2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——神經(jīng)生物學(xué)與分子生物學(xué)結(jié)合考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題3分，共15分）1.神經(jīng)遞質(zhì)2.離子通道門控3.基因敲除（Knockout）4.第二信使5.神經(jīng)可塑性二、簡答題（每題5分，共25分）1.簡述突觸傳遞的基本過程及其主要分子機(jī)制。2.簡要說明G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用。3.解釋什么是表觀遺傳修飾，并舉例說明其在神經(jīng)元分化中的作用。4.簡述CRISPR-Cas9技術(shù)的基本原理及其在神經(jīng)科學(xué)研究中的應(yīng)用潛力。5.闡述學(xué)習(xí)記憶可能涉及的主要分子機(jī)制。三、論述題（每題10分，共30分）1.論述信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在神經(jīng)發(fā)育過程中的調(diào)控作用，結(jié)合具體通路舉例說明。2.分析阿爾茨海默病中涉及的關(guān)鍵分子病理機(jī)制，并探討基于分子生物學(xué)技術(shù)的潛在治療策略。3.結(jié)合基因編輯技術(shù)，討論其在構(gòu)建神經(jīng)系統(tǒng)疾病模型和進(jìn)行基因治療方面的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)。試卷答案---一、名詞解釋1.神經(jīng)遞質(zhì)：由神經(jīng)元釋放，能夠與特定受體結(jié)合，從而在神經(jīng)元之間或神經(jīng)元與靶細(xì)胞之間傳遞信息的化學(xué)物質(zhì)。常見的有乙酰膽堿、谷氨酸、GABA、去甲腎上腺素等。**解析思路：*考察對基本概念的定義。需答出其來源（神經(jīng)元釋放）、作用方式（與受體結(jié)合）、功能（傳遞信息）。2.離子通道門控：指離子通道在特定條件下（如電壓、配體結(jié)合、機(jī)械力等）發(fā)生構(gòu)象變化，從而改變其通道口的開閉狀態(tài)，控制特定離子跨膜流動的現(xiàn)象?？煞譃殡妷洪T控、配體門控、機(jī)械門控等類型。**解析思路：*考察對離子通道功能調(diào)控機(jī)制的理解。需答出門控的概念（通道口開閉變化）、觸發(fā)條件（電壓、配體等）、主要類型。3.基因敲除（Knockout）：一種基因功能研究技術(shù)，通過特定方法（如使用同源重組或CRISPR等）在目標(biāo)生物體的基因組中引入一個功能喪失（失活）的突變，導(dǎo)致該基因的編碼產(chǎn)物缺失或功能減弱，從而研究該基因在生物體發(fā)育和生命活動中的作用的遺傳學(xué)方法。**解析思路：*考察對基因功能研究技術(shù)的掌握。需答出定義（基因功能喪失）、方法（同源重組、CRISPR等）、目的（研究基因功能）。4.第二信使：指細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中，由第一信使（如激素、神經(jīng)遞質(zhì)）作用于細(xì)胞膜受體后，在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生并放大信號，將信號傳遞至細(xì)胞內(nèi)效應(yīng)分子的信號分子。常見的有cAMP、Ca2+、IP3、DAG等。**解析思路：*考察對信號轉(zhuǎn)導(dǎo)級聯(lián)反應(yīng)的理解。需答出其在信號傳遞中的位置（第一信使之后）、作用（放大信號、傳遞信號）、常見例子。5.神經(jīng)可塑性：指神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能在結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生持久性改變的能力，這種改變是學(xué)習(xí)、記憶、發(fā)育、適應(yīng)環(huán)境變化以及神經(jīng)損傷修復(fù)的基礎(chǔ)。包括突觸可塑性和結(jié)構(gòu)可塑性等。**解析思路：*考察對神經(jīng)生物學(xué)核心概念的理解。需答出定義（結(jié)構(gòu)和功能改變能力）、基礎(chǔ)（學(xué)習(xí)記憶、適應(yīng)等）、類型（突觸、結(jié)構(gòu)）。二、簡答題1.簡述突觸傳遞的基本過程及其主要分子機(jī)制。**答案：*突觸傳遞包括興奮性突觸傳遞和抑制性突觸傳遞?；具^程：當(dāng)神經(jīng)沖動到達(dá)突觸前末梢時，觸發(fā)電壓門控Ca2+通道開放，Ca2+內(nèi)流。Ca2+促使突觸前膜內(nèi)的神經(jīng)遞質(zhì)囊泡與前膜融合，通過胞吐作用釋放神經(jīng)遞質(zhì)到突觸間隙。