与2013年诺贝尔生理学或医学奖有关的生物试题分析 8页

与2013年诺贝尔生理学或医学奖有关的生物试题解析农垦三亚高级中学生物组王志伟13907500710@163.com诺贝尔生理学或医学奖由瑞典皇家卡林医学院评定，由于诺贝尔生理学或医学奖代表着生物学某些方面最新的进展，而且均与中学生教材重点内容密切相关。生物学中与获奖成果有关的内容往往要成为生物学高考的亮点，所以会受到命题人的青睐。在高考备考的过程和平时的训练中经常会遇到与此相关的试题。诺贝尔生理学或医学奖的试题往往以信息给予题出现，由题干（信息部分）和问题两部分构成，题干是向学生提供解题信息，多以文字叙述为主，有的再辅以图示和数据等信息，内容覆盖生命科学领域的各方面识，题干的特点往往具有隐蔽性、启发性和迁移性；问题部分是围绕题干给出的信息主题展开的。信息给予题属于“回归教材”型，典型特征是：交代取材背景，情境新、知识活，起点高、落点低，难度不大，但是解决问题时要求获取信息快而准，不能出现遗漏。本文以2013年诺贝尔生理学或医学奖为背景材料，对高中生物教材中的相关知识点进行罗列，并对搜集汇编和归纳分析了相关试题，以期为高考复习提供参考资料。一、2013年诺贝尔生理学或医学奖相关内容简介2013年诺贝尔生理学或医学奖10月7日揭晓，美国科学家詹姆斯·罗思曼（JamesE.Rothman）、兰迪·谢克曼（RandyW.Schekman）以及德国科学家托马斯·祖德霍夫（ThomasC.Südhof）获奖。诺贝尔奖评选委员会在声明中说，这三位科学家的研究成果解答了细胞如何组织其内部最重要的运输系统之一——囊泡传输系统的奥秘。谢克曼发现了能控制细胞传输系统不同方面的三类基因，从基因层面上为了解细胞中囊泡运输的严格管理机制提供了新线索；罗思曼20世纪90年代发现了一种蛋白质复合物，可令囊泡基座与其目标细胞膜融合；祖德霍夫发现并解释了囊泡如何在指令下精确地释放出内部物质。诺贝尔奖评选委员会在声明中说：“没有囊泡运输的精确组织，细胞将陷入混乱状态”。第8页共8页 细胞生命活动依赖于细胞内的运输系统。所谓囊泡运输调控机制，是指某些分子与物质不能直接穿过细胞膜，而是依赖围绕在细胞膜周围的囊泡进行传递运输。囊泡通过与目标细胞膜融合，在神经细胞指令下可精确控制荷尔蒙、生物酶、神经递质等分子传递的恰当时间与位置。例如，对控制血糖具有重要作用的胰岛素，正是借由囊泡进行精确传递并最终释放在血液中。若囊泡运输系统发生病变，细胞运输机制随即不能正常运转，可能导致神经系统病变、糖尿病以及免疫紊乱等严重后果。而这三位诺贝尔奖得主的突破性发现解释了为什么胰岛素释入血液时会有变化、神经细胞之间的信息传达，以及病毒感染细胞的方式。二、高中生物教材中的相关知识和例题解析针对生命活动中的囊泡运输调控机制，笔者结合自身教学经验，对人教版生物必修模块中涉及的相关知识点进行了罗列。单元模块和相关章节知识点清单必修1第三章第2节细胞器--系统内的分工合作①细胞器--溶酶体的作用机理②分泌蛋白的合成与运输必修1第三章第1节细胞膜--系统的边界细胞之间的信息交流（细胞识别）必修1第四章第3节物质跨膜运输的方式胞吞和胞吐（内吞和外排）必修3第二章第1节通过神经系统的神经调节兴奋在神经元间的传递必修3第二章第2节通过激素的调节激素的运输机制必修3第二章第4节免疫调节吞噬作用（识别作用）结合以上知识点汇编相关试题分析如下。