高考高三生物二轮微专题-2020~2023生物科学与诺贝尔奖课件

生物科学与诺贝尔奖二轮微专题——2020-2022的诺贝尔奖考查点冲刺高考2020年——丙型肝炎病毒HarveyJ.Alter,MichaelHoughton和CharlesMRic三位科学家在丙型肝炎病毒领域作出突出贡献，获得了2020年诺贝尔生理学或医学奖。丙型肝炎病毒体呈球形，为单股正链RNA病毒，在核衣壳外包绕含脂质的囊膜，囊膜上有刺突。2020年——丙型肝炎病毒HCV进入人体后，会选择性感染肝细胞，并进行增殖，其生命周期主要分为吸附与融合、翻译和RNA复制、组装、出芽和释放。抗HCV药物则从不同阶段阻断HCV在肝细胞中的生命周期，从而达到抗病毒疗效。HCV基因组编码3种结构蛋白(core、E1和E2)和7种非结构蛋白(P7、NS2、3、4A、4B、5A和5B)，这些蛋白在HCV的复制和传播过程中发挥了重要作用，因此都有可能成为抗病毒药物的潜在靶点。1.丙肝病毒的发现者获得了2020年诺贝尔生理学或医学奖。丙肝病毒是一类RNA病毒,可侵入人体肝细胞而致病。丙肝病毒基因组含10个基因,其中NS5B基因编码的NS5B聚合酶是催化完成病毒RNA复制必需的。2013年诞生的NS5B抑制剂索非布韦是一种可高效治愈丙肝的抗病毒药物。下列相关叙述错误的是(

)A.丙肝病毒的基因是有遗传效应的RNA片段B.NS5B聚合酶是肝细胞核糖体经翻译合成的C.索非布韦可以通过抑制病毒RNA复制从而抑制丙肝病毒的繁殖D.被丙肝病毒入侵的肝细胞及丙肝病毒最终都通过细胞免疫清除2020年——丙型肝炎病毒2.2020年诺贝尔生理学或医学奖颁给了哈维·阿尔特、迈克尔·霍顿和查尔斯·赖斯这三位伟大的科学家，奖励他们在发现丙型肝炎病毒上作出的贡献。如图为丙型肝炎病毒的增殖过程，下列相关叙述错误的是()2020年——丙型肝炎病毒A.该病毒和HIV的增殖过程都需要逆转录酶的参与B.该病毒侵入宿主细胞后，③过程通常发生在④过程之前C.③④⑤⑥过程都发生了碱基配对且配对方式完全相同D.④⑤过程需要消耗的尿嘧啶核糖核苷酸的数目不相同4．三位科学家因发现丙肝病毒（HCV）而获得2020年诺贝尔生理学或医学奖。HCV是有包膜的单股正链RNA（+RNA）病毒，主要经血液或血制品传播。下图示HCV生活史，据图回答：（1）据图可知，HCV识别肝细胞表面的受体______，通过______作用入侵或感染宿主细胞；推测包膜化学成分主要是______。（2）③所代表的过程是______，所需的原料是______。（3）+RNA（可直接指导蛋白质的合成）含有的核糖体结合位点、起始密码位于______端，指导合成的多聚蛋白前体在______作用下水解成多种病毒蛋白。2020年——丙型肝炎病毒答案见讲义2020年——丙型肝炎病毒（4）由于DNA聚合酶的校正功能，以及细胞中存在错配修复系统等，因而细胞中的DNA能够精确复制。请尝试解释HCV感染者难以清除体内病毒的主要原因______。（5）HCV感染者难以清除体内病毒，因而预防感染成为重中之重。下列行为可能导致感染HCV的有（）。①与HCV感染者握手。

