Question

【題目】閱讀下列材料，回答（1）-（5）題。

抗體多樣性產生的原因

抗體（Ig）是重要的免疫活性物質。人的抗體由兩條重鏈和兩條輕鏈組成（如圖），每條鏈都包括可變區(V區)和恒定區（C區）。V區是氨基酸序列變化較大區域，C區是序列相對穩定區域。人的一生中可以產生多達1011種抗體。

針對如何產生數量眾多的不同抗體，早期科學界主要有兩種假說。一種是種系發生細胞學說，認為所有Ig編碼基因都是進化過程中積累產生的，在種系發生細胞中有很多Ig編碼基因，對應各種不同的抗體。另一種是體細胞變異學說，認為種系發生細胞中最初只有很少Ig編碼基因，而在細胞分化的過程中發生重組或突變而產生更多基因編碼抗體。

美國科學家Ursula Storb從某動物脾臟細胞中提取DNA，先在其中加入從肝臟細胞中提取的RNA（不帶放射性標記）進行第一次雜交，然后在同一個體系中加入從脾臟細胞中提取的RNA（帶有放射性標記）進行第二次雜交。檢測第二次雜交的雜交量，并以此表示Ig編碼基因的數量。由結果推測Ig編碼基因數量足夠大，因此支持種系發生細胞學說。但實際上此種方法的影響因素很多，推測并不準確。

1976年日本科學家小泉純一郎和利根川進設計了一個實驗檢測小鼠胚胎期細胞和成體期漿細胞中Ig編碼基因的區別。首先用限制酶BamHI將兩種細胞中的全部DNA切成小段，用編碼Ig輕鏈的mRNA制備2種帶有放射性標記的探針與DNA片段雜交，檢測雜交區段分子量大小，結果如下表。

探針種類 雜交區段分子量 （百萬道爾頓） 實驗小鼠	輕鏈的RNA全序列（V區+C區）探針	輕鏈的RNA3’端序列（C區）的探針
胚胎期小鼠細胞DNA	6．0和3．9	3．9
成體小鼠漿細胞DNA	2．4	2．4

兩位科學家比較了2種細胞DNA雜交區段分子量種類和大小。認為成體小鼠漿細胞DNA雜交后只出現一種分子量的雜交區段的原因不是由于基因突變導致丟失了一個BamHI的酶切位點引起的，而是在胚胎期細胞基因組中含有兩個不連接的片段，分別編碼V區和C區，在成體小鼠漿細胞DNA中發生了染色體片段的重新組合（染色體重組），使V區和C區的編碼基因連接形成了一個片段。

后續很多實驗證實了淋巴細胞分化過程中發生染色體重組，重組方式多樣性是Ig序列多樣性的重要來源。

（1）抗體的化學本質是__________，它是由抗體基因經過_________過程合成的，在免疫中與_________特異性結合發揮免疫效應。

（2）根據文中信息，你認為區分種系發生細胞學說和體細胞變異學說最簡單的方法是__________。

（3）Ursula Storb實驗中首先加入沒有標記的從肝臟細胞中提取的RNA的作用是_________。

（4）據兩位日本科學家的實驗分析，3．9及6．0百萬道爾頓的基因組片段分別控制合成抗體輕鏈中的__________區域。 文中提出“成體小鼠漿細胞DNA雜交后只出現一種分子量的雜交區段的原因不是由于基因突變導致丟失了一個BamHI的酶切位點引起的。” 結合文中信息，請說明理由：_________。

（5）下圖是對日本科學家核酸分子雜交實驗結果的分析示意圖，請補充完整。（在圖中畫出成體小鼠漿細胞V區和C區片段情況，并用箭頭表示出2種小鼠DNA片段中的BamHI酶切位點）

__________

Answer 1

【答案】蛋白質 轉錄和翻譯 抗原 編碼抗體的基因是胚胎細胞中本身都存在的還是在細胞分化過程中主要經重組或突變得到的 肝臟RNA可與脾臟DNA上編碼非Ig的基因結合，以盡量確保脾臟的RNA主要與脾臟DNA上編碼Ig的基因結合 C區、V區 若是失去一個BamHI的酶切位點，雜交區段分子量應該變大，長度可能為9．9百萬道爾頓。若要得到2．4百萬道爾頓的片段可能需要同時改變幾個BamHI切割位點的序列

【解析】

免疫是指身體對抗病原體引起的疾病的能力，特異性免疫包含細胞免疫和體液免疫。體液免疫為效應B細胞產生和分泌大量的抗體分子分布到血液和體液中，體液免疫的主要目標是細胞外的病原體和毒素。這些病原體和毒素在組織和體液中自由的循環流動時，抗體與這類細胞外的病原體和毒素結合，致使病毒一類的抗原失去進入寄主細胞的能力，使一些細菌產生的毒素被中和而失效，還可使一些抗原（如可溶的蛋白質）凝聚而被吞噬細胞吞噬。

（1）抗體的化學本質是蛋白質。它是由抗體基因經過轉錄和翻譯過程合成的。在免疫中與抗原特異性結合發揮免疫效應。

（2）根據文中信息，區分種系發生細胞學說（在種系發生細胞中有很多Ig編碼基因，對應各種不同的抗體）和體細胞變異學說（細胞中最初只有很少Ig編碼基因，而在細胞分化的過程中發生重組或突變而產生更多基因編碼抗體）最簡單的方法是編碼抗體的基因是胚胎細胞（未分化或分化程度低）中本身都存在的還是在細胞分化過程中主要經重組或突變得到的。

（3）Ig編碼基因在脾臟細胞中表達而在肝臟細胞中不表達，因此在肝臟細胞中無Ig編碼基因對應的RNA而在脾臟細胞中有Ig編碼基因對應的RNA，肝臟細胞和脾臟細胞有些基因都表達，如呼吸酶基因，因此Ursula Storb實驗中首先加入沒有標記的從肝臟細胞中提取的RNA的作用是肝臟RNA可與脾臟DNA上編碼非Ig的基因結合，以盡量確保脾臟的RNA主要與脾臟DNA上編碼Ig的基因結合。

（4）據兩位日本科學家的實驗分析，用輕鏈的RNA3’端序列（C區）的探針雜交得到的區段分子量為3.9百萬道爾頓，因此3.9百萬道爾頓的基因組片段控制的是合成抗體輕鏈中的C區區域，6.0百萬道爾頓的基因組片段控制合成抗體輕鏈中的V區區域。用限制酶BamHI將兩種細胞中的全部DNA切成小段，得到的雜交片段如表格所示， 文中提出“成體小鼠漿細胞DNA雜交后只出現一種分子量的雜交區段的原因不是由于基因突變導致丟失了一個BamHI的酶切位點引起的。” 結合文中信息，理由是：若是失去一個BamHI的酶切位點，雜交區段分子量應該變大，長度可能為9.9百萬道爾頓。若要得到2.4百萬道爾頓的片段可能需要同時改變幾個BamHI切割位點的序列。

（5）如圖為胚胎期小鼠細胞DNA片段雜交情況， 結合表格可知，成體小鼠漿細胞DNA雜交片段為2.4百萬道爾頓，且前面推導出并不是丟失1個酶切位點造成的，而是在成體小鼠漿細胞DNA中發生了染色體片段的重新組合（染色體重組），使V區和C區的編碼基因連接形成了一個片段。因此，成體小鼠漿細胞V區和C區片段情況如圖所示。