生物中的各种技术-2025年高考生物复习热点背练清单（解析版）

清单08生物中的各种技术

一、CRISPR/Cas9技术

1.CRISPR/Cas9技术敲除掉部分基因原理

（1）CRISPR/Cas9是细菌的一种后天免疫防

酿脓链球?^,'四。（土病毒

病毒DNA/苧%

御机制——CRISPR序列示意图如下（其中，“翕毒EJNA「序列［病用DNA

菱形框表示高度可变的间隔序列，正方形表1------------CRISPRDNA-------------------------------------1

细菌在基因组的CRISPR片段中插入一段

1病毒DNA。每段病毒DNA之间是一段重

示相对保守的重复序列），其中的“间隔序复序列。

cCRISPRDNA被复制，创▼

2遥由一个仅RNA分?。/

CRISPRDNA—

列”来源于病毒或外源质粒的一小段DNA,1MMM

CRISPRRNA—.........1M1tti1MMl1Hz0MMMtX

是细菌对这些外来入侵者的“记录”。

RNaseIII

基因魔剪

⑵病毒或外源质粒上存在“原间隔序列”，

tracrRNA与CRISPRRNA的重复部分契合，就像拼图

“间隔序列”正是与它们互相对应。“原间Q一样。当tracrRNA连接到CRISPRRNA上时，废剪蛋

白Cas9也连接到复合物上。长分子随后被RNaseDI切;

割成更小的片段。

隔序列”的选取并不是随机的，这些原间隔完成的基因魔剪包含r来自单个病毒的编▼

4码。如果细菌再次被同样的病毒感染，基

因魔剪将会立刻识别出来，并将病毒裂解。

序列的两端向外延伸的几个碱基往往都很

热毒DM4mMl1nM

^Cas9

保守，我们称为PAM（原间隔序列临近基序）。

⑶当病毒或外源质粒DNA首次入侵到细菌

体内时，细菌会对外源DNA潜在的PAM序列进行扫

描识别，将临近PAM的序列作为候选的“原间隔序

列”，将其整合到细菌基因组上CRISPR序列中的两个

“重复序列”之间。这就是“间隔序列”产生的过程。

⑷当外源质粒或病毒再次入侵宿主菌时，会诱导

CRISPR序列的表达。同时，在CRISPR序列附近还有

一组保守的蛋白编码基因，称为Cas基因。CRISPR序

研究人员能够让细如果研究人员想要插入、修

复或编辑某个基因，他们可

列的转录产物CRISPRRNA和Cas基因的表达产物等胞自身修复DNA中

的切口。在大多数以特别为此设计一个小型DNA

模板。当细胞修复基因组中

一起合作,通过对序列的识别，以及“间隔序列”情况下，这会让基

PAM因功能被关闭的切口时，它会使用模板，基

因组中的编码因此会改变

与外源DNA的碱基互补配对，来找到外源DNA上的

_________________修复模板

靶序列，并对其切割，降解外源DNA。这也就实现了

,4、IIIIIHIIIIIIHIIbII।II।III।III।।।।I

易出错的修复二二二二:二二二二

对病毒或外源质粒再次入侵的免疫应答。

插入菌DNA

2.CRISPR/Cas9技术的运用和发展

⑴具体运用如下图所示，在待敲除基因的上下游各设计一条向导RNA（指导RNA）,将其与含有Cas9

蛋白编码基因的质粒一同转入细胞中，向导RNA通过碱基互补配对可以靶向PAM附近的目标序列，

Cas9蛋白会使该基因上下游的DNA双链断裂。对于DNA双链的断裂这一生物事件，生物体自身存

在着DNA损伤修复的应答机制，会将断裂上下游两端的序列连接起来，从而实现了细胞中目标基因

的敲除。

（2）CRISPR/Cas9基因魔剪：当研究人员要用基因魔剪来编辑一个基因组时，他们会人工构建一个指

导RNA,它与将要被切割的DNA代码相匹配。魔剪蛋白Cas9与指导RNA形成复合物，将魔剪带

到基因组中将要进行切割的地方。

⑶原始的CRISPR/Cas9会由于RNA定位偏差而出现脱靶效应，现在通过改进，可以大幅降低脱靶效

应。同时还发现了一些新的系统，除了最开始的Cas9,后面又找到了Casl2的一系列酶，机理上有

一定不同，但还是用以切割DNA；还有Casl3则用于切割RNA。基于Casl2和Casl3的开发以及机

制研究，又发展出了新的工具用于快速检测病毒，效率可以达到几分钟检测一个样品，并且用到了现

在的新冠病毒检测中。

二、电泳图谱分析

电泳是带电物质在电场中向着与其电荷相反的电极移动的现象。各种生物大分子在一定的pH条

件下，可以解离成带电荷的离子，在电场中会向相反的电极移动。在分析核酸、蛋白质等生物大分子

时，电泳是一个非常有效的手段。含有电解液的凝胶在电场中，其中的电离子会发生移动，此时移动

的速度可因电离子大小、形态及电荷量的不同而有差异。利用移动速度差异，就可以区别各种大小不

同的分子。

琼脂糖凝胶电泳是分子生物学实验室中分离鉴定核酸的常规方法。核酸是两性电解质，其等电点

为PH225,在常规的电泳缓冲液中（pH约8.5）,核酸分子带负电荷，在电场中向正极移动。线状双链

DNA分子在一定浓度琼脂糖凝胶中的迁移速率与DNA分子量对数成反比,分子越大则所受阻力越大，

也越难于在凝胶孔隙中移动，因而迁移得越慢。

【能力提升练】

1.2020年诺贝尔化学奖授予了两位女科学家以表彰她们在基因编辑研究领域做出的卓越贡献。这两

位科学家巧用CRISPR/Cas9基因剪刀，以极高的精度编辑了动物、植物和微生物的DNA.CRISPR/Cas9

基因组编辑系统工作原理如图所示，关于此技术的解释错误的是（）

“NGG”PAMJ^歹ij

5',

3,IIIIIIIUIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIHII

基因组DNA、飞

二，11川川川川IIHII_

5I川川对川川口

弓|导RNA：识别DNA

3'