神經(jīng)遞質(zhì)擴(kuò)散至突觸后膜，與特定的受體結(jié)合，引起突觸后膜離子通道開放（配體門控），導(dǎo)致離子跨膜流動，改變突觸后神經(jīng)元的膜電位（興奮性或抑制性）。主要分子機(jī)制包括：Ca2+依賴性囊泡胞吐作用、神經(jīng)遞質(zhì)的合成與釋放、神經(jīng)遞質(zhì)與受體的特異性結(jié)合、突觸后離子通道的種類與功能、以及神經(jīng)遞質(zhì)的再攝取和降解。**解析思路：*考察對突觸傳遞基本步驟和關(guān)鍵分子元件的理解。需按時間順序描述過程（沖動->Ca2+->釋放->擴(kuò)散->結(jié)合->通道開放->離子流->效應(yīng)），并點(diǎn)出主要涉及的分子機(jī)制（Ca2+依賴、胞吐、受體、通道、攝取/降解）。2.簡要說明G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用。**答案：*G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）是位于細(xì)胞膜上的一大類受體，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是含有七個跨膜α螺旋。當(dāng)配體（如激素、神經(jīng)遞質(zhì)）與GPCR結(jié)合后，引起受體構(gòu)象變化，進(jìn)而激活與之偶聯(lián)的G蛋白（由α、β、γ三個亞基組成）?；罨腉蛋白的α亞基發(fā)生構(gòu)象變化，解離并釋放GDP，結(jié)合GTP，從而獲得活性?；罨腉蛋白能進(jìn)一步激活下游的效應(yīng)分子，如腺苷酸環(huán)化酶（AC）、磷脂酰肌醇特異性磷脂酶C（PLC）等，產(chǎn)生第二信使（如cAMP、Ca2+、IP3/DAG），這些第二信使再擴(kuò)散至細(xì)胞內(nèi)，激活或抑制多種蛋白質(zhì)激酶、離子通道等效應(yīng)分子，最終引起細(xì)胞功能的改變。GPCR信號通路是細(xì)胞感知外界環(huán)境變化并作出應(yīng)答的最主要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑之一。**解析思路：*考察對GPCR信號通路機(jī)制的理解。需描述其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、配體結(jié)合后的變化、與G蛋白的相互作用（激活、GTP結(jié)合）、G蛋白如何激活下游效應(yīng)分子（AC、PLC）、最終產(chǎn)生的信號分子及其作用。3.解釋什么是表觀遺傳修飾，并舉例說明其在神經(jīng)元分化中的作用。**答案：*表觀遺傳修飾是指不改變DNA堿基序列，但能夠影響基因表達(dá)狀態(tài)的可遺傳的細(xì)胞遺傳學(xué)變化。主要包括DNA甲基化、組蛋白修飾（如乙?；?、磷酸化、甲基化等）和非編碼RNA調(diào)控等。在神經(jīng)元分化中，表觀遺傳修飾起著關(guān)鍵作用。例如，特定的DNA甲基化模式可以在神經(jīng)元譜系決定和神經(jīng)元特異性基因的激活/抑制中起關(guān)鍵作用；組蛋白乙?；ǔＥc染色質(zhì)松散和基因激活相關(guān)，有助于啟動神經(jīng)元特異性轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)；而組蛋白甲基化則具有更復(fù)雜的作用，既可以促進(jìn)也可以抑制基因表達(dá)，參與染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的維持和重塑。這些修飾共同調(diào)控了神經(jīng)元分化過程中大量基因的表達(dá)程序。**解析思路：*考察對表觀遺傳基本概念及其功能的理解。需定義表觀遺傳，列舉主要類型，并結(jié)合神經(jīng)元分化具體說明不同修飾（DNA甲基化、組蛋白修飾）的作用機(jī)制和意義。4.簡要說明CRISPR-Cas9技術(shù)的基本原理及其在神經(jīng)科學(xué)研究中的應(yīng)用潛力。**答案：*CRISPR-Cas9技術(shù)是一種革命性的基因編輯工具。其基本原理是利用一段與目標(biāo)DNA序列互補(bǔ)的向?qū)NA（gRNA）將Cas9核酸酶導(dǎo)向目標(biāo)DNA位點(diǎn)，gRNA-Cas9復(fù)合物識別并結(jié)合目標(biāo)DNA（通過PAM序列識別），Cas9酶隨即切割目標(biāo)DNA雙鏈，形成DNA雙鏈斷裂（DSB）。細(xì)胞自身的DNA修復(fù)機(jī)制（NHEJ或HDR）會修復(fù)DSB，從而實(shí)現(xiàn)基因敲除（NHEJ易出錯導(dǎo)致插入/刪除突變）、基因敲入或基因修正。