生物科學(xué)與諾貝爾獎(jiǎng)二輪微專題——2020-2022的諾貝爾獎(jiǎng)考查點(diǎn)沖刺高考2020年——丙型肝炎病毒HarveyJ.Alter,MichaelHoughton和CharlesMRic三位科學(xué)家在丙型肝炎病毒領(lǐng)域作出突出貢獻(xiàn)，獲得了2020年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。丙型肝炎病毒體呈球形，為單股正鏈RNA病毒，在核衣殼外包繞含脂質(zhì)的囊膜，囊膜上有刺突。2020年——丙型肝炎病毒HCV進(jìn)入人體后，會(huì)選擇性感染肝細(xì)胞，并進(jìn)行增殖，其生命周期主要分為吸附與融合、翻譯和RNA復(fù)制、組裝、出芽和釋放?？笻CV藥物則從不同階段阻斷HCV在肝細(xì)胞中的生命周期，從而達(dá)到抗病毒療效。HCV基因組編碼3種結(jié)構(gòu)蛋白(core、E1和E2)和7種非結(jié)構(gòu)蛋白(P7、NS2、3、4A、4B、5A和5B)，這些蛋白在HCV的復(fù)制和傳播過程中發(fā)揮了重要作用，因此都有可能成為抗病毒藥物的潛在靶點(diǎn)。1.丙肝病毒的發(fā)現(xiàn)者獲得了2020年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。丙肝病毒是一類RNA病毒,可侵入人體肝細(xì)胞而致病。丙肝病毒基因組含10個(gè)基因,其中NS5B基因編碼的NS5B聚合酶是催化完成病毒RNA復(fù)制必需的。2013年誕生的NS5B抑制劑索非布韋是一種可高效治愈丙肝的抗病毒藥物。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(

)A.丙肝病毒的基因是有遺傳效應(yīng)的RNA片段B.NS5B聚合酶是肝細(xì)胞核糖體經(jīng)翻譯合成的C.索非布韋可以通過抑制病毒RNA復(fù)制從而抑制丙肝病毒的繁殖D.被丙肝病毒入侵的肝細(xì)胞及丙肝病毒最終都通過細(xì)胞免疫清除2020年——丙型肝炎病毒2.2020年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了哈維·阿爾特、邁克爾·霍頓和查爾斯·賴斯這三位偉大的科學(xué)家，獎(jiǎng)勵(lì)他們?cè)诎l(fā)現(xiàn)丙型肝炎病毒上作出的貢獻(xiàn)。如圖為丙型肝炎病毒的增殖過程，下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()2020年——丙型肝炎病毒A.該病毒和HIV的增殖過程都需要逆轉(zhuǎn)錄酶的參與B.該病毒侵入宿主細(xì)胞后，③過程通常發(fā)生在④過程之前C.③④⑤⑥過程都發(fā)生了堿基配對(duì)且配對(duì)方式完全相同D.④⑤過程需要消耗的尿嘧啶核糖核苷酸的數(shù)目不相同4．三位科學(xué)家因發(fā)現(xiàn)丙肝病毒（HCV）而獲得2020年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。HCV是有包膜的單股正鏈RNA（+RNA）病毒，主要經(jīng)血液或血制品傳播。下圖示HCV生活史，據(jù)圖回答：（1）據(jù)圖可知，HCV識(shí)別肝細(xì)胞表面的受體______，通過______作用入侵或感染宿主細(xì)胞；推測(cè)包膜化學(xué)成分主要是______。（2）③所代表的過程是______，所需的原料是______。（3）+RNA（可直接指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成）含有的核糖體結(jié)合位點(diǎn)、起始密碼位于______端，指導(dǎo)合成的多聚蛋白前體在______作用下水解成多種病毒蛋白。2020年——丙型肝炎病毒答案見講義2020年——丙型肝炎病毒（4）由于DNA聚合酶的校正功能，以及細(xì)胞中存在錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)等，因而細(xì)胞中的DNA能夠精確復(fù)制。請(qǐng)嘗試解釋HCV感染者難以清除體內(nèi)病毒的主要原因______。（5）HCV感染者難以清除體內(nèi)病毒，因而預(yù)防感染成為重中之重。下列行為可能導(dǎo)致感染HCV的有（）。①與HCV感染者握手。

