2025年大學(xué)《核物理》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——核輻射對(duì)細(xì)胞代謝的影響研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.在核輻射防護(hù)中，通常所說(shuō)的“距離防護(hù)”主要是利用了下列哪個(gè)物理定律？A.沃頓定律B.比爾-朗伯定律C.居里定律D.費(fèi)米平方反比定律2.下列哪種輻射在穿過(guò)生物組織時(shí)，其衰減最迅速？A.α射線(xiàn)B.β射線(xiàn)C.γ射線(xiàn)D.中子射線(xiàn)3.當(dāng)量劑量（H）是為了評(píng)價(jià)哪種輻射的生物效應(yīng)？A.電離能力B.傳熱能力C.對(duì)生物組織的隨機(jī)性效應(yīng)D.對(duì)生物組織的確定性效應(yīng)的嚴(yán)重程度4.在研究核輻射對(duì)細(xì)胞DNA復(fù)制的影響時(shí)，使用3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸（dTMP）是一種常用的方法。這主要利用了放射性同位素的哪種特性？A.發(fā)射α粒子B.發(fā)射β粒子C.發(fā)射γ射線(xiàn)D.放射性衰變的半衰期穩(wěn)定性5.輻射引起的細(xì)胞死亡主要通過(guò)以下哪種機(jī)制？A.細(xì)胞凋亡B.細(xì)胞壞死C.細(xì)胞分化異常D.細(xì)胞衰老加速6.輻射導(dǎo)致線(xiàn)粒體功能障礙，進(jìn)而影響細(xì)胞代謝，主要是因?yàn)檩椛鋼p傷了線(xiàn)粒體中的：A.DNAB.核糖體C.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)D.染色體7.某研究指出，一定劑量的伽馬射線(xiàn)照射會(huì)抑制腫瘤細(xì)胞的糖酵解。這種現(xiàn)象可能的原因是輻射損傷了參與糖酵解的關(guān)鍵酶，例如：A.乳酸脫氫酶B.磷酸果糖激酶-1C.丙酮酸脫氫酶復(fù)合體D.葡萄糖激酶8.在使用放射性同位素進(jìn)行細(xì)胞代謝示蹤實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了減少輻射對(duì)樣品的損傷，通常會(huì)選擇半衰期較短的放射性同位素。以下哪一組同位素（標(biāo)記同一分子）符合這一原則？A.3H(T1/2≈12.3年)和1?C(T1/2≈5730年)B.3H(T1/2≈12.3年)和32P(T1/2≈14.3天)C.1?C(T1/2≈5730年)和32P(T1/2≈14.3天)D.3H(T1/2≈12.3年)和3H(T1/2≈12.3年)9.比較α射線(xiàn)和γ射線(xiàn)對(duì)同一厚度的生物組織造成的損傷，通常哪種射線(xiàn)的損傷更深？A.α射線(xiàn)B.β射線(xiàn)C.γ射線(xiàn)D.中子射線(xiàn)10.分次給予較低劑量的輻射比一次性給予同等總劑量的輻射對(duì)細(xì)胞的殺傷效果更強(qiáng)，這種現(xiàn)象在輻射生物學(xué)中被稱(chēng)為：A.輻射增敏效應(yīng)B.輻射適應(yīng)性效應(yīng)C.劑量率效應(yīng)D.分次照射效應(yīng)二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線(xiàn)上）1.放射性核素衰變時(shí)，原子核從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)，多余的能量通常以______和______的形式釋放出來(lái)。2.吸收劑量（D）是指單位質(zhì)量的受照物質(zhì)吸收的電離輻射能量，其國(guó)際單位制單位是______，常用單位是______。3.輻射對(duì)細(xì)胞代謝的影響是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，可能涉及對(duì)______、______和______等生物大分子的直接損傷，也可能通過(guò)產(chǎn)生______損傷間接影響代謝。4.