在神經(jīng)科學(xué)研究中，該技術(shù)具有巨大應(yīng)用潛力，可用于：構(gòu)建特定神經(jīng)元或膠質(zhì)細(xì)胞類型的基因功能缺失或修正模型；研究神經(jīng)發(fā)育過程中關(guān)鍵基因的作用；建立神經(jīng)退行性疾病的細(xì)胞模型并篩選藥物；開發(fā)針對神經(jīng)精神疾病或遺傳性神經(jīng)病的基因治療策略；通過在活體動物中靶向特定腦區(qū)神經(jīng)元進(jìn)行編輯，研究其功能及其在行為中的作用。**解析思路：*考察對基因編輯技術(shù)原理和應(yīng)用的理解。需簡述其核心組成（gRNA,Cas9）、作用機(jī)制（識別、切割、修復(fù)）、主要功能（敲除、敲入、修正），并列舉其在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的主要應(yīng)用方向。5.闡述學(xué)習(xí)記憶可能涉及的主要分子機(jī)制。**答案：*學(xué)習(xí)記憶涉及一系列復(fù)雜的分子和細(xì)胞過程，主要涉及神經(jīng)元之間連接強(qiáng)度的改變（突觸可塑性）和神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)活動的重塑。主要的分子機(jī)制包括：長時程增強(qiáng)（LTP）和長時程抑制（LTD），它們分別是突觸可塑性的兩種主要形式，涉及突觸后受體（如NMDA受體、AMPA受體）的表達(dá)和功能改變、突觸結(jié)構(gòu)（如突觸小體大小、突觸密度）的變化、以及突觸前神經(jīng)遞質(zhì)釋放的調(diào)節(jié)。此外，還需要依賴于核糖體合成新的蛋白質(zhì)來維持這些長時程變化。更高級的記憶可能還涉及特定腦區(qū)（如海馬體、杏仁核）神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)活動的協(xié)調(diào)、以及基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的改變，從而形成持久的記憶痕跡。**解析思路：*考察對學(xué)習(xí)記憶分子基礎(chǔ)的理解。需概述學(xué)習(xí)記憶的基本特征（突觸可塑性、網(wǎng)絡(luò)活動），重點(diǎn)闡述關(guān)鍵的分子機(jī)制（LTP/LTD及其機(jī)制、受體變化、結(jié)構(gòu)變化、突觸前調(diào)節(jié)、蛋白質(zhì)合成），并提及高級記憶可能涉及的區(qū)域和網(wǎng)絡(luò)層面變化。三、論述題1.論述信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在神經(jīng)發(fā)育過程中的調(diào)控作用，結(jié)合具體通路舉例說明。**答案：*信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在神經(jīng)發(fā)育過程中扮演著至關(guān)重要的調(diào)控角色，參與神經(jīng)元分化、遷移、軸突導(dǎo)向、突觸形成和可塑性等多個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。例如，Notch信號通路在神經(jīng)元分化和命運(yùn)決定中起核心作用，Notch受體與配體結(jié)合后，通過剪切機(jī)制釋放胞內(nèi)域（NICD），進(jìn)入細(xì)胞核調(diào)控靶基因表達(dá)，影響神經(jīng)干細(xì)胞的自我更新、多能性維持或分化命運(yùn)。BMP（骨形態(tài)發(fā)生蛋白）信號通路在神經(jīng)管閉合、神經(jīng)元分化和軸突生長中起重要作用，其信號強(qiáng)度和時空分布決定了不同神經(jīng)元的類型和位置。Wnt信號通路參與神經(jīng)元的遷移和分叉，以及膠質(zhì)細(xì)胞的譜系分化。神經(jīng)生長因子（NGF）及其受體酪氨酸激酶A（TrkA）的信號通路是神經(jīng)元存活的關(guān)鍵，NGF與TrkA結(jié)合后激活下游MAPK和PI3K/Akt通路，促進(jìn)神經(jīng)元增殖、存活和生長。這些通路通過精確調(diào)控關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子的活性，以及與其他信號通路的相互作用，共同orchestrate神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育進(jìn)程。**解析思路：*考察對信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路功能的綜合理解和應(yīng)用能力。需先闡述信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在發(fā)育中的總體作用，然后選擇2-3個具體的通路（如Notch,BMP,Wnt,NGF/TrkA），結(jié)合其在神經(jīng)發(fā)育中的具體功能（如分化、遷移、存活、生長）和分子機(jī)制（如NICD入核、MAPK/Akt通路激活）進(jìn)行詳細(xì)論述，體現(xiàn)知識的深度和廣度。