【例题1】溶酶体是动物细胞中一种由膜构成的细胞器。溶酶体是一种动态结构，它不仅在不同类型细胞中形态大小不同，而且在同一类细胞的不同发育阶段也不相同。右图为溶酶体的生成及其作用的过程。据图回答：(1)溶酶体是由（细胞器）断裂产生的，内部含有。(2)溶酶体是细胞的，其消化底物的来源有：一是自体的细胞器；二是侵入细胞的。(3)生物膜是在原有膜的基础上，不断由新的脂质或蛋白质插入而逐渐增长的。磷脂是在上合成的，可通过两种途径运送到各种膜结构中，第一种途径是通过磷脂转运蛋白。第二种方式是通过出芽和膜融合。由于细胞的胞吞和胞吐作用以及囊泡运输，使和处于动态平衡状态。(4)溶酶体的生成及其作用的过程，说明这些生物膜的很相似，在上紧密联系，进一步体现了细胞内各种结构之间的密切配合。第8页共8页 【解析】（1）溶酶体是一种动态结构，它不仅在不同类型细胞中形态大小不同，而且在同一类细胞的不同发育阶段也不相同。依图可分为次级溶酶体和初级溶酶体，初级溶酶体是刚刚从高尔基体形成的小囊泡，仅含有水解酶类，处于非活性状态，无作用底物。次级溶酶体中含有水解酶和相应底物，是一种将要或正在进行消化作用的被膜细胞器。（2）溶酶体的主要功能是消化作用，它是细胞的“消化车间”，其消化底物的来源有三种途径：一是自体吞噬，吞噬降解细胞内受损伤的细胞结构、衰老的细胞器、以及不再需要的生物大分子等；二是吞噬侵入细胞的有害物质，如病毒、病菌等；三是通过内吞作用吞入需要的营养物质。（3）大多数磷脂是在内质网上合成的，可通过两种途径运送到各种膜结构中。第一种途径是通过磷脂转运蛋白，线粒体、叶绿体、过氧化物酶体等细胞器膜中的脂质就是靠这种方式运送的。第二种方式是通过出芽和膜融合，例如，内质网通过出芽形成分泌囊泡运送蛋白质时，膜脂也随之运送到高尔基体，并通过高尔基体形成分泌囊泡，将膜质运送到细胞膜。由于内质网与核膜相连，通过细胞分裂和核膜重建，内质网上合成的膜脂也就转移到核膜。由于细胞的胞吞和胞吐作用以及囊泡运输，使细胞膜和胞内的膜处于动态平衡状态。 （4）考查了生物膜系统的有关知识。在细胞中，许多细胞器都有膜，如内质网、高尔基体，线粒体、叶绿体、溶酶体等，这些细胞器膜和细胞膜、核膜等结构，共同构成细胞的生物膜系统。这些生物膜的组成成分和结构很相似，在结构和功能上既有明确分工，又有紧密联系。【参考答案】(1)高尔基体水解酶(2)消化车间衰老、损伤病毒或病菌(3)内质网细胞膜胞内的膜(4)组成成分和结构结构和功能【例题2】有些蛋白质是在细胞内合成后，分泌到细胞外起作用的，这类蛋白质叫做分泌蛋白，如消化酶、抗体和一部分激素。科学家在研究分泌蛋白合成和分泌时，做过这样一个实验。他们在豚鼠的胰腺腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸，3min后，被标记的亮氨酸出现在附着有核糖体的内质网中，17min后，出现在高尔基体中；117min后，出现在靠近细胞膜内侧的运输蛋白质囊泡中，以及释放到细胞外的分泌物中。（1）分泌蛋白是在哪里合成的？（2）分泌蛋白从合成至分泌到细胞外，经过了哪些细胞器或细胞结构？尝试描述分泌蛋白的合成和运输过程。（3）分泌蛋白合成和分泌的过程中需要能量吗？能量由哪里提供？第8页共8页 【解析】本题考查细胞器和细胞器膜的知识。