A.Cas9为一种能使磷酸二酯键断裂的酶

B.DNA-RNA杂交区域不存在T-A碱基对

C.在单链引导RNA中也存在碱基互补配对

D.人为改变引导RNA的序列可实现对特定基因的切割

【答案】B

【详解】A、分析题意可知，Cas9蛋白功能类似于基因工程中限制酶的作用，Cas9能够切割DNA,是

一种能使磷酸二酯键断裂的酶，A正确;

B、DNA分子的碱基组成是A、T、G、C,RNA的碱基组成是A、U、G、C,故DNA-RNA杂交区域存在「A

碱基对，B错误;

C、据图可知，向导RNA有折叠成双链的片段，故在单链引导RNA中也存在碱基互补配对，C正确;

D、向导RNA能识别并结合特定的DNA序列，所以人为改变向导RNA的序列可实现对特定基因的切害U，

D正确。

2.下图1是某单基因遗传病的遗传系谱图，在人群中的患病率为1/8100,科研人员提取了四名女性

的DNA,用PCR扩增了与此基因相关的片段，并对产物酶切后进行电泳（正常基因含有一个限制酶切

位点，突变基因增加了一个酶切位点）。结果如图2,)

IO

12正常男性

IIQJ正常女性

hriddd■•患者

12345

m

图1

A.该病为X染色体上的隐性遗传病B.11-1与H-2婚配生一个患病男孩的概率是1/8

C.该突变基因新增的酶切位点位于310bp中

D.如果用PCR扩增H-2与此基因相关的片段，酶切后电泳将产生2种条带

【答案】C

【详解】A、1-1和1-2表现正常，但生下了n-2的患病女性，所以该病是常染色体隐性遗传病，A

错误;

B、该病在人群中的患病率为1/8100,则致病基因频率为1/90,正常基因频率为89/90,根据基因平

衡定律，H-1的基因型为89/91AA、2/91Aa,其与H-2Aa婚配生一个患病男孩的概率为2/91X

1/4=1/182,B错误；

C、结合图2可知，正常基因酶切后可形成长度为310bp和118bp的两种DNA片段，而基因突变酶切

后可形成长度为217bp、93bp和118bp的三种DNA片段，这说明突变基因新增的酶切位点位于长度为

310bp(217+93)的DNA片段中，C正确；

D、基因突变酶切后可形成长度为217bp、93bp和H8bp的三种DNA片段，11-2基因型是aa,只含有

突变基因，所以酶切后电泳将产生三种条带，D错误。

3.美国纽约大学朗格尼健康中心日前实施了一台特殊的肾移植手术，医生成功将一头转基因猪(通

过基因编辑技术敲除a-Gal基因)的肾脏移植到人体，且随后3天里均未发生排异现象，病人体内

的一些指标也降至正常水平。CRISPR/Cas9系统是目前最常用的一种基因编辑工具，该系统由向导RNA

(SgRNA)和Cas9蛋白组成，由SgRNA引导Cas9蛋白在特定的基因位点进行切割完成基因编辑过程，

其原理如图所示。下列相关叙述中，错误的是()

