高考生物热点专题复习

——以2021年诺贝尔生理学或医学奖“温度与触觉受体”为例

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在高考生物复习中，方向比努力更为重要.高考命题每年都在与时俱进，坚持立德树人，充分发挥生物学学科的育人功能.试题情境设置贴近生活及生产实践，关注社会热点问题，注重体育、美育、劳动精神的考查和引导.学科社会热点常常成为命题重要的取材背景，以考查学生在新情境中独立获取、处理信息的能力，解释生命现象，解决生物学问题的能力，现以2021年诺贝尔生理学或医学奖“温度与触觉受体”为例：

2021年诺贝尔生理学或医学奖授予美国旧金山加州大学教授David Julius（大卫·朱利叶斯）和Scripps研究所的Ardem Patapoutian（阿登·帕塔普蒂安），奖励他们对感知温度与触觉受体的发现所做的杰出贡献.

一、温度和触觉受体的发现

人体对热、冷和触觉的感知能力对我们的生存至关重要，并且支撑着我们与周围世界的互动.在我们的日常生活中，我们认为这些感觉是理所当然的，但是神经冲动是如何启动的，我们又是如何感知温度和压力的呢？2021年诺贝尔奖获得者已经解决了这个问题.David Julius利用辣椒素（一种来自辣椒的刺激性化合物，可诱导灼烧感），来识别皮肤神经末梢中对热的传感器.Ardem Patapoutian使用压敏细胞发现一类新型传感器，可以对皮肤和内脏器官的机械刺激作出反应.这些突破和发现让我们更加了解我们的神经系统是如何感知热、冷和机械刺激的.获奖者通过研究确定了我们的感官和环境之间复杂交互作用中缺失的关键环节.

上世纪90年代后期，已知辣椒素可以激活引起疼痛感的神经细胞，但这种化学物质如何真正发挥功能在当时仍是一个未解之谜.Julius和他的同事创建了一个包含数百万个DNA片段的DNA库，这些片段与感觉神经元中表达的基因对应，而这些基因表达产物可以对疼痛、温度和触摸做出反应.Julius及其同事假设与生成对辣椒素产生反应的蛋白质所对应的DNA片段就包含在此DNA库中.经过艰苦的搜索，他们确定了一个能够使细胞对辣椒素产生敏感的基因.由此，辣椒素的感应基因被成功地发现了！进一步的实验表明，鉴定出的这种基因编码了一种新的离子通道蛋白，即辣椒素受体，后来被命名为TRPV1.

当时，虽然温度感觉的机制正在展开，但机械刺激如何转化为我们的触觉和压力感仍不清楚.Pata-poutian和他的合作者首先确定了一种细胞系，当用微量移液管戳单个细胞时，该细胞系会发出可测量的电信号.他假设被机械力激活的受体是离子通道，并且在下一步中鉴定了编码可能受体的72个候选基因.72个基因被一一灭活，以发现负责研究细胞机械敏感性的基因.经过艰苦的搜索，成功地确定了一个基因，该基因沉默后，细胞对微量移液器的戳刺不再敏感.由此，一种全新的、完全未知的机械敏感离子通道被发现，并以希腊语中表示压力的词（I;piesi）命名为Piezol.基于与Piezol的相似性，继而发现了第二个离子通道Piez02.

两位获奖者的研究思路总体上是一致的，都是通过基因来寻找相应的蛋白质，通过基因的缺失或灭活导致相应功能的缺失，来找到具体的生命活动的承担者蛋白质——温度和触觉受体.他们的科学研究方法也是一致的，都是应用了假说一演绎法，从观察现象发现问题人手，科学合理地提出假说，运用假说进行演绎推理，再经过艰辛的实验探索，最终找到相对应的基因和蛋白质.

二、相关试题研究

例1 于无声处听惊雷.2021年诺贝尔生理学或医学奖获得者Ardem Patapoutian正是从人类最习以为常的感觉人手，发现了触觉受体Piezo.它由三个相同的Piezo蛋白组成“螺旋桨状”i聚体，能直接响应细胞膜上的机械力刺激并介导阳离子进入细胞.图1为Piezo的结构模式图及可能的使用机理基本示意图，下列相关叙述正确的的是（

）.

A.Piezo蛋白是一种跨膜蛋白，一定含有元素C、H、O、N

B.Piezo蛋白在核糖体上合成，不需要内质网和高尔基体的加工

C.机械力刺激导致Piezo蛋白构像改变、中央孔打开，离子内流

D.开发抑制Piezo功能的药物有望用来治疗机械超敏痛（触摸痛）

答案：ACD

解析本题创设2021年诺贝尔生理学或医学奖新情境背景，侧重于考查知识与观念和科学思维.Piezo蛋白是一种跨膜蛋白，其形成过程需要内质网、高尔基体的加工，通过囊泡转运与细胞膜融合，成为细胞膜上的离子通道蛋白，机械力刺激导致Piezo蛋白构像改变、中央孑L打开，离子内流，导致细胞膜电位变化，产生兴奋.开发抑制Piezo功能的药物，便可抑制Na+离子内流，对治疗机械超敏痛（触摸痛）有一定的疗效.

例2 TRPs通道是主要位于神经细胞膜上的离子通道.细胞内的脂质PIP2可以活化感觉神经元上的TRPs通道，使其开放后引起Ca：+内流（如图2），参与疼痛的信号传递.TRPs通道介导疼痛产生的机制有两种假说，假说一：TRPs通道开放后，内流的Ca“引起细胞膜电位变化，并以电信号形式在细胞间直接传递，直至神经中枢产生痛觉;假说二：TRPs通道开放后，内流的Ca“引起神经递质释放，产生兴奋并传递，直至神经中枢产生痛觉.研究PIP2对TRPs通道活性调节机制，可为临床上缓解病人疼痛提供新思路.下列对材料的分析叙述不合理的是（

）。（剩余4188字）