高中 | 第1 节 基因突变和基因重组 题目答案及解析

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必修二 遗传与进化

第五章 基因突变及其他变异

第1 节 基因突变和基因重组

学习以下材料,回答问题。

癌细胞的神奇变身

小细胞肺癌($\rm SCLC$)起源于支气管的神经内分泌细胞,传统疗法对$\rm SCLC$疗效有限,亟需探索新的治疗靶点为破解这一“癌症之王”提供全新思路。

研究人员发现,$\rm SCLC$肿瘤组织中的神经内分泌细胞($\rm NE$)与非$\rm NE$细胞共存。$\rm NE$细胞展现出类似神经无的电兴奋性,在受到刺激后能产生动作电位,而非$\rm NE$细胞则不具备这一特性。体外实验结果显示$\rm NE$细胞存在向内或向外的阳离子电流,且动作电位可以被河豚毒素$\rm TTX$$\rm Na^{+}$通道阻断剂)完全抑制。$\rm SCLC$发展早期肿瘤区域的神经支配显著增加,神经末梢分泌的乙酰胆碱通过激活其受体触发$\rm NE$细胞的电活动,$\rm NE$细胞兴奋后向外释放$\rm Ca^{2+}$流,并可跨越无细胞区域传播,并不依赖突触传递兴奋。随着$\rm SCLC$发展到晚期,肿瘤组织中的$\rm NE$细胞逐渐摆脱外部神经支配的依赖,转而通过自主合成乙酰胆碱维持自发的电活动,$\rm \beta_{3}$~微管蛋白等神经元标志分子以及乙酰胆碱受体含量也相应上调。

由于电活动需要大量能量,$\rm NE$细胞因高$\rm ATP$需求依赖有氧呼吸Ⅱ、Ⅲ阶段,而非传统癌细胞仅依赖糖酵解过程(第$\rm I$阶段)。随着$\rm SCLC$的发展,研究人员发现部分$\rm NE$细胞的基因表达发生重要变化,失去神经内分泌特性,变成了非$\rm NE$细胞。非$\rm NE$细胞通过分泌乳酸和丙酮酸补充支持$\rm NE$细胞的能量需求,这种代谢穿梭机制维持了$\rm NE$细胞的电活动。

$\rm SCLC$肿瘤细胞能够形成自己的电活动网络,类似于人体的神经系统。这种能力可能使这些癌细胞对其周围环境的依赖性降低。研究发现$\rm NE$细胞的电活动通过$\rm Ca^{2+}$信号通路激活促癌基因(如$\rm CREB$),增强其转移能力和耐药性。尽管在$\rm DNA$中具有相同的致癌基因突变,研究人员在小鼠中观察到非$\rm NE$细胞并没有扩散并在身体其他部位形成肿瘤。进一步研究发现$\rm TTX$并不会杀死体外培养的$\rm NE$细胞,但降低了它们形成长期肿瘤的潜力,对非$\rm NE$细胞则没有影响。在人类$\rm SCLC$样本中,高度表达神经元标志分子及乙酰胆碱受体的肿瘤细胞更具侵袭性,患者的生存期也明显缩短。

综上所述,“神经元”化的$\rm NE$细胞推动了$\rm SCLC$肿瘤生长和扩散,这是导致患者癌症死亡的主要原因。上述发现也为其他神经内分泌肿瘤的研究、治疗提供了新视角。

细胞癌变的根本原因是                                突变。癌细胞与正常细胞相比具有的特征有:                                                                (写出$\rm 2$点)。

[["

原癌基因和抑癌基因;

能够无限增殖;形态结构发生显著变化;细胞膜上的糖蛋白减少,细胞之间的黏着性显著降低,容易在体内分散和转移

"]]

细胞癌变的根本原因是原癌基因和抑癌基因发生突变。原癌基因主要负责调节细胞周期,控制细胞生长和分裂的进程;抑癌基因主要是阻止细胞不正常的增殖 。癌细胞与正常细胞相比,具有能够无限增殖的特点,正常细胞一般只能分裂 $\rm 50$ $\rm -$ $\rm 60$ 次,而癌细胞不受限制;其形态结构会发生显著变化,例如正常的成纤维细胞呈扁平梭形,癌变后变成球形;细胞表面的糖蛋白等物质减少,细胞间黏着性降低,容易在体内分散和转移。

下列关于$\rm SCLC$癌细胞的说法正确的是:$\rm (\quad\ \ \ \ )$(多选)。

["

$\\rm SCLC$发展早期,$\\rm NE$细胞类似于神经系统的突触前神经元

","