②輸入未經(jīng)嚴(yán)格檢測(cè)的血液制品。③與HCV感染者共用馬桶。④與吸毒者共用注射器注射毒品。答案見講義2020年——CRlSPR/Cas9基因編輯技術(shù)2020年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予法國(guó)女科學(xué)家埃瑪紐埃勒·沙爾龐捷和美國(guó)女科學(xué)家珍妮弗·道德納，以表彰她們?cè)诨蚪M編輯方法硏究領(lǐng)域作出的貢獻(xiàn)?！癈RlSPR/Cas9基因編輯技術(shù)″?；谶@項(xiàng)技術(shù)，研究人員能以極高精度改變動(dòng)物、植物和微生物的DNA，并有望更改某些生物的生命周期。這一技術(shù)對(duì)生命科學(xué)研究產(chǎn)生了突破性影響，有助于研發(fā)新的癌癥療法，并可能使治愈遺傳性疾病成為現(xiàn)實(shí)。CRISPR/Cas9技術(shù)的運(yùn)用和發(fā)展(1)具體運(yùn)用如右圖所示，在待敲除基因的上下游各設(shè)計(jì)一條向?qū)NA(指導(dǎo)RNA)，將其與含有Cas9蛋白編碼基因的質(zhì)粒一同轉(zhuǎn)入細(xì)胞中，向?qū)NA通過堿基互補(bǔ)配對(duì)可以靶向PAM附近的目標(biāo)序列，Cas9蛋白會(huì)使該基因上下游的DNA雙鏈斷裂。對(duì)于DNA雙鏈的斷裂這一生物事件，生物體自身存在著DNA損傷修復(fù)的應(yīng)答機(jī)制，會(huì)將斷裂上下游兩端的序列連接起來，從而實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞中目標(biāo)基因的敲除。2020年——CRlSPR/Cas9基因編輯技術(shù)(2)CRISPR/Cas9基因魔剪：當(dāng)研究人員要用基因魔剪來編輯一個(gè)基因組時(shí)，他們會(huì)人工構(gòu)建一個(gè)指導(dǎo)RNA，它與將要被切割的DNA代碼相匹配。魔剪蛋白Cas9與指導(dǎo)RNA形成復(fù)合物，將魔剪帶到基因組中將要進(jìn)行切割的地方。(3)原始的CRISPR－Cas9會(huì)由于RNA定位偏差而出現(xiàn)脫靶效應(yīng)，現(xiàn)在通過改進(jìn)，可以大幅降低脫靶效應(yīng)。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了一些新的系統(tǒng)，除了最開始的Cas9，后面又找到了Cas12的一系列酶，機(jī)理上有一定不同，但還是用以切割DNA；還有Cas13則用于切割RNA。基于Cas12和Cas13的開發(fā)以及機(jī)制研究，又發(fā)展出了新的工具用于快速檢測(cè)病毒，效率可以達(dá)到幾分鐘檢測(cè)一個(gè)樣品，并且用到了現(xiàn)在的新冠病毒檢測(cè)中。2020年——CRlSPR/Cas9基因編輯技術(shù)2020年——CRlSPR/Cas9基因編輯技術(shù)1.2022年1月7日，馬蘭里醫(yī)學(xué)中心成功將豬心臟移植到一名57歲的心臟病患者身上，雖然這顆心臟僅僅存活了2個(gè)月，但仍然為異種器官移植的可行性提供了可觀的數(shù)據(jù)。為了降低免疫排斥反應(yīng)，研究者借助CRISPR/Cas9技術(shù)對(duì)移植的豬心臟進(jìn)行了基因編輯。CRISPR/Cas9系統(tǒng)主要由向?qū)NA（sgRNA）和Cas9蛋白兩部分組成，sgRNA可引導(dǎo)Cas9蛋白到特定基因位點(diǎn)進(jìn)行切割，其機(jī)制如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是（

）A.若要對(duì)一個(gè)基因進(jìn)行編輯，則通常至少需要設(shè)計(jì)兩個(gè)序列不同的sgRNA目標(biāo)DNAB.sgRNA可以特異性識(shí)別目標(biāo)DNA分子，Cas9蛋白作用于磷酸二酯鍵C.有時(shí)sgRNA會(huì)因錯(cuò)誤結(jié)合而出現(xiàn)“脫靶”現(xiàn)象，一般sgRNA序列越短，脫靶率越低D.為降低免疫排斥反應(yīng)，可通過CRISPR/Cas9技術(shù)敲除相關(guān)抗原蛋白基因2020年——CRlSPR/Cas9基因編輯技術(shù)2.2020年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了兩位在基因組編輯技術(shù)（如CRISPR/Cas）領(lǐng)域作出杰出貢獻(xiàn)的女科學(xué)家。這項(xiàng)技術(shù)的問世源自于人們?cè)诒臼兰o(jì)初對(duì)細(xì)菌抵御噬菌體的機(jī)理研究：不少的細(xì)菌第一次被特定的噬菌體感染后，由細(xì)菌Cas2基因表達(dá)的Cas2核酸內(nèi)切酶（蛋白質(zhì)）便會(huì)隨機(jī)低效切斷入侵的噬菌體DNA雙鏈，并將切下的DNA片段插入CRISPR位點(diǎn)，形成“免疫記憶”。當(dāng)細(xì)菌再次遭遇同種噬菌體時(shí)，由CRISPR位點(diǎn)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的crRNA便會(huì)將另一種核酸內(nèi)切酶（如Cas9）準(zhǔn)確帶到入侵者DNA處，并將之切斷，即“免疫殺滅”。過程如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是（

