Question

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

（一）在研究DNA復制機制中，研究者用大豆根尖進行了如下實驗：

驗，主要步驟如下：

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

（1）步驟①，若DNA復制產物為________（填字母），說明復制方式是半保留復制。若第一個細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）若第二個細胞周期的放射性檢測結果符合圖乙_____（填字母），且第三個細胞周期檢測結果符合______（填字母），則假說成立。正常蠶豆細胞有24條染色體，則第二個細胞周期的后期，被標記的染色體數為_______，第三個細胞周期的中期被標記的染色體數的范圍是_______。

（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。所以細胞內的DNA合成與PCR一樣，也需要一段引物，不同的是細胞內的引物是一段單鏈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，DNA末端空缺處無法合成新鏈，所以DNA每復制一次，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”，對于維持染色體穩定具有重要作用。端粒長短和穩定性決定了細胞壽命，與個體衰老和細胞癌變密切相關。在部分細胞中存在一種含有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）人類體細胞缺乏端粒酶活性，而生殖系統的性原細胞具有較高端粒酶活性，這種差異具有什么意義：________________________。

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

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

【解析】

1、分析甲圖：a表示半保留復制；b表示全保留復制；c表示混合復制。

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復制的起始點，存在于自然中生物的DNA復制（RNA引物）和聚合酶鏈式反應（PCR）中人工合成的引物（通常為DNA引物）。之所以需要引物是因為在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。

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構有關，DNA的合成，不論體內或體外，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“DNA半保留復制”假說推測，DNA分子復制形成的子代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分子復制方式可能為半保留復制（a）、全保留復制（b）或混合復制（c）；若第一個細胞周期的檢測結果是每個染色體上的姐妹染色單體都具有放射性，則可能是半保留復制，也可能是混合復制，因此該結果不能確定假說成立。

（2）若假說成立，即DNA分子的復制方式為半保留復制，則第二個細胞周期的放射性檢測結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；第三個細胞周期的放射性檢測結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；正常蠶豆細胞有24條染色體，由于半保留復制，一半的染色單體還有放射性，則第二個細胞周期的后期，被標記的染色體數為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的，則第三個細胞周期的中期被標記的染色體數的范圍是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恢復雙鏈。

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

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