Question

【題目】在生命傳承中，DNA的合成和復(fù)制必須高度精確，才能最大程度地保證遺傳性狀的穩(wěn)定性。

（一）在研究DNA復(fù)制機(jī)制中，研究者用大豆根尖進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：

驗(yàn)，主要步驟如下：

步驟①	將蠶豆根尖置于含放射性3H標(biāo)記胸腺嘧啶的培養(yǎng)液中，培養(yǎng)大約一個細(xì)胞周期的時間。	在第一個、第二個和第三個細(xì)胞周期取樣，檢測中期細(xì)胞染色體上的放射性分布。
步驟②	取出根尖，洗凈后轉(zhuǎn)移至不含放射性物質(zhì)的培養(yǎng)液中，繼續(xù)培養(yǎng)大約兩個細(xì)胞周期的時間。

（1）步驟①，若DNA復(fù)制產(chǎn)物為________（填字母），說明復(fù)制方式是半保留復(fù)制。若第一個細(xì)胞周期檢測到所有姐妹染色單體都具有放射性，則_______（能、不能）確定假說成立。

（2）若第二個細(xì)胞周期的放射性檢測結(jié)果符合圖乙_____（填字母），且第三個細(xì)胞周期檢測結(jié)果符合______（填字母），則假說成立。正常蠶豆細(xì)胞有24條染色體，則第二個細(xì)胞周期的后期，被標(biāo)記的染色體數(shù)為_______，第三個細(xì)胞周期的中期被標(biāo)記的染色體數(shù)的范圍是_______。

（二）DNA聚合酶缺乏“從頭合成”的能力，即不能從模板鏈的3′端從頭合成新鏈。所以細(xì)胞內(nèi)的DNA合成與PCR一樣，也需要一段引物，不同的是細(xì)胞內(nèi)的引物是一段單鏈RNA。DNA聚合酶只能從RNA引物的末端以5′→3′方向合成新鏈。新鏈合成后RNA引物隨后被降解。由于DNA聚合酶的特點(diǎn)，DNA末端空缺處無法合成新鏈，所以DNA每復(fù)制一次，染色體便縮短一段，真核生物染色體末端的一段特殊序列稱為“端粒”，對于維持染色體穩(wěn)定具有重要作用。端粒長短和穩(wěn)定性決定了細(xì)胞壽命，與個體衰老和細(xì)胞癌變密切相關(guān)。在部分細(xì)胞中存在一種含有RNA模板的端粒酶，可通過延伸模板鏈的3′端增加端粒的長度，過程如右下圖：

根據(jù)題干信息，回答下列問題

（1）請簡要描述端粒酶的作用過程：____________。

（2）人類體細(xì)胞缺乏端粒酶活性，而生殖系統(tǒng)的性原細(xì)胞具有較高端粒酶活性，這種差異具有什么意義：________________________。

（3）癌細(xì)胞同樣具有較高端粒酶活性，請根據(jù)題意提出抗擊癌癥的途徑：________________________。

Answer 1

【答案】a 不能 B B和C 24 0-24 ①端粒酶的RNA模板與DNA3′單鏈末端互補(bǔ)配對；

②端粒酶以5′到3′方向合成新DNA鏈；

③端粒酶脫落，DNA聚合酶以RNA為引物從5′到3′方向延伸新鏈，使DNA恢復(fù)雙鏈。 （2）人類體細(xì)胞缺乏端粒酶，使得體細(xì)胞不能無限增殖分裂，是生命體衰老的重要原因之一，對維持機(jī)體平衡有重要意義；性原細(xì)胞具有高活性端粒酶，使其端粒得到保護(hù)，使生殖細(xì)胞染色體的端粒不會隨細(xì)胞分裂而縮短，保證了親子代遺傳的穩(wěn)定性。

（注：解答本題應(yīng)從兩方面入手，“體細(xì)胞缺乏端粒酶”部分從衰老和凋亡的意義談起；“性原細(xì)胞具有高活性端粒酶”從保證生殖細(xì)胞染色體長度談起） 可從抑制癌細(xì)胞DNA復(fù)制、誘導(dǎo)凋亡、抑制端粒酶表達(dá)的角度闡釋。