）A.細(xì)菌體內(nèi)發(fā)生圖中的①過程，需要細(xì)菌提供場(chǎng)所、模板、原料、能量等B.圖中②過程的機(jī)理類似于mRNA與DNA模板鏈的結(jié)合C.核酸內(nèi)切酶Cas2通過識(shí)別特定序列的DNA，并在特定位點(diǎn)將DNA切斷D.細(xì)菌利用CRISPR/Cas9分子裝置剿滅入侵噬菌體的過程相當(dāng)于高等動(dòng)物特異性免疫2020年——CRlSPR/Cas9基因編輯技術(shù)4．兩位女科學(xué)家因發(fā)現(xiàn)“CRISPR/Cas9基因剪刀”而獲得2020年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。CRISPR/Cas9系統(tǒng)可對(duì)基因組進(jìn)行定點(diǎn)編輯，其工作原理如圖1所示。（1）據(jù)圖1可知，在向?qū)NA（sgRNA）的引導(dǎo)下，Cas9利用其具有的______個(gè)內(nèi)切酶活性位點(diǎn)，水解目標(biāo)DNA的______。（2）科研人員通過突變得到內(nèi)切酶活性全部消失的dCas9，建構(gòu)的CRISPR/dCas9系統(tǒng)保留向?qū)NA（sgRNA）引導(dǎo)進(jìn)入基因組的能力。當(dāng)dCas9與VP64、P65等轉(zhuǎn)錄激活因子融合，形成的dCas9-SAM可進(jìn)行基因調(diào)控等研究。答案見講義2020年——CRlSPR/Cas9基因編輯技術(shù)①圖2示意將OCT4、KLF4、MYC及SOX2四個(gè)基因的sgRNA序列串聯(lián)成的sgRNA質(zhì)粒和dCas9-SAM質(zhì)粒與磷脂等混合（形成包埋DNA脂質(zhì)體結(jié)構(gòu)）。將脂質(zhì)體加入到細(xì)胞系MCF7的細(xì)胞培養(yǎng)皿中，能實(shí)現(xiàn)基因轉(zhuǎn)移的原理是______。24h后通過添加______篩選并進(jìn)行單細(xì)胞培養(yǎng)即可得到基因編輯后細(xì)胞。此過程須在37℃，氣體環(huán)境為______的細(xì)胞培養(yǎng)箱中進(jìn)行。②轉(zhuǎn)染好的細(xì)胞用裂解液消化后，使用RNA提取試劑盒提取總RNA，取1μg提取的RNA使用反轉(zhuǎn)試劑盒進(jìn)行操作即得到______，然后將其進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光定量PCR。PCR操作時(shí)通常_____5分鐘，變性30秒，再?gòu)?fù)性、延伸，循環(huán)等。③該實(shí)驗(yàn)通過4種sgRNA對(duì)MCF7細(xì)胞進(jìn)行編輯，可實(shí)現(xiàn)多基因______的目的。答案見講義