各种蛋白质合成之后要分别运送到细胞中的不同部位，以保证细胞生命活动的正常进行。有的蛋白质则需穿过各种细胞器的膜，进入细胞器内，构成细胞器蛋白；有的蛋白质要通过内质网膜进入内质网腔内，成为分泌蛋白。分泌蛋白是在细胞内合成后分泌到细胞外起作用的蛋白质，如各种消化酶，抗体，胰岛素等（细胞质基质中催化多种化学反应的酶不是分泌蛋白）。在核糖体上合成的蛋白质，进入内质网的网腔后，还要经过一些加工，如折叠、组装、加上一些糖基团等，才能成为比较成熟的蛋白质。然后，由内质网的网腔膨大、出芽形成具有膜包被的囊泡，包裹着蛋白质转移到高尔基体，把蛋白质输送到高尔基体腔内，做进一步的加工。接着，高尔基体边缘突起形成囊泡，把蛋白质包裹在囊泡里，运输到细胞膜，囊泡与细胞膜融合，把蛋白质释放到细胞外。【参考答案】（1）分泌蛋白是在内质网上的核糖体中合成的。（2）经过了核糖体、内质网、高尔基体和细胞膜等结构。分泌蛋白是在内质网上的核糖体内初步合成，在内质网内加工，由囊泡运输到高尔基体做进一步加工，再由囊泡运输到细胞膜，与细胞膜融合，将蛋白质分泌到细胞外。（3）需要，如核糖体在将氨基酸连接成肽链的过程中就需要能量。这些能量是由线粒体进行有氧呼吸提供的。【例题3】人体内环境中有一种具有多种免疫功能的单核巨噬细胞，它可以识别、吞噬和消灭侵入体内的病原体、有害异物，也能清除受损、衰老、死亡和突变的自体细胞等。右图是单核巨噬细胞吞噬过程，请回答下列问题：(1)细胞识别的物质基础是；细胞内吞和外排发生的结构基础是。(2)吞噬细胞对某些胞内寄生的细菌如结核杆菌，要彻底消灭往往是很困难的，结果结核杆菌在巨噬细胞内繁殖起来，随着巨噬细胞的游走而扩散，加重了病情。人的特异性免疫功能对付被病原菌寄生细胞的方法是，首先由使之裂解，然后通过的作用将释放出的病原菌消灭。（3）人们感染病原体后，通常利用抗生素进行治疗而恢复健康。但如果长期使用一种抗生素则会降低药效，原因是。（4）现在，有的人赞成利用预防免疫来使人类获得与病原生物“和平共处”的能力。请应用现代生物技术生产用于预防免疫的疫苗的途径是。【解析】本题将免疫与细胞、进化和生物技术结合，考察基本知识的掌握和运用能力。（1）细胞识别是细胞信号传导的前提，它是通过细胞膜实现的，细胞之间的识别与细胞膜上的糖蛋白（糖被）有关。内吞是大分子及颗粒物质进入细胞的方式；外排是是细胞排出大分子及颗粒物质的过程。此过程与细胞膜的流动性有关。（2）人的特异性免疫功能对付被病原菌寄生细胞的方法是细胞免疫，首先由效应T细胞使靶细胞裂解，然后通过抗体将释放出的病原菌消灭。第8页共8页 （3）长期使用一种抗生素则会降低药效，是因为病原菌抗药性基因频率逐渐积累而逐渐产生了抗药性。（4）要想使人类与病原生物“和平共处”而不患病，需要对病原生物人工改造，较好的、可行的办法是通过基因工程将有关疫苗的基因导入细菌细胞中。【参考答案】（1）糖被（糖蛋白）细胞膜（生物膜）的流动性（2）效应T细胞抗体（3）病原菌逐渐产生了抗药性（4）通过基因工程将有关疫苗的基因导人细菌细胞中，再利用工程菌的发酵大量生产。【例题4】下左图是神经－肌肉接头，其结构和功能与突触类似。当兴奋传导至突触小体时，突触间隙中的Ca2+通过突触前膜上的Ca2+通道内流，导致突触小泡与突触前膜融合，释放神经递质。血钙正常值约为9—11mg/100ml血浆。