在利用放射性同位素進(jìn)行示蹤實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要計(jì)算放射性同位素的______，它是單位質(zhì)量物質(zhì)所含的放射性活度。5.輻射引起的細(xì)胞周期阻滯通常發(fā)生在特定的細(xì)胞周期期，例如G?/S期邊界或G?/M期邊界，這可能是由于輻射損傷觸發(fā)了______通路，導(dǎo)致細(xì)胞周期相關(guān)蛋白（如______）發(fā)生磷酸化修飾。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共15分）1.簡(jiǎn)述輻射劑量當(dāng)量（H）與吸收劑量（D）的區(qū)別和聯(lián)系。2.簡(jiǎn)述輻射如何導(dǎo)致細(xì)胞線(xiàn)粒體功能障礙，并說(shuō)明其對(duì)細(xì)胞代謝的具體影響。3.簡(jiǎn)述使用放射性同位素進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)代謝研究中，需要考慮的主要輻射防護(hù)措施。四、論述題（每題7分，共14分）1.論述不同類(lèi)型的電離輻射（如α、β、γ、中子）對(duì)細(xì)胞代謝可能產(chǎn)生的影響差異，并分析其主要原因。2.結(jié)合細(xì)胞代謝的基本途徑，論述輻射可能通過(guò)哪些具體機(jī)制干擾細(xì)胞的能量供應(yīng)過(guò)程。五、計(jì)算題（共11分）已知某放射性核素的半衰期為5天，現(xiàn)需要配制1.0×10?Bq的標(biāo)記溶液，應(yīng)稱(chēng)取多少克該核素？（假設(shè)核素的摩爾質(zhì)量為Mg/mol，阿伏伽德羅常數(shù)N?=6.022×1023mol?1，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）試卷答案一、選擇題1.D2.C3.D4.B5.A6.A7.B8.B9.A10.D二、填空題1.光子；帶電粒子2.焦耳/千克；戈瑞3.DNA；蛋白質(zhì)；脂質(zhì)；自由基4.比活度5.信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)；p53三、簡(jiǎn)答題1.吸收劑量D是衡量輻射能量沉積的物理量，不帶生物效應(yīng)權(quán)重。劑量當(dāng)量H是在吸收劑量D的基礎(chǔ)上，乘以一個(gè)輻射權(quán)重因子（WR），用于評(píng)估不同類(lèi)型輻射對(duì)生物組織的隨機(jī)性效應(yīng)（如致癌風(fēng)險(xiǎn)）的相對(duì)危險(xiǎn)度。劑量當(dāng)量H=WR×D。對(duì)于確定性效應(yīng)（如皮膚燒傷），則使用劑量當(dāng)量率（Hr）=WR×D。聯(lián)系在于H是D與WR的乘積，都基于D計(jì)算，但H增加了生物效應(yīng)的權(quán)重。2.輻射可以直接損傷線(xiàn)粒體DNA（mtDNA），導(dǎo)致編碼關(guān)鍵呼吸鏈復(fù)合體亞基的基因突變，影響復(fù)合體的組裝和功能。輻射產(chǎn)生的活性氧（ROS）會(huì)攻擊線(xiàn)粒體膜上的脂質(zhì)，造成膜損傷和通透性增加。輻射還可能損傷線(xiàn)粒體中的蛋白質(zhì)。這些損傷會(huì)導(dǎo)致呼吸鏈功能障礙，電子傳遞效率降低，ATP合成減少。具體影響包括：細(xì)胞能量供應(yīng)不足，無(wú)法滿(mǎn)足代謝需求；ROS產(chǎn)生進(jìn)一步增加，形成惡性循環(huán)；損傷呼吸鏈的電子可能外漏，與氧反應(yīng)產(chǎn)生更多ROS；細(xì)胞無(wú)法正常進(jìn)行有氧呼吸，可能轉(zhuǎn)向效率更低的糖酵解，但總體能量產(chǎn)出下降。3.主要防護(hù)措施包括：時(shí)間防護(hù)，盡量縮短接觸輻射源的時(shí)間；距離防護(hù)，增大與輻射源的距離，利用平方反比定律減少劑量；屏蔽防護(hù)，在人與輻射源之間設(shè)置合適的屏蔽材料（如鉛、混凝土、水、生物組織），利用材料對(duì)輻射的吸收能力降低劑量率；個(gè)人防護(hù)，佩戴個(gè)人劑量計(jì)監(jiān)測(cè)輻射暴露水平，必要時(shí)使用鉛衣、鉛眼鏡等防護(hù)用品，但應(yīng)避免過(guò)度限制正常活動(dòng)；實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)良好，減少空氣中放射性氣溶膠的吸入風(fēng)險(xiǎn)；規(guī)范操作，避免誤照和內(nèi)照射（如放射性物質(zhì)攝入）。