Question

【題目】果蠅常常作為生物學實驗材料，閱讀下列資料并回答相關問題：

資料一　2017年諾貝爾生理學或醫學獎，頒給了用果蠅作為研究對象，發現控制“晝夜節律”分子機制的三位美國科學家。他們最初認為：晝夜節律與PER基因編碼的PER蛋白周期變化有關，當PER基因處于活性狀態時，合成PER蛋白，如果PER蛋白在細胞核中積累，會阻斷PER基因的活性，抑制PER蛋白的合成；后來發現PER蛋白無法單獨進入細胞核，他們進一步研究發現另一個基因“TIM基因”，該基因編碼的TIM蛋白與PER蛋白結合在一起后，進入到細胞核中，從而阻斷了PER基因的活性。過程如下圖所示：

（1）核孔允許某些大分子通過，這體現了核孔的___________，根據資料信息說明理由 ________________________________________________________________________________。

（2）圖示PER蛋白抑制PER基因的活性的調節機制稱為什么調節？ __________，理由是 ________________________________________________________________________。

（3））這種調節機制在生命系統普遍存在，它對于機體維持____________具有重要意義。

資料二　科學家發現某突變純合子果蠅對二乙酯乙醚極其敏感，二乙酯乙醚能引起該突變純合子果蠅神經沖動傳導異常而發生驚厥。如下圖是某突變純合子果蠅與野生型果蠅某神經纖維在a時刻受到刺激而發生的膜電位變化曲線。果蠅的神經纖維在靜息時的膜電位是______________，引起ab段電位變化的原因是_______________，造成突變純合子果蠅bc段膜電位變化的可能原因是_________________________________________。

Answer 1

【答案】選擇性透過性PER蛋白單獨無法進入細胞核，當TIM同PER結合在一起后，才能進入到細胞核中（負）反饋調節PER基因編碼的PER蛋白進入細胞核，抑制PER基因的活性，減少PER蛋白的合成穩態外正內負Na+內流恢復靜息電位的過程異常(K+通道異常或Na+-K+泵異常)

【解析】

結合題意題圖分析，細胞核中PER基因轉錄產生PER mRNA，通過核孔到細胞質中作為翻譯的模板，合成PER蛋白；由于單獨的PER蛋白不能通過核孔進入細胞核，需要與TIM基因編碼的TIM蛋白結合才能通過核孔進入細胞核，進而阻斷PER基因的繼續表達。該過程一方面說明通過核孔進出細胞核的物質是有選擇性的；另一方面說明PER蛋白的含量與PER基因的表達是一個負反饋調節的過程，這使二者都維持在一個相對穩定的范圍內。

（1）從本題資料信息分析，如當PER蛋白與TIM結合在一起時，才能通過核孔進入到細胞核中，若該蛋白單獨存在時，無法通過核孔進入細胞核，這體現了核孔具有選擇透過性。

（2）結合前面的分析可知，圖示PER蛋白抑制PER基因的活性的調節機制稱為（負）反饋調節。因為PER蛋白是PER基因編碼的蛋白質，該蛋白質進入細胞核后，又抑制PER基因的活性，減少PER蛋白的合成，這體現PER蛋白與PER基因的表達存在負反饋調節的機制。

（3）負反饋調節機制在生命系統普遍存在，它對于機體維持理化性質和各種化學成分的含量相對穩定即穩態具有重要意義。

（4）神經纖維在靜息時，膜電位是外正內負。結合曲線圖分析，引起ab段電位發生逆轉變化的原因是鈉離子內流。正常情況下動作電位恢復到靜息電位是由于鉀離子外流所致，結合題意中“二乙酯乙醚能引起該突變純合子果蠅神經沖動傳導異常”，對此推測造成突變純合子果蠅bc段膜電位變化的可能原因是恢復靜息電位的過程可能是二乙酯乙醚引起K+通道異常，進而導致鉀離子內流異常所致。