非靶DNA分子

蛋白

Cas9注入受体细胞3

CasQ-sgRNA

复合体复合体自发识别、结

合并切割靶D'A分子a-Gal基因

A.通常选择受精卵作为受体细胞，是因为受精卵体积大容易操作

B.将Cas9-SgRNA复合体注入受体细胞的常用方法是显微注射法

C.推测Cas9蛋白与限制性核酸内切酶具有相似的功能

D.转基因猪的培育过程还需要用到胚胎移植等现代生物技术

【答案】A

【详解】A、由于受精卵的全能性高，因此基因工程中常选用受精卵作为外源基因的受体细胞，A错

误；

B、结合题意可知，本操作中的受体细胞为受精卵，将Cas9-SgRNA复合体注入受精卵细胞的常用方法

是显微注射法，B正确；

C、结合题意“由SgRNA引导Cas9蛋白在特定的基因位点进行切割来完成基因的编辑过程”可知，该

基因编辑工具中对基因进行剪切的是Cas9蛋白，即Cas9蛋白与限制性核酸内切酶具有相似的功能，

C正确；

D、转基因猪的肾脏需要移植到人体中起作用，故在此之前还需要用到胚胎移植等现代生物技术，D

正确。

4..CRISPR/Cas9基因编辑技术能够高效剪切、更改基因中的遗传信息。其基本原理是利用单链向导

RNA（sgRNA）引导Cas9蛋白切割特定的基因位点，以达到敲除基因或插入新基因的目的。回答下列

问题：

（1）sgRNA作为向导，其碱基序列应该与靶基因的碱基序列，Cas9蛋白相当于酶。

sgRNA序列长度不能过短，否则容易出现“脱靶”（与其他基因片段结合），推测“脱靶”最可能的原

因是O

⑵进行基因编辑需构建CRISPR/Cas9重组质粒，将重组质粒导入经处理的大肠杆菌细胞。

要将目的基因整合到重组质粒中需确保两者具有相同的。

⑶在分子水平上判断靶基因是否已从某生物的基因组DNA上成功敲除，可采用的方法是,

请简述该操作方法及该方法的判断依据2。

【答案】（1）互补配对限制sgRNA序列长度越短，其序列的特异性越低，越容易与其

他基因片段结合，从而导致“脱靶"（2）Ca2+黏性末端

（3）DNA分子杂交将靶基因制成DNA分子探针，与基因组DNA杂交；若没有显示杂交带，

就表明靶基因已经被敲除

【详解】（1）据题可知，RNA（sgRNA）能引导Cas9蛋白切割特定的基因位点，该引导过程依赖于其

碱基序列应该与靶基因的碱基序列互补配对；Cas9蛋白能切割特定的基因位点，相当于限制酶；sgRNA

序列长度越短，其序列的特异性越低，越容易与其他基因片段结合，从而导致“脱靶”。

（2）将目的基因导入微生物细胞时，需要用钙离子处理微生物细胞，使其处于易于吸收环境中DNA

分子的感受态；要将目的基因整合到重组质粒中需确保两者具有相同的黏性末端，便于用DNA连接酶

进行连接。

（3）在分子水平上判断靶基因是否已从某生物的基因组DNA上成功敲除，可采用的方法是DNA分子

杂交技术，通过观察是否有杂交带出现进行判断：将靶基因制成DNA分子探针，与基因组DNA杂交；

若没有显示杂交带，就表明靶基因已经被敲除。

三、乳腺生物反应器

乳腺生物反应器原理是应用转基因技术，将目的基因转移到尚处于原核阶段的动物胚胎中（通常

是受精卵）。经胚胎移植得到转基因乳腺表达多肽药物，如蛋白酶、抗体等蛋白的技术。

外源基因在乳腺细胞中特异性表达，需要乳腺蛋白基因的一个启动子和调控区。这需要一个引导

泌乳期乳腺蛋白基因表达的序列，这样才能将外源基因置于乳腺特异性调控序列控制之下，使其在乳

腺中表达，再通过回收奶获得具有生物活性的目的蛋白。

启动子是位于结构基因上游的一段可以行使转录起始功能的序列（限于高中知识，结构介绍略，

如图）。不同类型的细胞具有不同的启动子，这使得细胞能够表达不同的基因，从而实现细胞特异性。

启动子决定了目的基因在何时何处表达，而使用乳腺生物反应器的目的是特异性的生产目的基因蛋白。

当目的基因与乳腺蛋白基因的启动子重组时，目的基因获得了在乳腺细胞中特异表达的能力，因而可

以在乳腺细胞中高表达。

启动子区

2.步骤一一利用乳腺生物反应器生产人的血清白蛋白

（1）通过限制酶获得目的基因或人工合成目的基因获得人的血清白蛋白基因。

（2）人的血清白蛋白基因和乳腺组织特异性表达的启动分子等调控组建重组在一起，其中，乳

腺蛋白基因（BLG基因）5,端调控序列作为启动子装载，构建基因表达载体，启动子是RNA聚合酶

识别和结合的部位，能驱动目的基因转录出mRNA,所以能使目的基因在动物的乳腺细胞中特异性表

达。

启动子在使用特点上又可分为三大类：组成型启动子、特异性启动子、诱导启动子。特异性启动

子只能在特定细胞表达，因此适合动物实验使用，乳腺蛋白基因就是一咱特异性启动子；诱导启动子

需要加入特定的药物才能激发或者抑制其活性，如四环素诱导TRE表达；而表达系统中，运用最多的

则是组成型启动子，这类启动子在绝大部分细胞里面都能维持一定的表达活性。当目的基因直接与乳

腺蛋白基因重组时，重组蛋白的表达特异性将取决于重组基因前的启动子。

（3）通过显微注射法方法导入哺乳动物的受精卵，将受精卵体外培养至囊胚期时，可用分割针

分割部分滋养层细胞进行性别鉴定，将雌性胚胎植入母体，以确保培育的转基因动物能分泌乳汁。

（4）将胚胎移植到同种的生理状态相同的受体中，发育，产仔，得到转基因动物。

【能力提升练】

利用转基因母牛乳腺生物反应器可生产蛛丝蛋白，获得转基因母牛的过程如图所示。

请回答下列问题：

（1）从雌牛的卵巢中采集的卵母细胞需要培养到期才能进行体外受精，体外受精

前，需要对精子进行获能处理。当一个精子进入卵细胞后会激发卵子发生反应，

如和等。

（2）在过程①中，蛛丝蛋白基因应与基因的启动子等调控组件重组在一起。在过

程④前，需对囊胚的进行切割并做DNA分析进行性别鉴定，再选用雌性胚胎进行

移植。

（3）从生理学基础角度看，胚胎移植能成功的原因有

_________________________________________________________________________（任意两点即可）。

答案：（1）MH透明带反应卵细胞膜反应（2）牛乳腺蛋白滋养层（3）①哺乳动物

发情排卵后，不管是否妊娠，在一段时间内，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的；②

早期胚胎在一定时间内处于游离状态，为胚胎的收集提供了可能；③受体对移入子宫的外来胚胎基本

上不发生免疫排斥反应；④供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系

解析：（1）从雌牛的卵巢中采集的卵母细胞需要培育到Mil期才能进行体外受精，阻止多精入卵

的两道屏障是透明带反应和卵细胞膜反应。（2）启动子可以驱动基因的转录，在过程①中，蛛丝蛋白

基因应与牛乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，使蛛丝蛋白基因只在乳腺组织中表达。滋

养层细胞将来发育为胎膜和胎盘，故对囊胚的滋养层进行切割并做DNA分析进行性别鉴定。（3）从生

理学基础角度看，胚胎移植能成功的原因有①哺乳动物发情排卵后，不管是否妊娠，在一段时间内，

同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的；②早期胚胎在一定时间内处于游离状态，为胚胎

的收集提供了可能；③受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应；④供体胚胎可与受体

子宫建立正常的生理和组织联系。

四、蛋白质的磷酸化和去磷酸化

蛋白质磷酸化是指由蛋白质激酶催化的把ATP的磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基（丝氨酸、