（1）研究思路：通過基因來尋找相應(yīng)的蛋白質(zhì)，通過基因的缺失或滅活導(dǎo)致相應(yīng)功能的缺失，來找到生命活動(dòng)的承擔(dān)者蛋白質(zhì)——溫度和觸覺受體。（2）研究方法：假說—演繹法。從觀察現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)問題入手，科學(xué)合理地提出假說，運(yùn)用假說進(jìn)行演繹推理，再經(jīng)過實(shí)驗(yàn)探索，最終找到相應(yīng)的基因和蛋白質(zhì)。2021年——溫度感受器和觸覺感受器2021年——溫度感受器和觸覺感受器2021年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予了DavidJulius和ArdemPatapoutian，以表彰他們?cè)凇鞍l(fā)現(xiàn)溫度和觸覺感受器"方面作出的貢獻(xiàn)。溫度感受器Julius和他的同事發(fā)現(xiàn)了一個(gè)能夠使細(xì)胞對(duì)辣椒素敏感的基因。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明該基因編碼一種新的離子通道蛋白。當(dāng)Julius研究這種蛋白質(zhì)對(duì)熱的反應(yīng)能力時(shí)，他意識(shí)到自己發(fā)現(xiàn)了一種在感覺疼痛的溫度下被激活的熱感應(yīng)受體，后被命名為TRPV1，這是一種由傷害性溫度激活的離子通道，該離子通道開放、關(guān)閉調(diào)節(jié)方式如圖所示。2021年——溫度感受器和觸覺感受器觸覺感受器Patapoutian和同事先發(fā)現(xiàn)了一種細(xì)胞系，其特點(diǎn)是刺激一個(gè)細(xì)胞，細(xì)胞會(huì)發(fā)出電信號(hào)。接下來對(duì)電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，他們篩選出了72個(gè)候選基因，經(jīng)過一一排除，最終他們成功地識(shí)別出了一個(gè)單基因，該基因的沉默使細(xì)胞對(duì)用微量移液管戳刺不敏感。一種全新的、完全未知的機(jī)械敏感離子通道被發(fā)現(xiàn)，被命名為Piezo1，第二個(gè)發(fā)現(xiàn)的基因被命名為Piezo2。感覺神經(jīng)元被發(fā)現(xiàn)表達(dá)高水平的Piezo2，進(jìn)一步研究證實(shí)，Piezo1和Piezo2是通過對(duì)細(xì)胞膜施加壓力直接激活的離子通道。2021年——溫度感受器和觸覺感受器1.諾貝爾獎(jiǎng)獲得者戴維·朱利葉斯等人發(fā)現(xiàn)了辣椒素受體（TRPV1），解釋了吃辣椒時(shí)總是感到熱的原因。當(dāng)細(xì)胞膜上的TRPV1通道蛋白被辣椒素激活時(shí)，造成Ca2+通過TRPV1內(nèi)流而產(chǎn)生興奮，進(jìn)而產(chǎn)生“灼燒感”。據(jù)此，下列說法錯(cuò)誤的是（

）A.當(dāng)感覺神經(jīng)元受到辣椒素刺激后，膜外發(fā)生的電位變化是由正電位變?yōu)樨?fù)電位B.受辣椒素刺激產(chǎn)生“灼燒感”后，往往引起機(jī)體呼吸運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，這一過程屬于非條件反射C.可以研發(fā)一種新型靶點(diǎn)鎮(zhèn)痛藥物，讓其與TRPV1受體結(jié)合后引起該通道關(guān)閉，從而阻斷痛覺的傳遞D.有關(guān)研究表明哺乳類動(dòng)物對(duì)辣椒極其敏感，鳥類因缺乏受體而不敏感，這是自然選擇的結(jié)果，不敏感有助于鳥類擴(kuò)大食物范圍2.TRPV1基因編碼的辣椒素受體是一種對(duì)溫度變化敏感的離子通道蛋白，在多種組織器官內(nèi)廣泛分布；Piezo1基因與Piezo2基因在感覺神經(jīng)元中處于高表達(dá)水平，它們編碼的是對(duì)機(jī)械力敏感的離子通道蛋白，該離子通道蛋白能被“壓力”所激活。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（