四、論述題1.不同電離輻射對(duì)細(xì)胞代謝的影響差異主要源于其物理特性（穿透能力、電離密度）和生物效應(yīng)的差異。*α射線(xiàn)：電離密度高，穿透能力弱。在體外實(shí)驗(yàn)中，若能近距離接觸細(xì)胞，其高電離密度會(huì)造成細(xì)胞核和線(xiàn)粒體等關(guān)鍵細(xì)胞器的嚴(yán)重?fù)p傷，可能導(dǎo)致DNA雙鏈斷裂、線(xiàn)粒體功能障礙，從而顯著抑制細(xì)胞代謝活動(dòng)。但在體內(nèi)，由于其無(wú)法穿透很深，主要影響表層組織。*β射線(xiàn)：電離密度較低，穿透能力中等（可達(dá)幾毫米皮膚深處）。其損傷相對(duì)α射線(xiàn)較分散，對(duì)細(xì)胞核的損傷可能不如α射線(xiàn)直接和嚴(yán)重，但也能產(chǎn)生自由基損傷細(xì)胞成分，影響代謝。β射線(xiàn)也能穿透一定距離，對(duì)體內(nèi)較深組織有一定影響。*γ射線(xiàn)：電離密度低，穿透能力極強(qiáng)，可穿透整個(gè)身體。其損傷通常較分散，主要通過(guò)產(chǎn)生自由基（特別是水分子輻解產(chǎn)生的·OH和·OH·）間接損傷細(xì)胞內(nèi)各種分子，包括DNA、蛋白質(zhì)、酶和細(xì)胞膜等，影響廣泛的代謝途徑。劑量足夠高時(shí)，可導(dǎo)致細(xì)胞周期阻滯、凋亡或壞死，代謝活動(dòng)受顯著抑制。*中子射線(xiàn)：電離密度相對(duì)γ射線(xiàn)高（但低于α射線(xiàn)），但具有強(qiáng)烈的穿透能力和易引起核反應(yīng)的特性。中子與原子核相互作用產(chǎn)生帶電粒子（質(zhì)子、α粒子等），這些次級(jí)粒子造成廣泛的電離損傷，生物效應(yīng)強(qiáng)烈。中子還能直接損傷DNA，并易誘發(fā)新的放射性核素，增加長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)細(xì)胞代謝的抑制通常非常顯著，且可能伴隨更高的生物效應(yīng)。*總的來(lái)說(shuō)，α射線(xiàn)在近距離作用時(shí)損傷最集中；β射線(xiàn)損傷相對(duì)分散；γ射線(xiàn)損傷廣泛間接；中子損傷廣泛且具有誘發(fā)新放射性核素的風(fēng)險(xiǎn)，生物效應(yīng)通常最強(qiáng)。這些差異導(dǎo)致它們對(duì)細(xì)胞代謝的具體影響模式和程度不同。2.輻射可能通過(guò)多種機(jī)制干擾細(xì)胞的能量供應(yīng)過(guò)程：*直接損傷呼吸鏈：輻射（尤其是α、中子或高劑量γ射線(xiàn)）可直接損傷位于線(xiàn)粒體內(nèi)膜上的呼吸鏈復(fù)合體（I-IV）的亞基基因（mtDNA突變）或蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致復(fù)合體功能缺陷或失活。這將直接阻斷電子傳遞鏈，使ATP合成幾乎完全停止。*產(chǎn)生大量活性氧（ROS）：輻射在細(xì)胞內(nèi)（特別是線(xiàn)粒體）誘導(dǎo)產(chǎn)生大量ROS，如超氧陰離子、羥自由基等。這些ROS會(huì)攻擊線(xiàn)粒體膜脂質(zhì)（引起脂質(zhì)過(guò)氧化，破壞膜結(jié)構(gòu)、通透性），攻擊線(xiàn)粒體蛋白質(zhì)（導(dǎo)致酶失活），攻擊線(xiàn)粒體DNA（引起基因突變）。膜損傷會(huì)干擾質(zhì)子跨膜梯度建立，進(jìn)而抑制ATP合成的末步驟。蛋白質(zhì)和酶的損傷會(huì)直接破壞參與電子傳遞和ATP合成的關(guān)鍵功能。*損傷細(xì)胞核DNA，影響基因表達(dá)：輻射可損傷細(xì)胞核中的核DNA，導(dǎo)致編碼核基因（包括線(xiàn)粒體基因相關(guān)蛋白、核基因編碼的呼吸鏈亞基、ATP合酶亞基等）的mRNA或tRNA合成受阻或產(chǎn)生錯(cuò)誤信息。