Question

12．为研究K⁺通道开放剂对缺血、缺氧条件下脑细胞凋亡的保护作用机制，研究人员进行了实验：
（1）有研究发现，脑细胞代谢非常旺盛，耗氧量大，因此缺血、缺氧时脑细胞主要依赖于无氧呼吸（糖酵解）过程产生ATP，不仅ATP生成量少，也会造成乳酸在脑细胞中积累．缺血、缺氧还会诱发脑细胞表达出某些信号分子，在这些分子的调控下，细胞出现一系列变化，最终凋亡．
（2）科研人员利用离体培养的神经元进行实验，处理及结果如图所示．

①本实验乙组的处理是培养液中不加入血清，并在无氧条件下培养．丙、丁组除加入图中所示物质外，其它培养条件与乙（填“甲”或“乙”）组相同．
②由实验结果可知，正常培养条件下，细胞凋亡率很低且无明显增长．乙组结果与甲组结果比较，说明缺血、缺氧能够明显诱导细胞凋亡，且凋亡率随培养时间增加而提高．由实验结果判断，K⁺通道开放剂能部分缓解缺血、缺氧诱导的细胞凋亡．
（3）A蛋白是细胞凋亡调控过程中一个重要蛋白．科研人员提取上述各组细胞的mRNA，用逆转录酶合成cDNA，以cDNA为模板扩增各组细胞的A基因．由于不同细胞的微管蛋白基因表达量基本相同，在结果分析时，以各组细胞A基因扩增产物量和微管蛋白基因扩增产物量的比值反映各组细胞中A基因的转录水平，这样可以校准和消除细胞取样量的差异对实验结果的影响．结果显示丙组比值高于乙组，推测K⁺通道开放剂可以通过促进A基因转录来抑制缺血、缺氧条件下的细胞凋亡．
（4）有人推测，K⁺通道开放剂会通过A基因影响B基因表达，B蛋白与X蛋白竞争，从C-X蛋白复合体上夺取C蛋白，释放游离的X蛋白，引起细胞凋亡．为了验证上述推测，实验组可选择的实验材料及检测指标是b、c、f、g．
a．正常的神经元细胞           b．缺血、缺氧条件下的神经元细胞
c．K⁺通道开放剂              d．K⁺通道阻断剂
e．A蛋白水平                 f．B-C蛋白复合体水平      g．C-X蛋白复合体水平．

Answer 1

分析 1、动物细胞在缺氧条件下进行无氧呼吸，释放少量能量，合成少量ATP，无氧呼吸的产物是乳酸．
2、分析柱形图可知，甲是在正常条件下培养，细胞凋亡率，正常培养条件下细胞凋亡率低，且随着培养时间的延长，凋亡率没有明显增长，乙是在缺血、缺氧条件下培养的细胞凋亡率，与对照组甲相比，在缺血、缺氧条件下培养，细胞凋亡率增大，且随着时间延长，细胞凋亡率增大；丙是在缺血、缺氧、且加入钾离子通道开放剂的条件下培养的细胞凋亡率，与乙相比，加入钾离子通道开放剂后，细胞凋亡率下降，说明K⁺通道开放剂能缓解缺血、缺氧诱导的细胞凋亡，丁组是在在缺血、缺氧、且加入钾离子通道开放剂、阻断剂的条件下培养的细胞凋亡率，细胞凋亡率与乙没有显著差，进一步说明K⁺通道开放剂能缓解缺血、缺氧诱导的细胞凋亡．

解答 解：（1）人体细胞在缺氧时，进行无氧呼吸，无氧呼吸的产物是乳酸；乳酸、缺氧、缺血等条件能诱发脑细胞表达出信号分子，诱导脑细胞凋亡．
（2）①由柱形图可知，甲是对照组，乙丙丁是实验组；乙组表示缺血、缺氧，因此乙培养液中不能加血清，且要在无氧条件下培养；丙、丁组自变量是加入物质不同，除加入图中所示物质外其他属于无关变量，应该与乙组相同．
②由柱形图可知，甲组是正常培养条件，细胞凋亡率低，且随着时间变化无明显增长现象；与甲组对照，乙组凋亡率高，且随着培养时间延长，凋亡率增大，说明缺血、缺氧能够明显诱导细胞凋亡，且凋亡率随培养时间增加而提高；与乙组对照，丙组钾离子通道开放，细胞凋亡率下降，说明K⁺通道开放剂能部分缓解缺血、缺氧诱导的细胞凋亡．
（3）逆转录的模板是RNA，因此可以用该细胞的mRNA为模板逆转录形成相应的基因；由于不同细胞的微管蛋白基因表达量基本相同，在结果分析时，以各组细胞A基因扩增产物量和微管蛋白基因扩增产物量的比值反映各组细胞中A基因转录水平，以校准和消除细胞取样量差异对实验结果的影响．如果丙组比值高于乙组，则K⁺通道开放剂可以通过促进A基因转录来抑制缺血、缺氧条件下的细胞凋亡．
（4）由题意知，该实验的自变量是钾离子通道开放剂，因变量是B-C蛋白复合体水平和C-X蛋白复合体水平，按照实验设计的对照原则，选用的实验材料是缺血、缺氧条件下的神经元细胞、K⁺通道开放剂，检测指标是B-C蛋白复合体水平和C-X蛋白复合体水平．
故答案为：
（1）无氧呼吸（糖酵解）    乳酸    信号
（2）①血清   乙   ②很低且无明显增长  明显诱导细胞凋亡，且凋亡率随培养时间增加而提高   部分缓解
（3）mRNA    转录    细胞取样量    通过促进A基因转录来抑制缺血、缺氧条件下的细胞凋亡
（4）b、c、f、g

点评 本题的知识点是细胞凋亡及影响因素，旨在考查学生分析实验数据解答问题的能力及根据实验目的明确实验自变量、因变量完善实验步骤的能力．