2.分析阿爾茨海默病中涉及的關(guān)鍵分子病理機(jī)制，并探討基于分子生物學(xué)技術(shù)的潛在治療策略。**答案：*阿爾茨海默?。ˋD）的關(guān)鍵分子病理機(jī)制主要涉及兩大類：淀粉樣蛋白斑塊（Aβ）的沉積和神經(jīng)纖維纏結(jié)（NFTs）的形成。Aβ是由淀粉樣前體蛋白（APP）在β-分泌酶和γ-分泌酶作用下異常切割產(chǎn)生的毒性片段，在細(xì)胞外聚集形成不溶性斑塊，干擾細(xì)胞通訊、誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)、破壞血腦屏障，并可能通過產(chǎn)生氧自由基和抑制突觸功能導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。NFTs主要由異常磷酸化的Tau蛋白聚集而成，Tau蛋白原本維持微管穩(wěn)定性，但在AD中失去此功能，形成神經(jīng)纖維纏結(jié)，破壞神經(jīng)元內(nèi)運(yùn)輸系統(tǒng)，導(dǎo)致神經(jīng)元功能障礙和死亡。此外，AD還伴隨著神經(jīng)元丟失、突觸丟失、炎癥反應(yīng)加劇、氧化應(yīng)激增加和乙酰膽堿能系統(tǒng)功能下降等病理變化。基于分子生物學(xué)技術(shù)的潛在治療策略包括：①靶向Aβ生成或清除：利用基因silencing技術(shù)（如siRNA、ASO）降低APP或β/γ分泌酶的表達(dá)；開發(fā)小分子抑制劑阻止Aβ生成；利用細(xì)胞療法或基因治療促進(jìn)Aβ的清除。②靶向Tau蛋白：開發(fā)抑制Tau蛋白磷酸化的小分子藥物；設(shè)計特異性抗體或肽類藥物靶向、聚集或降解異常Tau蛋白。③修復(fù)或保護(hù)神經(jīng)元：利用基因治療補(bǔ)充缺失或功能異常的基因（如APP加工調(diào)節(jié)因子基因）；開發(fā)神經(jīng)保護(hù)劑，抗氧化、抗炎，保護(hù)神經(jīng)元免受損傷。④糾正突觸功能障礙：通過基因治療或藥物調(diào)節(jié)突觸可塑性相關(guān)基因和蛋白的表達(dá)。**解析思路：*考察對復(fù)雜神經(jīng)退行性疾病分子機(jī)制的理解和解決實(shí)際問題的能力。需先清晰闡述AD的核心病理機(jī)制（Aβ,Tau及其作用），再基于這些機(jī)制，廣泛聯(lián)系分子生物學(xué)技術(shù)（基因治療、RNA干擾、藥物開發(fā)、細(xì)胞療法），提出具體、有理據(jù)的治療策略，并簡要說明其作用原理。3.結(jié)合基因編輯技術(shù)，討論其在構(gòu)建神經(jīng)系統(tǒng)疾病模型和進(jìn)行基因治療方面的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)。**答案：*基因編輯技術(shù)，特別是CRISPR-Cas9系統(tǒng)，為構(gòu)建神經(jīng)系統(tǒng)疾病模型和進(jìn)行基因治療提供了強(qiáng)大的工具。在構(gòu)建疾病模型方面，其優(yōu)勢在于：①高效性：能夠快速、精確地在特定基因中引入突變（如點(diǎn)突變、插入/缺失），模擬人類遺傳病的致病基因型。②精確性：通過設(shè)計不同的gRNA，可以靶向基因組中幾乎任何位置，實(shí)現(xiàn)對特定基因的精確修飾。③便捷性：相對于傳統(tǒng)基因敲除技術(shù)，CRISPR-Cas9操作相對簡單，成本較低。利用該技術(shù)，可以在小鼠、斑馬魚、果蠅等模式生物中構(gòu)建神經(jīng)元特異性表達(dá)突變體的模型，用于研究疾病發(fā)病機(jī)制、篩選藥物。挑戰(zhàn)在于：①短期和長期脫靶效應(yīng)：gRNA可能識別并切割非目標(biāo)位點(diǎn)，導(dǎo)致意外突變，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果和模型可靠性。②基因型嵌合體：尤其是在生殖系編輯或某些組織特異性編輯中，可能存在部分細(xì)胞未被編輯，導(dǎo)致結(jié)果復(fù)雜。③大型基因組編輯的挑戰(zhàn)：同時修改多個基因或進(jìn)行復(fù)雜的基因組重排較為困難。在基因治療方面，優(yōu)勢在于：①精確糾正致病突變：可以直接在患者細(xì)胞或體內(nèi)靶向并修復(fù)致病基因的DNA序列，具有治愈疾病的潛力。②定向性：可以通過設(shè)計組織特異性gRNA，將編輯系統(tǒng)導(dǎo)向特定類型的神經(jīng)元或膠質(zhì)細(xì)胞，提高治療靶向性。③擴(kuò)展性：可用于治療單基因遺傳性神經(jīng)系統(tǒng)疾?。ㄈ缂顾栊约∥s癥SMA、亨廷