$\\rm NE$细胞通过释放乙酰胆碱,可反向激活自身或邻近的$\\rm NE$细胞

","

$\\rm NE$细胞兴奋后向外释放$\\rm Ca^{2+}$激活非$\\rm NE$细胞不同于神经冲动的突触传递

","

$\\rm NE$细胞主要通过将葡萄糖分解为丙酮酸供能,同时细胞内产生大量乳酸

","

研发$\\rm Na^{+}$通道抑制剂或调控$\\rm Ca^{2+}$信号的小分子药物可能有助于治疗$\\rm SCLC$

"]
[["BCE"]]

$\rm A$$\rm SCLC$ 发展早期,神经末梢分泌的乙酰胆碱通过激活其受体触发 $\rm NE$ 细胞的电活动,类似于神经系统中突触后神经元的作用,$\rm A$错误;

$\rm B$$\rm SCLC$肿瘤组织中的神经内分泌细胞($\rm NE$)与非$\rm NE$细胞共存,$\rm SCLC$发展早期肿瘤区域的($\rm NE$)分泌的乙酰胆碱通过激活其受体触发$\rm NE$细胞的电活动,达到反向激活自身或邻近的$\rm NE$细胞,$\rm B$正确;

$\rm C$$\rm NE$ 细胞兴奋后向外释放 $\rm Ca$²⁺流,并可跨越无细胞区域传播,并不依赖突触传递兴奋,不同于神经冲动的突触传递,$\rm C$正确;

$\rm D$$\rm NE$ 细胞因高 $\rm ATP$ 需求依赖有氧呼吸 Ⅱ、Ⅲ 阶段,而非主要通过将葡萄糖分解为丙酮酸供能并产生大量乳酸(这是非传统癌细胞依赖的糖酵解过程特点) ,$\rm D$错误;

$\rm E$ 、因为 $\rm NE$ 细胞存在向内或向外的阳离子电流,且动作电位可以被河豚毒素 $\rm TTX$$\rm Na$⁺通道阻断剂)完全抑制,同时$\rm NE$细胞的电活动通过$\rm Ca$²⁺信号通路激活促癌基因,所以研发$\rm Na$⁺通道抑制剂或调控$\rm Ca$²⁺信号的小分子药物可能有助于治疗$\rm SCLC$$\rm E$正确。

故选:$\rm BC$$\rm E$

请根据文中相应内容,使用图例与箭头表征$\rm NE$细胞的代谢机制,完善答题纸上的图示模型                                                                  

[["

"]]

据题干“非$\rm NE$细胞通过分泌乳酸和丙酮酸补充支持$\rm NE$细胞的能量需求”需要添加非$\rm NE$细胞丙酮酸转变为乳酸的过程,以及丙酮酸通过丙酮酸双向转运体($\rm MCT$)运输给$\rm NE$细胞的过程和乳酸通过乳酸外运载体($\rm MCT4$)、乳酸内运载体($\rm MCT1$)运输给$\rm NE$细胞的过程。又根据“$\rm NE$细胞因高$\rm ATP$需求依赖有氧呼吸Ⅱ、Ⅲ阶段,而非传统癌细胞仅依赖糖酵解过程(第$\rm I$阶段)”,需要增加乳酸转变成丙酮酸以及丙酮酸通过线粒体丙酮酸载体($\rm MPC$)进入线粒体参加有氧呼吸Ⅱ、Ⅲ阶段的过程。具体如图:

研究人员认为$\rm NE$细胞在$\rm SCLC$发展过程中逐渐“神经元”化,试分析做出该判断的理由                                                                (写出一条即可)。

[["

神经末梢分泌的乙酰胆碱能激活$\\rm NE$细胞产生动作电位,且可以被$\\rm TTX$阻断;$\\rm NE$细胞能自主合成神经递质乙酰胆碱;$\\rm \\beta_{3}-$微管蛋白等神经元标志分子的含量也增加

"]]

从文中可知,神经元具有电兴奋性这一重要特性。而 $\rm NE$ 细胞在 $\rm SCLC$ 发展过程中,也呈现出类似神经元的电兴奋性,在受到刺激后能产生动作电位,且可以被$\rm TTX$阻断,这与神经元的关键特征相符,所以可作为 $\rm NE$ 细胞逐渐 “神经元” 化的一条理由。 此外,像 “$\rm NE$ 细胞能通过自主合成乙酰胆碱维持自发的电活动,类似于神经元的功能调节方式” 等表述也可作为理由。$\rm \beta_{3}-$微管蛋白等神经元标志分子的含量也增加也可以是判断的理由。

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