2018年诺贝尔奖背景下的生物试题

摘抄整理来源：中学生物教学 2019年3月刊

《聚焦2018年诺贝尔奖下的生物学试题》河南省汝阳县第一高级中学（471200） 李进京

例1美国科学家詹姆斯 .艾利森和日本科学家庶佑因为研究针对免疫具有“刹车片”作用的蛋白质，以及在癌症治疗上的新应用，获得2018年诺贝尔医学或生理学奖。

蛋白质CTLA -4具有抑制T细胞功能的作用(图1A),给患者注射抗CTLA-4的抗体，能够阻碍这一抑制作用,使得 T细胞活性加强，于是对癌细胞的攻击也随之加强(图1C)。蛋白质PD-1则是另一种抑制T细胞活化的“刹车装置"(图1B)，会被癌细胞主动利用,是多种癌细胞逃避T细胞攻击的作弊手段。给患者注射抗PD-1的抗体,该抗体与PD-1结合后,松开“刹车" ,导致T细胞活化,对癌细胞的攻击烈度也随之上升(图ID)。

回答下列有关问题:

(1)与正常细胞相比，癌细胞的细胞膜成分发生改变，产生甲胎蛋白（AFP）和癌胚抗原（CEA）等物质。同时癌细胞膜上的________  减少 ,导致癌细胞容易在机体内分散________。

(2)在机体抗肿瘤的过程中，特异性免疫和____________均发挥 一定作用，其中特异性免疫主要是通过__________免疫来进行的。

(3)对于癌症的治疗,科学家从多种渠道进行探索。利用化疗进行治疗的缺点主要有________________________________________________。

与之相比,通过杂交瘤细胞产生的单克隆抗体注人静脉后能够“直扑”肿瘤细胞，原因是_______________________________________________________________________。 单克隆抗体与肿瘤细胞特异性结合后，其携带的药物作用于肿瘤细胞使之发生__________  ,从而消灭肿瘤细胞。

(4)对人体免疫系统起“刹车片”作用的蛋白质主要有________免疫。“刹车片”的存在能避免人体免疫功能_______而患______________病。但是这些免疫“刹车片”对癌细胞的清除来说，其负面影响包括__________________________________________________________。

(5)根据题中信息，你认为治疗癌症可以采用的新措施应有:___________________________________________________________________________。

解析：(1)发生癌变的细胞膜表面产生甲胎蛋白(AFP)和癌胚抗原(CEA)等物质。因此在验血过程中,如果AFP和CEA含量较高时,体内可能出现了癌细胞。另外癌细胞表面糖蛋白减少,从而使癌细胞容易分散和转移。

(2) 正常机体中都存在着特异性免疫和非特异性免疫，其中特异性免疫中针对癌细胞的清除主要是通过细胞免疫来实现的。

(3) 利用化疗方法治疗癌症过程中，化学药物在杀灭癌细胞的同时也杀死正常细胞，同时还很难彻底杀死体内所有的癌细胞。单克隆抗体特异性强，灵敏度高，能够准确识别肿瘤细胞，常通过制成生物导弹进行治疗，并通过药物作用使癌细胞发生细胞调亡。

(4) 根据题中信息,CTLA-4具有抑制T细胞功能的作用,PD-1会被癌细胞利用从而逃避免疫细胞的作用。免疫抑制物质的存在能避免免疫作用过强，从而出现自身免疫病。

(5) 根据题中信息，给患者注射抗CTLA -4的抗体,可以阻碍这一抑制作用，导致T细胞活性加强，于是对癌细胞的攻击也随之加强。给患者注射抗PD-1的抗体，可以导致T细胞活化，对癌细胞的攻击烈度也随之上升。因此单独或联合使用抗CTLA-4的抗体和抗PD-1的抗体，可能会使免疫系统充分发挥作用,清除癌细胞。

答案：(1)糖蛋白 转移

（2）非特异性免疫 T细胞

(3)化学药物对杀灭癌细胞并无特异性,杀灭癌细胞的同时也杀死正常细胞，过度化疗会缩短患者生存时间;化疗不可能彻底杀死体内所有癌细胞，在一定的时间内癌细胞还会复发或转移(合理即可)

特异性强，灵敏度高,能够特异性识别肿瘤细胞 细胞凋亡

(4) CTLA -4和PD-1 强 自身免疫 使T细胞对癌细胞的杀伤力降低，导致多种癌细胞逃避T细胞攻击(导致多种癌细胞发生免疫逃逸)

(5) 通过单独使用或联合使用抗CTLA-4的抗体和抗PD-1的抗体，从而释放自身的免疫能力，通过人体自身的T细胞(免疫系统)来清除癌细胞(合理即可)。

例3 美国科学家弗朗西斯。阿诺德因为在“酶的定向进化”方面的贡献而获得2018年诺贝尔化学奖。酶的定向进化技术，是指在不了解酶的空间结构和作用机制的情况下，通过人为创造特殊条件模拟自然进化过程，在体外使其基因发生大量变异，并定向筛选获得具有特定性质或功能的突变酶分子。请回答下列有关问题:

(1)酶的“定向进化”是在试管中模仿达尔文“进化论”的过程。根据现代生物进化理论，生物的定向进化可理解为生物的进化方向是朝____________________________进行的。其进化的方向是由____________决定的。生物进化的实质是____________________________。

(2)在传统蛋白质工程中,其基本途径是在预期蛋白质功能的基础上，设计并预期________的结构，进而推测相应的_____________________，在此基础上确定脱氧核苷酸序列。对于一个蛋白质来说，其脱氧核苷酸序列种类___________。

(3)酶的定向进化技术是一种更接近自然进化方式的蛋白质工程新策略,在酶的定向进化过程中，酶的氨基酸序列往往是_________它，与自然条件下的生物相比，从进化时间上分析其不同之处在于____________________，从进化方向上分析其不同之处在于________________________________________。

解析：(1)现代生物进化理论和达尔文生物进化论的不同之处在于，现代生物进化理论强调以种群为单位进行进化，生物进化是朝着有利于种群生存的方向;而达尔文进化论则强调个体的进化，认为在自然条件下生物朝着有利于个体生存的方向进化。生物进化的方向由自然选择决定,其实质是种群基因频率的改变。

(2) 传统蛋白质工程的基本途径是从预期的蛋白质功能出发,设计其结构，并推测其应有的氨基酸序列，再找到相应的脱氧苷酸序列,并合成相应的基因。由于有些种类的氨基酸对应多种密码子,因此即使在氨基酸序列确定的情况下，其基因的脱氧核苷酸序列也有多种可能。(3)根据题中信息，酶的定向进化技术是在不了解酶的空间结构和作用机制的情况下进行的。与自然进化相比,定向进化历程大为缩短。另外，定向进化完全是人为引发的突变，酶分子能朝着人们期望的特定目标进化。

答案：(1)有利于种群生存的方向 自然选择 种群基因频率的改变

(2) 蛋白质 氨基酸序列 有多种

(3) 未知( 不确定) 酶的定向进化历程非常短 人为控制酶分子朝着人们期望的特定目标进化

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