②输入未经严格检测的血液制品。③与HCV感染者共用马桶。④与吸毒者共用注射器注射毒品。答案见讲义2020年——CRlSPR/Cas9基因编辑技术2020年诺贝尔化学奖授予法国女科学家埃玛纽埃勒·沙尔庞捷和美国女科学家珍妮弗·道德纳，以表彰她们在基因组编辑方法硏究领域作出的贡献。“CRlSPR/Cas9基因编辑技术″。基于这项技术，研究人员能以极高精度改变动物、植物和微生物的DNA，并有望更改某些生物的生命周期。这一技术对生命科学研究产生了突破性影响，有助于研发新的癌症疗法，并可能使治愈遗传性疾病成为现实。CRISPR/Cas9技术的运用和发展(1)具体运用如右图所示，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。2020年——CRlSPR/Cas9基因编辑技术(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。(3)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Cas12的一系列酶，机理上有一定不同，但还是用以切割DNA；还有Cas13则用于切割RNA。基于Cas12和Cas13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。2020年——CRlSPR/Cas9基因编辑技术2020年——CRlSPR/Cas9基因编辑技术1.2022年1月7日，马兰里医学中心成功将猪心脏移植到一名57岁的心脏病患者身上，虽然这颗心脏仅仅存活了2个月，但仍然为异种器官移植的可行性提供了可观的数据。为了降低免疫排斥反应，研究者借助CRISPR/Cas9技术对移植的猪心脏进行了基因编辑。CRISPR/Cas9系统主要由向导RNA（sgRNA）和Cas9蛋白两部分组成，sgRNA可引导Cas9蛋白到特定基因位点进行切割，其机制如图所示。下列说法错误的是（

）A.若要对一个基因进行编辑，则通常至少需要设计两个序列不同的sgRNA目标DNAB.sgRNA可以特异性识别目标DNA分子，Cas9蛋白作用于磷酸二酯键C.有时sgRNA会因错误结合而出现“脱靶”现象，一般sgRNA序列越短，脱靶率越低D.为降低免疫排斥反应，可通过CRISPR/Cas9技术敲除相关抗原蛋白基因2020年——CRlSPR/Cas9基因编辑技术2.2020年的诺贝尔化学奖授予了两位在基因组编辑技术（如CRISPR/Cas）领域作出杰出贡献的女科学家。这项技术的问世源自于人们在本世纪初对细菌抵御噬菌体的机理研究：不少的细菌第一次被特定的噬菌体感染后，由细菌Cas2基因表达的Cas2核酸内切酶（蛋白质）便会随机低效切断入侵的噬菌体DNA双链，并将切下的DNA片段插入CRISPR位点，形成“免疫记忆”。当细菌再次遭遇同种噬菌体时，由CRISPR位点转录产生的crRNA便会将另一种核酸内切酶（如Cas9）准确带到入侵者DNA处，并将之切断，即“免疫杀灭”。过程如图所示。下列说法错误的是（

）A.细菌体内发生图中的①过程，需要细菌提供场所、模板、原料、能量等B.图中②过程的机理类似于mRNA与DNA模板链的结合C.核酸内切酶Cas2通过识别特定序列的DNA，并在特定位点将DNA切断D.细菌利用CRISPR/Cas9分子装置剿灭入侵噬菌体的过程相当于高等动物特异性免疫2020年——CRlSPR/Cas9基因编辑技术4．两位女科学家因发现“CRISPR/Cas9基因剪刀”而获得2020年诺贝尔化学奖。CRISPR/Cas9系统可对基因组进行定点编辑，其工作原理如图1所示。（1）据图1可知，在向导RNA（sgRNA）的引导下，Cas9利用其具有的______个内切酶活性位点，水解目标DNA的______。（2）科研人员通过突变得到内切酶活性全部消失的dCas9，建构的CRISPR/dCas9系统保留向导RNA（sgRNA）引导进入基因组的能力。当dCas9与VP64、P65等转录激活因子融合，形成的dCas9-SAM可进行基因调控等研究。答案见讲义2020年——CRlSPR/Cas9基因编辑技术①图2示意将OCT4、KLF4、MYC及SOX2四个基因的sgRNA序列串联成的sgRNA质粒和dCas9-SAM质粒与磷脂等混合（形成包埋DNA脂质体结构）。将脂质体加入到细胞系MCF7的细胞培养皿中，能实现基因转移的原理是______。24h后通过添加______筛选并进行单细胞培养即可得到基因编辑后细胞。此过程须在37℃，气体环境为______的细胞培养箱中进行。②转染好的细胞用裂解液消化后，使用RNA提取试剂盒提取总RNA，取1μg提取的RNA使用反转试剂盒进行操作即得到______，然后将其进行实时荧光定量PCR。PCR操作时通常_____5分钟，变性30秒，再复性、延伸，循环等。③该实验通过4种sgRNA对MCF7细胞进行编辑，可实现多基因______的目的。答案见讲义