苏氨酸、酪氨酸）上的过程，或者在信号作用下结合GTP,是生物体内一种普通的调节方式，在细胞

信号转导的过程中起重要作用。

在细胞中，大概有1/3的的蛋白质被认为是通过磷酸化修饰的。蛋白质的磷酸化修饰与多种生物

学过程密切相关，如DNA损伤修复、转录调节、信号传导、细胞凋亡的调节等。

可逆的蛋白质磷酸化

A1PADP

Pi112()

磷酸化改变蛋白表面电荷分布，静电力使构象发生变化，暴露活性位点。因为每个磷酸基团携带

两个负电荷，通过蛋白激酶的催化将磷酸基团加到蛋白质上能导致蛋白构象的显著变化，例如，可以

通过吸引一群带正电荷的氨基酸侧链。反过来，这个构象的变化能够影响蛋白表面配体的结合，从而

改变蛋白的活性。通过另一种酶（蛋白磷酸酶）去除磷酸基团，蛋白质就能恢复到最初的构象和活性。

2.磷酸化的意义

磷酸化和去磷酸化是一种分子开关形式。一些蛋白平时处于失活状态，必须被激酶磷酸化之后才

才可以发挥活性，进一步转导各种生命过程。而有些正好相反，某些蛋白磷酸化时是失活的，必须经

过磷酸酶去磷酸化才可以激活。

磷酸化（由激酶催化）和去磷酸化（由磷酸酶催化）是控制细胞周期的关键。它们都被用来控制调控

途径自身活性和执行调控途径决定的底物活性。

人体的能量载体（能量货币）是ATP,其中第三个磷酸基团容易解离或结合。解离或结合过程中，

伴有大量的能量代谢。

激酶通常有ATP结合位点，ATP在结合位点水解释放能量可以保证能量最大效率的利用。而水解

后ADP被释放重新生成ATP,Pi结合在激酶上作为活化标记。

止匕外，通过一系列磷酸化事件，由激素和神经递质产生的许多信号便从细胞质膜传递到细胞核内。

磷酸化蛋白质及多肽的研究可以帮助人们阐述上述过程的机理，进一步认识生命活动的本质。近

年来随着蛋白质组技术的不断发展，蛋白质磷酸化的研究越来越受到广泛的关注。

【能力提升练】

1.（24-25高二上•云南玉溪•阶段练习）骨骼肌钙池由肌细胞中特化的光面内质网形成，其主要作用是通过对Ca2+

的贮存、释放和再贮存，触发和终止肌细胞的收缩。静息状态下，骨骼肌中Ca2+主要分布在钙池中，骨骼肌细胞中

Ca2+主要运输方式如图。下列叙述正确的是（）

A.缺氧不影响骨骼肌中钙泵运输Ca2+的速率

B.钙泵空间结构发生改变一定是磷酸化的结果

C.Ca2+是骨骼肌中调节自身活动的一种信号物质

D.通道蛋白转运Ca2+的速率只取决于膜两侧Ca2+浓度差

【答案】C

【分析】小分子物质的运输方式有自由扩散、协助扩散和主动运输。

【详解】A、钙泵运输Ca2+需要消耗能量（ATP）,缺氧会影响细胞呼吸，进而影响ATP的生成，所以会影响钙泵运

输Ca2+的速率，A错误；

B、钙泵的磷酸化会改变其空间结构，但空间结构发生改变不一定只是磷酸化的结果，还可能有其他因素，如温

度、pH等，B错误；

C、由图可知，Ca2+可以调节钙泵的活性，还可以通过通道蛋白进行运输等，所以Ca2+是骨骼肌中调节自身活动的

一种信号物质，C正确；

D、通道蛋白转运Ca2+的速率不仅取决于膜两侧Ca2+浓度差，还可能受通道蛋白自身状态（如是否开放、开放程

度等）或者数量等因素影响，D错误。

故选C。

2.（24-25高一上•河北沧州•阶段练习）龙胆花处于低温（16回）下30min内会发生闭合，而转移至正常生长温度（22回）、

光照条件下30min内会重新开放。龙胆花花冠近轴表皮细胞的膨压（原生质体对细胞壁的压力）增大能促进龙胆花

的开放，水通道蛋白在该过程中发挥了重要作用，相关机理如图所示。下列相关叙述正确的是（）

A.温度会影响细胞膜上水通道蛋白的含量

B.光刺激会影响细胞膜上水通道蛋白的吸水能力

C.推测图中表皮细胞细胞质的溶液浓度大于细胞外的

D.水通道蛋白磷酸化导致运输水的能力增强，消耗的ATP增多

【答案】ABC

【分析】物质跨膜运输的方式：（1）自由扩散：物质从高浓度到低浓度，不需要载体，不耗能，例如气体、小分子

脂质；（2）协助扩散：物质从高浓度到低浓度，需要膜转运蛋白的协助，不耗能，如葡萄糖进入红细胞；（3）主动

运输：物质从低浓度到高浓度，需要载体蛋白的协助，耗能，如离子、氨基酸、葡萄糖等。

【详解】A、题图可知，龙胆花由低温转正常温度（22回）时，水通道蛋白会转移到细胞膜上，可见温度会影响细胞

膜上水通道蛋白的含量，A正确；

B、题图可知，光照促进Ca2+运输至细胞内，激活GSCPK16,使水通道蛋白磷酸化，运输水的活性增强，可见光刺激