低于7mg/100ml血浆时属低血钙，低血钙即细胞外钙浓度降低，对钠内流的抑制屏障作用减弱，使神经细胞兴奋性增高。请回答下列问题：(1)突触间隙的存在使神经信号的传递只在某些化学物质（如乙酰胆碱）参与下完成，乙酰胆碱由神经细胞合成后，经过（细胞器）包装、加工形成突触小泡，再与融合，通过胞吐方式释放到突触间隙。(2)乙酰胆碱从合成到进入突触间隙的全过程中不断消耗的物质是。所以在突触小体含较多的（细胞器）。(3)突触后膜上“受体”与相应神经递质结合，引起B细胞兴奋，而在突触前膜上没有“受体”，导致信号传到的特点是。兴奋通过突触由前一个神经元传导到后一个神经元的过程中，信号的变化情况是。(4)由题中信息可知，肌肉收缩需要钙离子，但是血钙过高却会引起肌无力，原因是血钙过高降低了_________________。【解析】（1）神经递质通过高尔基体包装、加工形成突触小泡与突触前膜融合，将其释放到突触间隙再与突触后膜上的受体结合。（2）乙酰胆碱从合成到进入突触间隙的方式是胞吐作用，此过程需要线粒体氧化分解提供能量，氧气的消耗和ATP水解都有所增加，ATP为直接能源物质。（3）兴奋在神经细胞间传递依靠突触来完成的，此过程为单向，信号在神经元间的传递是电信号到化学信号，再到电信号。第8页共8页 （4）钙对肌肉的作用是抑制其收缩而促进其舒张。血钙过高时，对收缩的抑制过深，即降低了神经细胞的兴奋性，肌肉收缩就显得无力；过低时，肌肉收缩过强而舒张不够，就出现了抽搐。 【参考答案】（1）高尔基体突触前膜（2）ATP线粒体（3）单向传递电信号→化学信号→电信号(4)神经细胞兴奋性【例题5】科学研究表明：精神因素（焦虑、紧张等的心理应激）会使T细胞活性下降，对病毒、真菌感染的抵抗能力和对肿瘤细胞的监控能力下降，还间接引起机体生成抗体的能力降低。下图表示神经、免疫、内分泌三大系统相互调节的部分示意图，请据图回答下列问题。（1）由图可知，神经系统可通过突触前膜直接调节免疫器官或免疫细胞的活动，还可通过下丘脑分泌有关激素间接调节免疫器官或免疫细胞的活动。（2）精神因素使T细胞活性下降，______________的分泌量减少，影响了____________________________的过程，从而引起机体生成抗体的能力降低。（3）维持机体稳态离不开细胞间的信息交流，动物细胞间进行信息交流的途径有：一是（填二种）等信息分子通过体液运输并作用于靶细胞来实现；二是通过细胞间的接触实现信息交流。吞噬细胞将抗原呈递给T细胞是通过哪种途径实现的？。（4）若抗体与自身红细胞结合，造成这些红细胞被吞噬和分解，这在免疫学上称为；若抗体结合到呼吸道上皮细胞，再接受同一抗原刺激后引起哮喘，这在免疫学上称为。（5）激素通过血液分布于全身，机体中很多细胞都会同时接触到某一激素，为什么它却只引起某一种细胞的特定反应？。【解析】解答本题是要理解突触前膜可通过释放神经递质直接作用于免疫器官或免疫细胞。（1）突触前膜可释放神经递质，直接调节免疫器官或免疫细胞的活动。（2）T细胞能够分泌淋巴因子，促进B细胞增殖分化形成浆细胞和记忆细胞，浆细胞能够合成并分泌抗体。（3）动物细胞间进行信息交流的途径有两种：①激素、神经递质、淋巴因子等信息分子通过体液运输并作用于靶细胞来实现，②通过细胞间的接触实现信息交流。吞噬细胞通过细胞间的接触将抗原呈递给T细胞。