（1）研究思路：通过基因来寻找相应的蛋白质，通过基因的缺失或灭活导致相应功能的缺失，来找到生命活动的承担者蛋白质——温度和触觉受体。（2）研究方法：假说—演绎法。从观察现象发现问题入手，科学合理地提出假说，运用假说进行演绎推理，再经过实验探索，最终找到相应的基因和蛋白质。2021年——温度感受器和触觉感受器2021年——温度感受器和触觉感受器2021年诺贝尔生理学或医学奖授予了DavidJulius和ArdemPatapoutian，以表彰他们在“发现温度和触觉感受器"方面作出的贡献。温度感受器Julius和他的同事发现了一个能够使细胞对辣椒素敏感的基因。进一步实验表明该基因编码一种新的离子通道蛋白。当Julius研究这种蛋白质对热的反应能力时，他意识到自己发现了一种在感觉疼痛的温度下被激活的热感应受体，后被命名为TRPV1，这是一种由伤害性温度激活的离子通道，该离子通道开放、关闭调节方式如图所示。2021年——温度感受器和触觉感受器触觉感受器Patapoutian和同事先发现了一种细胞系，其特点是刺激一个细胞，细胞会发出电信号。接下来对电信号进行检测，他们筛选出了72个候选基因，经过一一排除，最终他们成功地识别出了一个单基因，该基因的沉默使细胞对用微量移液管戳刺不敏感。一种全新的、完全未知的机械敏感离子通道被发现，被命名为Piezo1，第二个发现的基因被命名为Piezo2。感觉神经元被发现表达高水平的Piezo2，进一步研究证实，Piezo1和Piezo2是通过对细胞膜施加压力直接激活的离子通道。2021年——温度感受器和触觉感受器1.诺贝尔奖获得者戴维·朱利叶斯等人发现了辣椒素受体（TRPV1），解释了吃辣椒时总是感到热的原因。当细胞膜上的TRPV1通道蛋白被辣椒素激活时，造成Ca2+通过TRPV1内流而产生兴奋，进而产生“灼烧感”。据此，下列说法错误的是（

）A.当感觉神经元受到辣椒素刺激后，膜外发生的电位变化是由正电位变为负电位B.受辣椒素刺激产生“灼烧感”后，往往引起机体呼吸运动增强，这一过程属于非条件反射C.可以研发一种新型靶点镇痛药物，让其与TRPV1受体结合后引起该通道关闭，从而阻断痛觉的传递D.有关研究表明哺乳类动物对辣椒极其敏感，鸟类因缺乏受体而不敏感，这是自然选择的结果，不敏感有助于鸟类扩大食物范围2.TRPV1基因编码的辣椒素受体是一种对温度变化敏感的离子通道蛋白，在多种组织器官内广泛分布；Piezo1基因与Piezo2基因在感觉神经元中处于高表达水平，它们编码的是对机械力敏感的离子通道蛋白，该离子通道蛋白能被“压力”所激活。下列相关叙述错误的是（