会影响细胞膜上水通道蛋白的吸水能力，B正确；

C、龙胆花花冠近轴表皮细胞的膨压（原生质体对细胞壁的压力）增大能促进龙胆花的开放，题图表示龙胆花由低

温转正常温度、光照条件下，龙胆花通过水通道蛋白将水分子运入细胞内，表明图中表皮细胞细胞质的溶液浓度大

于细胞外的，C正确；

D、水通道蛋白磷酸化导致运输水的能力增强，该过程属于协助扩散，不消耗ATP,D错误。

故选ABC。

3.（24-25高一上•江苏镇江•阶段练习）小肠是人体吸收营养物质的主要场所。下图为小肠黏膜部分结构示意图，请

回答下列问题。

葡萄糖

(1)图中Na+运出小肠上皮细胞的跨膜运输方式为—。该过程发生时，Na+与Na+-K+泵结合，激活—酶活性，催化

ATP水解，导致Na+-K+泵磷酸化，发生改变，实现将Na+运出细胞的同时将K+运入细胞。据此可知，Na+-K+泵的

本质为—，其具有的功能有—.»

(2)据图可知，小肠上皮细胞吸收Na+的方式为。SGLTi和GLUT2均为葡萄糖转运蛋白。SGLTi转运葡萄糖进入细

胞时，需要膜两侧Na+的电化学势能为葡萄糖以—方式进入小肠上皮细胞提供能量，因此SGLTi既可与葡萄糖结

合，又可与Na+结合；GLUT2只与葡萄糖结合，其转运葡萄糖出小肠上皮细胞的速率与—和—有关。

⑶小肠上皮细胞靠肠腔侧形成众多褶皱,其意义是—;小肠上皮细胞之间通过封闭小带紧密连接,可有效防止—

【答案】⑴主动运输ATP水解空间结构蛋白质运输、催化

⑵协助扩散主动运输膜两侧葡萄糖的浓度差膜上GLUT2的数量

⑶增大膜面积，有利于小肠对肠腔内营养物质的吸收内环境中的可溶性物质通过上皮细胞之间的间隙进

入肠腔

【分析】①自由扩散：顺浓度梯度、无需能量和载体蛋白；②协助扩散：顺浓度梯度、需要载体蛋白或通道蛋白、

无需能量；③主动运输：逆浓度梯度、需要载体蛋白和能量；④胞吞、胞吐：需要能量。

【详解】([)由图可知，图中Na+运出小肠上皮细胞需要消耗ATP,是由低浓度向高浓度运输，为主动运输。该过

程发生时，Na+与Na+-K+泵结合，激活ATP水解酶活性，催化ATP水解，导致Na+-K+泵磷酸化，空间结构发生改变,

实现将Na+运出细胞的同时将K+运入细胞。据此可知，Na+-K+泵的本质为蛋白质，具有运输离子和催化ATP水解的

功能。

(2)据图可知，小肠上皮细胞吸收Na+为顺浓度梯度，需要转运蛋白，为协助扩散，SGLTi转运葡萄糖进入细胞时，

需要膜两侧Na+的电化学势能为葡萄糖以主动运输(需要转运蛋白、消耗能量)的方式进入小肠上皮细胞提供能量，

因此SGLTi既可与葡萄糖结合，又可与Na+结合；GLUT?只与葡萄糖结合，顺浓度梯度将葡萄糖由小肠上皮细胞内运

出，为协助扩散，其转运葡萄糖出小肠上皮细胞的速率与膜两侧葡萄糖的浓度差和GLUT2的数量有关。

(3)小肠上皮细胞靠肠腔侧形成众多褶皱，生理意义是增大细胞膜表面积，从而高效地吸收来自肠腔的氨基酸等

物质。小肠上皮细胞之间通过封闭小带紧密连接，可有效防止内环境中的可溶性物质通过细胞间隙进入到肠腔内，

以保证机体内环境的相对稳定。

4.(24-25高二上•湖南•阶段练习)2024年联合国糖尿病日的主题是"糖尿病与幸福感"。胰岛素在血糖调节中起重要

作用，下图表示胰岛素作用的细胞分子机制示意图，胰岛素对物质代谢的调节主要通过与各种组织细胞上的胰岛素

受体结合而发挥作用。胰岛素受体具有酪氨酸蛋白激酶活性，当胰岛素与受体结合时，酪氨酸蛋白激酶被激活，酪

氨酸残基被磷酸化，通过跨膜信息传递来调节细胞功能。胰岛素利用障碍会导致糖尿病。

⑴当血糖浓度升高，据图分析胰岛素与靶细胞膜上的受体结合后，经过一系列信号传导，促进①,同时

促进靶酶基因的表达，促进②、转化为丙酮酸酯，使血糖浓度降低。

(2)长期高糖饮食导致的血糖浓度持续偏高，易诱发糖尿病,相比于健康人,糖尿病患者的尿量会(填"增加""减

少，，或，，不变，，)。原因可能是其肾小管腔中原尿的葡萄糖含量增加，导致。若从重吸收的角度开发一种降低

糖尿病患者血糖浓度的新药物，该药物应具有(填"增加"或"减少")肾小管管壁细胞膜上重吸收葡萄糖的转

运蛋白数量的效应。

(3)2型糖尿病人血液中胰岛素水平正常，但却在体内检测到含有抗胰岛素受体的抗体，导致靶细胞上受体被破坏。

从免疫学的角度分析，这种异常抗体引起的糖尿病在免疫学上属于病。

【答案】⑴含有葡萄糖转运蛋白(GLUT2/4)的囊泡与细胞膜融合或靶细胞膜上的葡萄糖转运蛋白(GLUT2/4)

