将产生亚型内的新变种 只能引起中小规模的流感流行 如果发生了抗原性转变 则会产生新的亚型病毒 而常 常引发严重的流感大流行 好在 H1N1 流感病毒并不是甲型流感病毒的一种新亚型 人 类的免疫系统已经对这种病毒具有了一定的防御能力 所以 大规模的流行可能性并不 是很高 那么 流感病毒是怎样感染人或动物细胞 宿主细胞 流感病毒又是怎样借助 于宿主细胞的各种功能系统来完成自身的复制 繁殖 并从宿主细胞中释放出来的呢 上图是搜自于网络的艾滋病病毒及其感染宿主细胞模式图 由于各种病毒的感染 模式大体相同 所以 借助于这张图来说明流感病毒的感染过程 看上图中右上方的小图 这里将黄色的艾滋病病毒看作是流感病毒 a 流感病毒 上的血凝素与宿主细胞表面的血凝素受体结合 b 流感病毒通过宿主细胞膜进入宿主细 胞内 c d 流感病毒在宿主细胞内的多种水解酶的作用下水解掉 脱去 蛋白质外壳 e k 脱去蛋白质外壳的流感病毒遗传物质 RNA 借助于宿主细胞的各种酶系统来合成自 身新的 RNA 与蛋白质 从而完成自身的复制与繁殖 m 在宿主细胞内合成的病毒 RNA 和蛋白质经过组装形成新的流感病毒体并穿过宿主细胞膜释放出去 此后 流感病毒又 开始进行新一轮的感染 繁殖 释放过程 这是一张更为详尽的流感病毒感染宿主细胞模式图 因为本文是老布写给博友们 为一般了解 H1N1 流感病毒看的 所以 对此图 老布就不做更细致的说明 但整个感 染过程与前图所述大体一致 那么 甲型 H1N1 流感病毒会在人与猪之间相互传播吗 其实 早在 1918 年全球 甲型流感大流行 造成 2000 万人死亡 的时候 就在美国发现了临床症状与人流感相似 的流行性猪呼吸道疾病 并称之为猪流感 现已证实 不同的甲型流感病毒亚型不仅能 在人与猪之间 也可以在人与鸟 禽类 之间传播 了解了流感病毒感染宿主细胞的过程 那么 就可以有针对性地开发抗流感病毒药 物 比如 1 竞争宿主细胞表面的流感病毒受体 阻止流感病毒与宿主结合及进入宿 主细胞体内 2 阻止或干扰已进入宿主细胞的流感病毒 RNA 与蛋白质的合成 对于甲型流感病毒 目前有效的药物是 1 金刚烷胺和金刚乙胺 其作用机制是阻 止甲型流感病毒进入宿主细胞并干扰宿主细胞内的甲型流感病毒 RNA 的复制 2 奥 司他韦 Oseltamivir 经体内转化为奥司他韦羧酸 能竞争性地与流感病毒神经氨酸 酶的活动位点结合 因而可通过阻止流感病毒从宿主细胞中的释放 而减少流感病毒的 传播 各型流感病毒只能感染呼吸道粘膜上皮细胞并在其中繁殖 流感病毒表面上的特 异性抗原 血凝素和神经氨酸酶可以分别诱导机体产生相应的特异性抗体 所以 人 及动物对流感病毒的最有效防御就是机体对流感病毒产生的特异性免疫反应 病毒 细菌 肿瘤细胞等机体自身没有的外来物质都属于抗原异物 对于抗原异物 机体可通过非特异性免疫和特异性免疫两道防御体系来进行防御 以流感病毒感染为例 首先是非特异性免疫系统的巨噬细胞或单核细胞将进入体内的流感病毒吞噬消化 然后 特异性免疫系统的 T 淋巴细胞和 B 淋巴细胞对进入第二道防线的流感病毒进行第二次攻 击 T 细胞可以直接杀死病毒 而 B 细胞则可以通过产生特异性抗体与流感病毒结合清 除病毒 对流感病毒来说 由 B 细胞产生的特异性抗体是消灭流感病毒的最好利器 上图是抗原抗体反应模式图 1 图中左上方蓝色的方块表示流感病毒 蓝色方块表