）A.氮元素主要存在于辣椒素受体的肽键中B.钠离子或钙离子等带电离子经通道蛋白流入细胞的方式为协助扩散C.通道蛋白TRPV1、Piezo1与Piezo2都在核糖体上合成，经加工后转运到细胞膜D.通道蛋白TRPV1与Piezo1的功能存在差异的根本原因是它们的空间结构有差异(2)研究者需要从一些候选蛋白质中筛选出触觉信号产生相关的蛋白质，他们构建许多特定蛋白质不表达的细胞株系，这种自变量控制中运用了实验中的_____原理（填“加法”或“减法”）。若只在P蛋白不表达的细胞株系中，机械刺激后记录电极_____，则证明P蛋白是与触觉信号产生相关的蛋白质。2021年——温度感受器和触觉感受器5．神经调节是人体生命活动的重要调节方式，触觉信号产生机制是生物学上的一个重要研究课题。回答下列问题：(1)下图是触觉感受器细胞示意图，可以感受外界的_____。感受器细胞上某些跨膜蛋白在接受机械刺激后，会将机械信号转化为_____，使感受器产生兴奋，该过程发生的离子流动变化主要是_____。2021年——温度感受器和触觉感受器2．2021年诺贝尔生理学或医学奖颁给了大卫·朱利叶斯（DavidJulius）和阿登·帕塔普蒂安（ArdemPatapoutian），获奖理由：发现温度和触觉感受器。如图所示，朱利叶斯教授带领的小组从大鼠能对疼痛、热和触觉产生反应的感觉神经元中提取了约16000种mRNA，并利用这些mRNA逆转录形成双链DNA片段，随后将DNA导入受体细胞中，并检测受体细胞对辣椒素的反应，最终成功发现了辣椒素受体TRPV1。TRPV1能被辣椒中的辣椒素、胡椒中的胡椒碱以及43℃以上热刺激等激活，并最终令人产生痛觉。下列有关说法错误的是（）A．TRPV1的形成过程需要生物膜系统的参与B．从mRNA到DNA需要使用DNA聚合酶等C．研究TRPV1的结构和功能，有助于在医学生进行镇痛药物的开发等D．先提取mRNA再逆转录形成DNA的原因与基因的选择性表达有关2022年——已灭绝古人类基因组和人类进化研究2022年诺贝尔生理学或医学奖授予瑞典科学家斯万特·佩博，以表彰他在已灭绝古人类基因组和人类进化研究方面所做出的贡献。斯万特·佩博的贡献主要在于基因上的发现，他的开创性研究催生了一门全新的学科——古基因组学。通过揭示和比较所有活着的人类与已灭绝的人类的遗传基因差异，斯万特·佩博初步解释了，是什么奠定了我们成为今天独特的人类。主要贡献：

测序尼安德特人线粒体DNA、

发现不为人知的丹尼索瓦人、

搭建世界首个古DNA研究超净室2022年——已灭绝古人类基因组和人类进化研究1.科学家研发出一套能成功从4万年前古人类“尼安德特人”的骨骼中提取线粒体的DNA并进行扩增和测序的方法，为人类进化的研究做出贡献，荣获2022年诺贝尔生理学或医学奖。科学家将古人类“尼安德特人”化石中的线粒体DNA与现代人类线粒体DNA进行比较，获得人类进化的证据属于（

）A．化石证据 B．比较解剖学证据C．胚胎学证据

D．细胞和分子生物学证据2022年——已灭绝古人类基因组和人类进化研究2.2022年诺贝尔生理学或医学奖授予瑞典科学家斯万特·帕博，表彰他对已灭绝人类基因组和人类进化发现方面的贡献。斯万特·帕博先后从化石中提取到了尼安德特人（约100万年前走出非洲的一种已灭绝的古人类）的线粒体DNA和核DNA进行测序，最后绘制了尼安德特人的基因组草图。研究发现，生活在非洲之外的现代人体内都有1%~4%的尼安德特人基因。下列相关叙述错误的是（

）A．从化石中提取尼安德特人的DNA时要排除来自微生物或操作者的DNA的干扰B．线粒体DNA只来自母亲且比核DNA小得多，更容易进行测序分析C．生活在非洲的