数目增加糖原的合成

(2)增加肾小管腔中原尿的渗透压比正常时高，肾小管对水分的重吸收减弱，从而尿量增加减少

⑶自身免疫病

【分析】胰岛A细胞分泌胰高血糖素，能升高血糖，促进肝糖原的分解和非糖类物质转化；胰岛B细胞分泌胰岛素

是唯一能降低血糖的激素，其作用分为两个方面：促进血糖氧化分解、合成糖原、转化成非糖类物质；抑制肝糖原

的分解和非糖类物质转化。

【详解】(1)当血糖浓度升高，通过血糖调节，胰岛B细胞分泌胰岛素增多，胰岛素与靶细胞膜上的受体结合后,

经过一系列信号传导，促进葡萄糖转运蛋白(GLUT2/4)向细胞膜转运，进而导致细胞膜或靶细胞膜上葡萄糖转运

蛋白(GLUT2/4)数目增加，进而促进了靶细胞对葡萄糖的摄入，同时胰岛还会促进靶酶基因的表达，促进葡萄糖

合成糖原、转化为丙酮酸酯，进而使血糖浓度降低，维持血糖的平衡。

(2)长期高糖饮食导致的血糖浓度持续偏高，易诱发糖尿病，相比于健康人，糖尿病患者的尿量会"增加"。原因

可能是其肾小管腔中原尿的葡萄糖含量增加，导致肾小管腔中原尿的渗透压比正常时高，肾小管对水分的重吸收减

弱，从而尿量增加。若从重吸收的角度开发一种降低糖尿病患者血糖浓度的新药物，该药物应具有"减少"肾小管管

壁细胞膜上重吸收葡萄糖的转运蛋白数量的效应，进而可以减少原尿中的葡萄糖被重新吸收，缓解糖尿病。

(3)2型糖尿病人血液中胰岛素水平正常，但却在体内检测到含有抗胰岛素受体的抗体,导致靶细胞上受体被破坏，

因而胰岛素无法起到降血糖的作用。从免疫学的角度分析，这种异常抗体攻击了靶细胞膜上的胰岛素受体，进而导

致胰岛素无法起到相应的调节作用，进而引起糖尿病，该病在免疫学上属于自身免疫病，是由于免疫系统的免疫自

稳功能异常导致的。

五、表观遗传中的甲基化修饰

一、DNA甲基化

1、DNA甲基化：

生物体在DNA甲基转移酶(DMT)的催化下，以S-腺首甲硫氨酸(SAM)为甲基供体，将甲基转移到特定的碱基上的过

程。DNA甲基化是DNA化学修饰的一种形式，能够在不改变DNA序列的前提下，改变遗传表现。DNA甲基化能关

闭某些基因的活性，去甲基化则诱导了基因的重新活化和表达。

1)、酶：DNA甲基转移酶(DMT)

2)、甲基供体：S-腺首甲硫氨酸(SAM)

3)、甲基受体：特定的碱基

4)、甲基化的作用：关闭基因活性

5)、去甲基化的作用：活化基因表达

2、DNA甲基化的机制

DNA的甲基化模式是通过DNA甲基转移酶实现的。

(1)DNA甲基化酶分为2类：

①维持DNA甲基化转移酶(Dnmtl)

②从头甲基化酶(Dnmt3a、Dnmt3b和Dnmt3L等)。

DNA甲基化时，胞喀咤从DNA双螺旋上突出，进入能与酶结合的裂隙中，在胞喀咤甲基转移酶催化下，把活性的

甲基从S一腺昔甲硫氨酸转移至胞喀咤5位上，形成5-甲基胞喀咤(5-mC)。

(2)DNA甲基化反应分为2种类型。

一种是2条链均未甲基化的DNA被甲基化，称为从头甲基化；另一种是双链DNA的其中一条链已存在甲基化，另

一条未甲基化的链被甲基化，这种类型称为保留甲基化。

①从头甲基化是指对非甲基化的DNA进行甲基化修饰，主要发生在胚胎发育的早期，用于胚胎早期细胞设定甲基

化状态。

aCH,

TTOACAGCCOT„Dnmt3aTTGACAGCCGT

Dnmt3b5'T

3*<!111」11」115*3'

AACTGTCGGCAAACTGTCGGCA

Dnmt3a和Dnmt3b是从头Dnmts将甲基（红色）转移到裸DNA上。

②保留甲基化

甲基化的DNA在每次复制后，由于半保留复制，新生的DNA链为非甲基化状态，此时特定的DNA甲基转移酶以半

甲基化的DNA为模板，对非甲基化的DNA链进行甲基化修饰，使得复制后的DNA双链仍能保持亲代DNA的甲基

化状态。如果没有甲基转移酶活性，DNA经多轮复制后，DNA将会出现被动去甲基化。

b巴3人

2

Dn«n11

哺乳类动物一生中DNA甲基化水平有着显著变化：在受精卵最初几次卵裂中，去甲基化酶清除DNA分子上几乎所

有从亲代遗传下来的甲基化标记；在胚胎植入子宫时，一种新的甲基化遍布整个基因组，构建性甲基化酶使DNA

重新建立一个新的甲基化模式，一旦细胞内新的甲基化模式建成，将通过维持甲基化酶以“甲基化维持”的形式将

新的DNA甲基化模式传递给所有子细胞DNA分子上。

这就解释了基因印记不是一种突变，也不是一种永久的变化。印记是可逆的，它只持续于个体的一生中，在下一代

个体的配子形成时，旧的基因印记消除并又发生新的基因印记。

3、DNA甲基化和去甲基化的作用

DNA甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则诱导了基因的重新活化和表达。DNA甲基化能引起染色质结构、DNA