這會(huì)導(dǎo)致呼吸鏈相關(guān)蛋白、調(diào)控因子或能量代謝調(diào)控激素合成不足或異常，間接抑制能量代謝。*干擾代謝調(diào)控通路：輻射可能損傷或改變細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，影響關(guān)鍵代謝調(diào)控酶（如己糖激酶、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸脫氫酶復(fù)合體等）的活性或表達(dá)水平。例如，輻射誘導(dǎo)的p53蛋白活化可能抑制細(xì)胞周期進(jìn)程，使細(xì)胞停留在能量需求較低的G?期，或促進(jìn)凋亡，從而減少整體代謝活動(dòng)。氧化應(yīng)激信號(hào)通路（如JNK、p38MAPK）的激活也可能影響代謝相關(guān)基因的表達(dá)。*線(xiàn)粒體-細(xì)胞核信號(hào)交流失衡：線(xiàn)粒體功能障礙產(chǎn)生的ROS和ATP減少會(huì)向細(xì)胞核發(fā)送信號(hào)（如Ca2?超載、p53活化），反之亦然。輻射可能破壞這種雙向交流的平衡，導(dǎo)致細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)過(guò)度，進(jìn)一步抑制或擾亂正常的代謝活動(dòng)。五、計(jì)算題解：設(shè)所需核素質(zhì)量為m（g），初始活度為A?=0Bq，目標(biāo)活度為A=1.0×10?Bq，半衰期T?=5天，時(shí)間t=T?=5天?；疃裙剑篈=A?*2^(-t/T?)由于初始時(shí)刻活度為0Bq，直接使用此公式不適用。需先計(jì)算t時(shí)刻的比活度（單位質(zhì)量物質(zhì)的活度）。比活度N?（單位：Bq/g）=A?/m?，其中m?是初始時(shí)刻的總質(zhì)量。t時(shí)刻的比活度N（單位：Bq/g）=A/m。根據(jù)比活度隨時(shí)間衰減公式：N=N?*2^(-t/T?)將N?=A?/m?，N=A/m代入：A/m=(A?/m?)*2^(-t/T?)m=A?*m?/A*2^(-t/T?)由于m?是初始質(zhì)量，t時(shí)刻質(zhì)量m=m?*2^(-t/T?)。代入上式：m=A?*(m?*2^(-t/T?))/A*2^(-t/T?)m=A?*m?/A初始時(shí)刻（t=0）的比活度N?=A?/m?。我們需要計(jì)算的是t時(shí)刻（5天后）的質(zhì)量m。我們需要知道初始時(shí)刻的比活度N?或者初始質(zhì)量m?。通常這類(lèi)題目隱含假設(shè)是從比活度恒定的源中獲取，即初始比活度N?等于最終比活度N。如果題目意圖是計(jì)算從初始狀態(tài)到5天后剩余物質(zhì)的質(zhì)量，則A?=0不適用。更合理的解釋是題目可能遺漏了初始條件或單位，或者考察的是比活度的概念。假設(shè)題目意在計(jì)算達(dá)到目標(biāo)活度所需的質(zhì)量，且比活度是均勻的。假設(shè)我們從比活度為N?的源中獲取，N?=A?/m?。目標(biāo)狀態(tài)：N=A/m。N=N?*2^(-t/T?)A/m=(A?/m?)*2^(-t/T?)由于題目未給A?/m?，無(wú)法直接計(jì)算m。另一種可能是題目簡(jiǎn)化，認(rèn)為初始活度不為零但給出總質(zhì)量，或考察的是達(dá)到一定活度比所需的時(shí)間關(guān)系。假設(shè)題目是簡(jiǎn)化形式，要求在t=T?時(shí)達(dá)到A活度，且初始比活度恒定。所需質(zhì)量m=A*T?/A?（如果A?不為0）但A?=0，無(wú)法計(jì)算。假設(shè)題目意圖是計(jì)算比活度下降一半所需時(shí)間，即t=T?=5天。假設(shè)需要計(jì)算的是在5天后達(dá)到1.0×10?Bq的物質(zhì)的量n。n=A/(λ*k*M)其中λ=ln(2)/T?=ln(2)/5天，k是核的轉(zhuǎn)化數(shù)（1mol核數(shù)為N?），M是摩爾質(zhì)量。n=(1.0×10?Bq)/((ln(2)/5天)*(6.022×1023mol?1)*Mg/mol)n=(1.0×10?*5)/(ln(2)*6.0