Question

【题目】在生命传承中，DNA的合成和复制必须高度精确，才能最大程度地保证遗传性状的稳定性。

（一）在研究DNA复制机制中，研究者用大豆根尖进行了如下实验：

验，主要步骤如下：

步骤①	将蚕豆根尖置于含放射性3H标记胸腺嘧啶的培养液中，培养大约一个细胞周期的时间。	在第一个、第二个和第三个细胞周期取样，检测中期细胞染色体上的放射性分布。
步骤②	取出根尖，洗净后转移至不含放射性物质的培养液中，继续培养大约两个细胞周期的时间。

（1）步骤①，若DNA复制产物为________（填字母），说明复制方式是半保留复制。若第一个细胞周期检测到所有姐妹染色单体都具有放射性，则_______（能、不能）确定假说成立。

（2）若第二个细胞周期的放射性检测结果符合图乙_____（填字母），且第三个细胞周期检测结果符合______（填字母），则假说成立。正常蚕豆细胞有24条染色体，则第二个细胞周期的后期，被标记的染色体数为_______，第三个细胞周期的中期被标记的染色体数的范围是_______。

（二）DNA聚合酶缺乏“从头合成”的能力，即不能从模板链的3′端从头合成新链。所以细胞内的DNA合成与PCR一样，也需要一段引物，不同的是细胞内的引物是一段单链RNA。DNA聚合酶只能从RNA引物的末端以5′→3′方向合成新链。新链合成后RNA引物随后被降解。由于DNA聚合酶的特点，DNA末端空缺处无法合成新链，所以DNA每复制一次，染色体便缩短一段，真核生物染色体末端的一段特殊序列称为“端粒”，对于维持染色体稳定具有重要作用。端粒长短和稳定性决定了细胞寿命，与个体衰老和细胞癌变密切相关。在部分细胞中存在一种含有RNA模板的端粒酶，可通过延伸模板链的3′端增加端粒的长度，过程如右下图：

根据题干信息，回答下列问题

（1）请简要描述端粒酶的作用过程：____________。

（2）人类体细胞缺乏端粒酶活性，而生殖系统的性原细胞具有较高端粒酶活性，这种差异具有什么意义：________________________。

（3）癌细胞同样具有较高端粒酶活性，请根据题意提出抗击癌症的途径：________________________。

Answer 1

【答案】a 不能 B B和C 24 0-24 ①端粒酶的RNA模板与DNA3′单链末端互补配对；

②端粒酶以5′到3′方向合成新DNA链；

③端粒酶脱落，DNA聚合酶以RNA为引物从5′到3′方向延伸新链，使DNA恢复双链。 （2）人类体细胞缺乏端粒酶，使得体细胞不能无限增殖分裂，是生命体衰老的重要原因之一，对维持机体平衡有重要意义；性原细胞具有高活性端粒酶，使其端粒得到保护，使生殖细胞染色体的端粒不会随细胞分裂而缩短，保证了亲子代遗传的稳定性。

（注：解答本题应从两方面入手，“体细胞缺乏端粒酶”部分从衰老和凋亡的意义谈起；“性原细胞具有高活性端粒酶”从保证生殖细胞染色体长度谈起） 可从抑制癌细胞DNA复制、诱导凋亡、抑制端粒酶表达的角度阐释。

【解析】

1、分析甲图：a表示半保留复制；b表示全保留复制；c表示混合复制。

2、分析乙图：A染色体的两条姐妹染色单体均含有放射性；B染色体的两条姐妹染色单体中只有一条含有放射性；C染色体的两条姐妹染色单体均不含放射性。

3、引物是一小段单链DNA或RNA，作为DNA复制的起始点，存在于自然中生物的DNA复制（RNA引物）和聚合酶链式反应（PCR）中人工合成的引物（通常为DNA引物）。之所以需要引物是因为在DNA合成中DNA聚合酶仅仅可以把新的核苷酸加到已有的DNA链上。

4、DNA聚合酶的移动方向即子链合成方向是从3'到5'端，这和脱氧核苷酸的基本结构有关，DNA的合成，不论体内或体外，都需要一段引物，原因是在DNA合成中DNA聚合酶仅仅可以把新的核苷酸加到已有的DNA链上。

一（1）依据“DNA半保留复制”假说推测，DNA分子复制形成的子代DNA分子种有一条链为亲代链，另一条链为新合成的子链，即图甲中的a；DNA分子复制方式可能为半保留复制（a）、全保留复制（b）或混合复制（c）；若第一个细胞周期的检测结果是每个染色体上的姐妹染色单体都具有放射性，则可能是半保留复制，也可能是混合复制，因此该结果不能确定假说成立。

（2）若假说成立，即DNA分子的复制方式为半保留复制，则第二个细胞周期的放射性检测结果是每条染色体含有两条染色单体，其中一条单体含有放射性，另一条单体不含放射性，即符合图乙中的B；第三个细胞周期的放射性检测结果是有一半染色体不含放射性，另一半染色体的姐妹染色单体中，有一条单体含有放射性，另一条单体不含放射性，即符合图中的B和C；正常蚕豆细胞有24条染色体，由于半保留复制，一半的染色单体还有放射性，则第二个细胞周期的后期，被标记的染色体数为24，由于第二次分裂后期有一半还有放射性，但是分裂后期染色体移向两级是随机的，则第三个细胞周期的中期被标记的染色体数的范围是0~24条。

二（1）端粒酶的作用过程：①端粒酶的RNA模板与DNA3′单链末端互补配对；

②端粒酶以5′到3′方向合成新DNA链；③端粒酶脱落，DNA聚合酶以RNA为引物从5′到3′方向延伸新链，使DNA恢复双链。

（2）人类体细胞缺乏端粒酶活性，而生殖系统的性原细胞具有较高端粒酶活性，人类体细胞缺乏端粒酶，使得体细胞不能无限增殖分裂，是生命体衰老的重要原因之一，对维持机体平衡有重要意义；性原细胞具有高活性端粒酶，使其端粒得到保护，使生殖细胞染色体的端粒不会随细胞分裂而缩短，保证了亲子代遗传的稳定性。

（3）由题意可知，癌细胞的无限增殖与端粒酶的活性有关，效应T细胞可以使癌细胞裂解死亡，因此抑制癌细胞中端粒酶的活性（或抑制细胞分裂）或免疫治疗（输入淋巴因子、DNA疫苗等）可以对于癌症进行有效治疗。