）A.氮元素主要存在于辣椒素受體的肽鍵中B.鈉離子或鈣離子等帶電離子經(jīng)通道蛋白流入細(xì)胞的方式為協(xié)助擴(kuò)散C.通道蛋白TRPV1、Piezo1與Piezo2都在核糖體上合成，經(jīng)加工后轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜D.通道蛋白TRPV1與Piezo1的功能存在差異的根本原因是它們的空間結(jié)構(gòu)有差異(2)研究者需要從一些候選蛋白質(zhì)中篩選出觸覺信號(hào)產(chǎn)生相關(guān)的蛋白質(zhì)，他們構(gòu)建許多特定蛋白質(zhì)不表達(dá)的細(xì)胞株系，這種自變量控制中運(yùn)用了實(shí)驗(yàn)中的_____原理（填“加法”或“減法”）。若只在P蛋白不表達(dá)的細(xì)胞株系中，機(jī)械刺激后記錄電極_____，則證明P蛋白是與觸覺信號(hào)產(chǎn)生相關(guān)的蛋白質(zhì)。2021年——溫度感受器和觸覺感受器5．神經(jīng)調(diào)節(jié)是人體生命活動(dòng)的重要調(diào)節(jié)方式，觸覺信號(hào)產(chǎn)生機(jī)制是生物學(xué)上的一個(gè)重要研究課題?；卮鹣铝袉栴}：(1)下圖是觸覺感受器細(xì)胞示意圖，可以感受外界的_____。感受器細(xì)胞上某些跨膜蛋白在接受機(jī)械刺激后，會(huì)將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)化為_____，使感受器產(chǎn)生興奮，該過程發(fā)生的離子流動(dòng)變化主要是_____。2021年——溫度感受器和觸覺感受器2．2021年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了大衛(wèi)·朱利葉斯（DavidJulius）和阿登·帕塔普蒂安（ArdemPatapoutian），獲獎(jiǎng)理由：發(fā)現(xiàn)溫度和觸覺感受器。如圖所示，朱利葉斯教授帶領(lǐng)的小組從大鼠能對(duì)疼痛、熱和觸覺產(chǎn)生反應(yīng)的感覺神經(jīng)元中提取了約16000種mRNA，并利用這些mRNA逆轉(zhuǎn)錄形成雙鏈DNA片段，隨后將DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞中，并檢測(cè)受體細(xì)胞對(duì)辣椒素的反應(yīng)，最終成功發(fā)現(xiàn)了辣椒素受體TRPV1。TRPV1能被辣椒中的辣椒素、胡椒中的胡椒堿以及43℃以上熱刺激等激活，并最終令人產(chǎn)生痛覺。下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是（）A．TRPV1的形成過程需要生物膜系統(tǒng)的參與B．從mRNA到DNA需要使用DNA聚合酶等C．研究TRPV1的結(jié)構(gòu)和功能，有助于在醫(yī)學(xué)生進(jìn)行鎮(zhèn)痛藥物的開發(fā)等D．先提取mRNA再逆轉(zhuǎn)錄形成DNA的原因與基因的選擇性表達(dá)有關(guān)2022年——已滅絕古人類基因組和人類進(jìn)化研究2022年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予瑞典科學(xué)家斯萬特·佩博，以表彰他在已滅絕古人類基因組和人類進(jìn)化研究方面所做出的貢獻(xiàn)。斯萬特·佩博的貢獻(xiàn)主要在于基因上的發(fā)現(xiàn)，他的開創(chuàng)性研究催生了一門全新的學(xué)科——古基因組學(xué)。通過揭示和比較所有活著的人類與已滅絕的人類的遺傳基因差異，斯萬特·佩博初步解釋了，是什么奠定了我們成為今天獨(dú)特的人類。主要貢獻(xiàn)：

測(cè)序尼安德特人線粒體DNA、

發(fā)現(xiàn)不為人知的丹尼索瓦人、

搭建世界首個(gè)古DNA研究超凈室2022年——已滅絕古人類基因組和人類進(jìn)化研究1.科學(xué)家研發(fā)出一套能成功從4萬年前古人類“尼安德特人”的骨骼中提取線粒體的DNA并進(jìn)行擴(kuò)增和測(cè)序的方法，為人類進(jìn)化的研究做出貢獻(xiàn)，榮獲2022年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?？茖W(xué)家將古人類“尼安德特人”化石中的線粒體DNA與現(xiàn)代人類線粒體DNA進(jìn)行比較，獲得人類進(jìn)化的證據(jù)屬于（

）A．化石證據(jù) B．比較解剖學(xué)證據(jù)C．胚胎學(xué)證據(jù)

D．細(xì)胞和分子生物學(xué)證據(jù)2022年——已滅絕古人類基因組和人類進(jìn)化研究2.2022年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予瑞典科學(xué)家斯萬特·帕博，表彰他對(duì)已滅絕人類基因組和人類進(jìn)化發(fā)現(xiàn)方面的貢獻(xiàn)。斯萬特·帕博先后從化石中提取到了尼安德特人（約100萬年前走出非洲的一種已滅絕的古人類）的線粒體DNA和核DNA進(jìn)行測(cè)序，最后繪制了尼安德特人的基因組草圖。研究發(fā)現(xiàn)，生活在非洲之外的現(xiàn)代人體內(nèi)都有1%~4%的尼安德特人基因。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（

）A．從化石中提取尼安德特人的DNA時(shí)要排除來自微生物或操作者的DNA的干擾B．線粒體DNA只來自母親且比核DNA小得多，更容易進(jìn)行測(cè)序分析C．生活在非洲的