构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。

甲基化的DNA可以发生去甲基化。DNA的去甲基化由基因内部的片段及与其结合的因子所调控。有两种假说可以

解释DNA去甲基化的分子机制。

一种假说与DNA半保留复制联系在一起，为被动去甲基化。如果甲基化的DNA经半保留复制后不被甲基化，其DNA

则处于半甲基化状态，半甲基化的DNA如再次发生DNA半保留复制，而DNA甲基化活性仍被抑制，则有50%细胞

处于半甲基化状态。

第二种假说与半保留复制无关，为主动过程。DNA去甲基化由DNA去甲基化酶催化。DNA去甲基化是在DNA糖昔

酶的作用下脱掉甲基化碱基的反应，等同于被损伤的DNA在糖甘酶及无碱基核酸酶酶切偶联催化下的修复反应。

5-甲基胞嚏咤糖基化酶是体内侯选去甲基化酶。此外，甲基化CpG结合蛋白如MBD2等也具有去甲基化酶的活性。

DNA去甲基化的起始机制依旧是个谜。

二、蛋白质甲基化

1、蛋白质甲基化一般发生在特定的氨基酸残基上，比较常见的是精氨酸或赖氨酸的甲基化。

①精氨酸甲基化有两种模式：

单甲基化和双甲基化（二甲基化），双甲基化又可分为非对称甲基化和对称甲基化。

②赖氨酸甲基化有三种模式：

单甲基化、双甲基化或三甲基化。

2、组蛋白甲基化是被研究最多的一类。

在真核生物中，核小体是染色质的基本结构单位，是由DNA和组蛋白共同构成。组蛋白分子分为Hl、H2A、H2B、

H3和H4等5种。核心组蛋白是由H2A、H2B、H3、H4各2个分子形成的八聚体，与其上缠绕的DNA双螺旋分子

构成了核小体的核心颗粒,核小体的核心颗粒之间再由约60个碱基对DNA和组蛋白H1连接起来形成串珠样结构。

组蛋白富含带正电荷的精氨酸和赖氨酸，可以与带有负电荷的DNA分子紧密结合。每个核心组蛋白由一个球形结

构域和暴露在核小体表面的N端尾区组成，其N端氨基末端会发生多种共价修饰，包括磷酸化、乙酰化、甲基化、

泛素化、糖基化、碳基化等。组蛋白甲基化是指发生在H3和H4组蛋白N端精氨酸和赖氨酸残基上的甲基化，由

组蛋白甲基转移酶介导催化。组蛋白甲基化的功能主要体现在异染色质形成、基因印记、X染色体失活和转录调控

方面。

绝大多数组蛋白的共价修饰作用都是可逆的。在组蛋白去甲基化酶作用下可以去甲基化。

【能力提升练】

L（24-25高三上•河北•阶段练习）同一蜂群的幼虫，如果摄食蜂王浆则会发育成蜂王，而摄食花粉和花蜜则会发育

成工蜂。如果将蜜蜂幼虫的DNA甲基转移酶（DNMT3）基因敲除，这些幼虫将发育成蜂王，与摄食蜂王浆的效果

相同。DNMT3基因表达产物的作用如图所示，下列叙述错误的是（）

Qe

AGTCCGCGTTACGTAGC

0TCAGGCGCAATGCATCG

部分被甲基化的DNA片段

A.题述现象表明生物的性状既受到基因的控制，也受到环境的影响

B.DNMT3可以促进相关基因甲基化，从而促进蜜蜂幼虫发育成蜂王

C.甲基化不影响胞喀咤与鸟喋岭进行碱基互补配对

D.DNA片段被甲基化后，其碱基序列不发生改变

【答案】B

【分析】少数幼虫一直取食蜂王浆而发育成蜂王，而大多数幼虫以花粉和花蜜为食将发育成工蜂，这说明蜂王和工

蜂的差别并不是由遗传物质不同造成的，而是由食物的差异造成的，是环境对表型的影响。敲除DNMT3基因后，

蜜蜂幼虫将发育成蜂王，这与取食蜂王浆有相同的效果，说明这个基因的表达产物与环境因素类似，也能改变蜜蜂

的表型。

【详解】A、同一蜂群的幼虫，如果摄食蜂王浆则会发育成蜂王，而摄食花粉和花蜜则会发育成工蜂。如果将蜜蜂

幼虫的DNA甲基转移酶（DNMT3）基因敲除，这些幼虫将发育成蜂王，说明生物的性状既受到基因的控制，也受

到环境的影响，A正确；

B、敲除DNMT3基因，DNA不会被甲基化，蜜蜂幼虫发育为蜂王，说明蜂王的形成需要基因不被甲基化，因此DNMT3

可以抑制相关基因甲基化，从而促进蜜蜂幼虫发育成蜂王，B错误；

C、甲基化不影响基因中碱基的排列顺序，因此不影响胞喀咤与鸟喋吟进行碱基互补配对，C正确；

D、DNA片段被甲基化后，其碱基序列不发生改变，但基因的表达和生物体的表型会发生变化，D正确。

故选Bo

2.（24-25高三上•河北•期中）图甲为豌豆细胞遗传信息传递的示意图，①〜③表示生理过程；染色体组蛋白乙酰

化引起有关染色质结构松散，如图乙。请回答下列问题：

图甲图乙

⑴基因控制生物性状的核心生理过程如图甲—（填序号），与③相比，过程②特有的碱基配对方式是—O

（2）完成过程②，需要—酶；过程③中，模板的右侧是—（填"3"或"5，"）端，该过程有的氨基酸可被多种tRNA

转运，其意义是一.□

⑶豌豆的过程①中，编码淀粉分支酶的基因中插入一段外来的DNA片段致使豌豆皱粒出现，该变异类型为—，