【解析】

1、分析甲圖：a表示半保留復(fù)制；b表示全保留復(fù)制；c表示混合復(fù)制。

2、分析乙圖：A染色體的兩條姐妹染色單體均含有放射性；B染色體的兩條姐妹染色單體中只有一條含有放射性；C染色體的兩條姐妹染色單體均不含放射性。

3、引物是一小段單鏈DNA或RNA，作為DNA復(fù)制的起始點(diǎn)，存在于自然中生物的DNA復(fù)制（RNA引物）和聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）中人工合成的引物（通常為DNA引物）。之所以需要引物是因?yàn)樵?/span>DNA合成中DNA聚合酶僅僅可以把新的核苷酸加到已有的DNA鏈上。

4、DNA聚合酶的移動方向即子鏈合成方向是從3'到5'端，這和脫氧核苷酸的基本結(jié)構(gòu)有關(guān)，DNA的合成，不論體內(nèi)或體外，都需要一段引物，原因是在DNA合成中DNA聚合酶僅僅可以把新的核苷酸加到已有的DNA鏈上。

一（1）依據(jù)“DNA半保留復(fù)制”假說推測，DNA分子復(fù)制形成的子代DNA分子種有一條鏈為親代鏈，另一條鏈為新合成的子鏈，即圖甲中的a；DNA分子復(fù)制方式可能為半保留復(fù)制（a）、全保留復(fù)制（b）或混合復(fù)制（c）；若第一個細(xì)胞周期的檢測結(jié)果是每個染色體上的姐妹染色單體都具有放射性，則可能是半保留復(fù)制，也可能是混合復(fù)制，因此該結(jié)果不能確定假說成立。

（2）若假說成立，即DNA分子的復(fù)制方式為半保留復(fù)制，則第二個細(xì)胞周期的放射性檢測結(jié)果是每條染色體含有兩條染色單體，其中一條單體含有放射性，另一條單體不含放射性，即符合圖乙中的B；第三個細(xì)胞周期的放射性檢測結(jié)果是有一半染色體不含放射性，另一半染色體的姐妹染色單體中，有一條單體含有放射性，另一條單體不含放射性，即符合圖中的B和C；正常蠶豆細(xì)胞有24條染色體，由于半保留復(fù)制，一半的染色單體還有放射性，則第二個細(xì)胞周期的后期，被標(biāo)記的染色體數(shù)為24，由于第二次分裂后期有一半還有放射性，但是分裂后期染色體移向兩級是隨機(jī)的，則第三個細(xì)胞周期的中期被標(biāo)記的染色體數(shù)的范圍是0~24條。

二（1）端粒酶的作用過程：①端粒酶的RNA模板與DNA3′單鏈末端互補(bǔ)配對；

②端粒酶以5′到3′方向合成新DNA鏈；③端粒酶脫落，DNA聚合酶以RNA為引物從5′到3′方向延伸新鏈，使DNA恢復(fù)雙鏈。

（2）人類體細(xì)胞缺乏端粒酶活性，而生殖系統(tǒng)的性原細(xì)胞具有較高端粒酶活性，人類體細(xì)胞缺乏端粒酶，使得體細(xì)胞不能無限增殖分裂，是生命體衰老的重要原因之一，對維持機(jī)體平衡有重要意義；性原細(xì)胞具有高活性端粒酶，使其端粒得到保護(hù)，使生殖細(xì)胞染色體的端粒不會隨細(xì)胞分裂而縮短，保證了親子代遺傳的穩(wěn)定性。

（3）由題意可知，癌細(xì)胞的無限增殖與端粒酶的活性有關(guān)，效應(yīng)T細(xì)胞可以使癌細(xì)胞裂解死亡，因此抑制癌細(xì)胞中端粒酶的活性（或抑制細(xì)胞分裂）或免疫治療（輸入淋巴因子、DNA疫苗等）可以對于癌癥進(jìn)行有效治療。