（4）抗体能够破坏自身红细胞，属于自身免疫病；抗体结合到呼吸道上皮细胞，再接受同一抗原刺激后引起哮喘，属于过敏反应。（5）由于激素第8页共8页 只有与特定细胞上的受体相结合才能发挥作用，所以激素只能引起某一种细胞的特定反应。【参考答案】：（1）释放神经递质（2）淋巴因子；B细胞增殖分化成浆细胞（3）激素、神经递质、淋巴因子（或其他合适的答案，如CO2、H＋）；通过细胞间的接触（4）自身免疫病；过敏反应（5）因为激素只有与特定细胞上的受体相结合才能发挥作用（关键点：特定，受体）（或这种细胞膜上有能识别激素的糖蛋白。关键点：识别，糖蛋白）【例题6】植物体内的激素与细胞内激素受体蛋白结合后即表现出调节代谢的功能。秋末植物的叶片衰老时，在叶柄基部开始形成离层（如图甲所示），而后从植物体上脱落。离层部分细胞相关的生命活动如图乙所示。请据图回答下列问题：(1)乙烯活性受体在细胞内合成的场所为，其基本组成单位是。(2)图乙可知，叶柄基部离层的产生，与（植物激素）有密切关系。在该植物激素的作用下，细胞核中的有关基因进行表达，基因的表达过程的场所分别是、。(3)图中A物质由内质网以出芽的方式形成囊泡，运往高尔基体，再由高尔基体形成分泌小泡，运往细胞膜，而后通过细胞膜的胞吐作用，分泌到细胞外。从这一系列的过程能够证明：①；②。(4)进一步的研究表明，叶柄基部离层的形成，还有脱落酸等其他植物激素的参与，这说明。【解析】本题结合植物激素“乙烯”在细胞内的调节过程图，考查细胞结构和功能，意在考查考生的识图能力、识记能力和分析能力，属于容易题。（1）由题意可知，乙烯活性受体是蛋白质，基本单位是氨基酸，是氨基酸在核糖体内通过脱水缩合而形成的。（2）第8页共8页 由图可知，乙烯与活性受体结合后可作用于细胞核中的DNA，从而通过影响转录过程而实现对代谢调节的功能，转录的场所在细胞核中，翻译的场所在细胞质中的核糖体上。（3）A物质由内质网以出芽的方式形成小泡，运往高尔基体，再由高尔基体形成分泌小泡，运往细胞膜，而后通过细胞膜的外排作用，分泌到细胞外。从这一系列的过程能够证明：生物膜具有一定的流动性；各种生物膜在结构和功能上具有一定的连续性。（4）叶柄基部离层的形成与乙烯、脱落酸等植物激素有关，说明在植物的生长发育过程和适应环境变化的过程何总，各种激素并不是孤立地起作用，而是多种激素相互作用共同调节的。【参考答案】（1）核糖体氨基酸（2）乙烯细胞核核糖体（3）①生物膜具有一定的流动性②各种生物膜在结构和功能上具有一定的连续性（4）植物生物活动调节，不是单一激素的作用，而是由多种激素相互作用共同调节的。参考文献：[1]张卓鹏.以2012年诺贝尔奖为背景的生物学试题解析[J],生物学教学,2013,03：59-60.[2]陆敏刚,丁瑜.有关诺贝尔生理学或医学奖的生物题[J].高中生,2003,04:6-7.[3]李进京.与2010年诺贝尔奖有关的生物学试题解析[J].生物学教学,2011,03:47-48.[4]刘汉超.以诺贝尔奖为背景的生物试题集锦[J].考试(高考版),2004,10:38-41.[5]王晨.一组与2009年诺贝尔奖相关联的生物试题解析[J].青苹果,2010,04:7-9.附：细胞囊泡交通运行与调节机制的图解（图片和说明文字转自：http://www.nobelprize.org/）第8页共8页