依据是—;该过程体现出基因控制性状的途径是—0

⑷过程①中，某DNA中一个C—G碱基对中的胞嚓咤甲基化后，又发生脱氨基生成了胸腺喀咤。则该DNA分子经

过多次复制后，所产生的子代DNA分子中异常的DNA占比为一,o

（5）X射线可破坏DNA结构从而用于癌症治疗，丁酸钠是一种组蛋白去乙酰化酶抑制剂。依据图乙，若利用X射线照

射治疗癌症时使用丁酸钠，则治疗效果会—,o

【答案】⑴②③T-A

⑵RNA聚合5'提高了氨基酸的运输效率，使翻译速率加快；也可以增强密码子容错性

⑶基因突变基因的碱基对增添引起碱基序列发生改变基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进

而控制生物的性状

（4）1/2

⑸增强

【分析】图甲中①表示核DNA复制的过程；②核DNA转录为RNA的过程；③表示RNA翻译的过程。

【详解】（1）基因通过指导蛋白质的合成控制性状，核心生理过程是转录（②）和翻译（③）；转录过程碱基互补

配对方式有A—U、T-A、C—G、G—C,翻译过程碱基互补配对方式有A一U、U—A、C—G、G-C,所以回）相对于

③特有的碱基配对方式是T-Ao

（2）②为转录，需要RNA聚合酶参与。翻译时，核糖体沿着mRNA从5,端往3,端方向移动，根据肽链的长短可知，

翻译的方向是从右往左，因此过程③中，模板的右侧是5,端。多种tRNA转运同一种氨基酸，提高了氨基酸的运输

效率，使翻译速率加快，也可以增强密码子容错性。

（3）豌豆粒形呈现皱粒的根本原因是编码淀粉分支酶的基因结构改变，即编码淀粉分支酶的基因中间插入一段较

大的DNA片段，进而导致控制合成的淀粉分支酶异常，该变异类型为基因突变。该实例说明基因通过控制酶的合

成控制代谢过程，进而控制生物体的性状。

（4）细胞中一个DNA分子的一个C—G碱基对中的胞嚓咤甲基化后，又发生脱氨基生成了胸腺嚏咤，最终发生了

碱基对的替换。该DNA分子经过n次复制后，子代DNA分子一半正常，一半异常，子代DNA分子中异常的DNA

占比为1/2o

（5）丁酸钠抑制组蛋白去乙酰化，使染色质结构维持松散，有利于X射线破坏癌细胞的DNA结构，因此若利用X

射线照射治疗癌症时使用丁酸钠，则治疗效果会增强。

L（23-24高二下•上海黄浦•期末）IB型枫糖尿病患者由于支链a——酮酸脱氢酶功能异常导致氨基酸代谢异常，其

体内氨基酸大量积累而使神经系统受损，尿液有枫糖浆气味。IB型枫糖尿病是由常染色体上的一对等位基因控制。

下图为某家系中IB型枫糖O尿病的遗传系谱图。

D女性正常

D男性正常

O男性患者

未出生

（1）下列关于支链a—酮酸脱氢酶的叙述错误的是（）

A.化学本质是蛋白质B.组成元素包含P、S

C.活性易受温度影响D.作用场所在细胞内

⑵据图分析，该家系中IB型枫糖尿病是一种性遗传病。

⑶该家系中一定是纯合子的是o（编号选填）

①1号②2号③3号④4号

⑷5号个体也患IB型枫糖尿病的概率是o为了确定5号个体是否可能患IB型枫糖尿病，可采取的措施

是_________

A.染色体分析B.性别检查C.基因检测D.B超检查

基因检测发现1号个体该对等位基因中的一个基因的编码链（编码链与模板链互补配对）发生了如图的改变。图如为

1号个体该基因的碱基替换情况及部分密码子表。

304位

I

；GGA

1号

号,,CAG

2-

331位

⑸据图分析，引起IB型枫糖尿病的根本原因是（）

A.碱基缺失B.碱基插入C.碱基替换D.基因缺失

⑹与正常个体相比，1号个体内支链a—酮酸脱氢酶中有一个氨基酸发生了改变，具体是由变为

号选填）

①甘氨酸②脯氨酸③精氨酸④丝氨酸

I答案】⑴B

⑵隐

⑶D

(4)1/4C

⑸C

(6)①③

【分析】基因突变是指DNA分子上发生碱基对的增添替换或缺失引起的基因结构的改变。

【详解】(1)A、IB型枫糖尿病患者由于支链a——酮酸脱氢酶功能异常导致氨基酸代谢异常，I由常染色体上的一

对等位基因控制，基因可知蛋白质的合成，所以支链a——酮酸脱氢酶的化学本质的蛋白质，A正确；

B、蛋白质的元素组成是C、H、。、N,可能含S,不含P,B错误；

C、酶的活性易受温度影响，C正确；

D、细胞代谢的主要场所是细胞质，所以支链a——酮酸脱氢酶的作用场所在细胞内，D正确。

故选Bo

(2)1号和2号没病但是生了一个患病的4号，则说明是隐性遗传病。

(3)1号和2号没病但是生了一个患病的4号，则1号和2号都是杂合子，患病的4号一定是纯合子，3号可能是

纯合子或杂合子，④符合题意。

故选④。

(4)1号和2号都是杂合子，生出隐性纯合子患病的概率是1/4。IB型枫糖尿病是由常染色体上的一对等位基因控

制的单基因遗传病，所以可通过基因检测的方法判断5号个体是否可能患IB