當“瘧原蟲”遇到“青蒿素”

河北 訾玉玲

當“瘧原蟲”遇到“青蒿素”

河北 訾玉玲

2015年10月，中國女藥學家屠呦呦因創(chuàng)制新型抗瘧藥——青蒿素和雙氫青蒿素的貢獻，與另外兩位科學家共享2015年度諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。這是中國生物醫(yī)學界迄今為止獲得的世界最高大獎。因此，相關內容會是今后相當長的一段時間內的熱點話題。

【新題展示】

瘧原蟲是人類瘧疾的病原體，瘧疾是一種嚴重危害人體健康的寄生蟲病，這種病發(fā)作時多發(fā)冷發(fā)熱，而且是一定間隔時間內發(fā)作。它能大量破壞紅細胞，造成貧血，使肝脾腫大，也能危害腦組織，流行區(qū)內患者有高死亡率。我國科學家屠呦呦團隊研制的青蒿素為治療瘧疾的首選藥物，青蒿素是從植物黃花蒿莖葉中提取的有過氧基團的倍半萜內酯藥物，青蒿素對鼠瘧原蟲紅細胞內期超微結構的影響，主要是瘧原蟲膜系結構的改變，該藥首先作用于食物泡膜、表膜、線粒體、內質網，此外對核內染色質也有一定的影響，其瘧疾抑制率達100%。請根據所學知識回答以下問題：

（1）瘧原蟲是一類單細胞、寄生性的原生動物，主要在肝細胞和紅細胞內發(fā)育，其基本結構包括細胞膜、細胞質和細胞核，其遺傳物質為_____，肺炎雙球菌的遺傳物質與瘧原蟲___（填“相同”或“不同”），在結構上不同于瘧原蟲的主要特點是__________________。

（2）瘧原蟲攝取營養(yǎng)的方式為______，這種攝食方式與細胞膜_________有關。青蒿素治療瘧疾主要是通過干擾表膜——線粒體的功能。青蒿素作用于食物泡膜，從而阻斷了營養(yǎng)攝取的最早階段，使瘧原蟲較快出現氨基酸饑餓，迅速形成自噬泡，并不斷排出蟲體外，使瘧原蟲損失大量胞漿而死亡。

（3）瘧原蟲引發(fā)宿主罹患瘧疾，瘧疾一次典型發(fā)作表現為寒戰(zhàn)、高熱和出汗退熱三個連續(xù)階段。當宿主感染后，部分吞噬細胞、中性粒細胞等受刺激產生內源性熱原質，它和瘧原蟲的代謝產物共同作用于宿主位于_____的體溫調節(jié)中樞，使產熱量___（填“大于”“等于”或“小于”）散熱量，引起發(fā)熱。之后機體通過______來增加散熱量，體溫逐漸恢復正常。在這個體溫調節(jié)過程中，發(fā)揮作用的是_______調節(jié)機制。

（4）人體的免疫系統(tǒng)具有____、__和清除的功能。在抵御瘧原蟲的過程中，非特異性免疫與特異性免疫互為條件、相互補充。通過_____（填“體液免疫”或“細胞免疫”）阻止其在血液中的播散，一旦侵入宿主細胞，則需_______（填“體液免疫”或“細胞免疫”）予以徹底殺滅。在治療疾病的過程中，若需特異性強、靈敏度高并大量獲得抗體，可用______________技術。使用青蒿素治療瘧疾________（填“屬于”或“不屬于”）免疫過程。

（5）瘧疾的診斷過程中需要______技術進行擴增，制備核酸探針，核酸探針的原理是_______________________。

（6）用3H標記的異亮氨酸追蹤體外培養(yǎng)的瘧原蟲的攝入情況，放射性應主要出現在____，此細胞器為蛋白質的裝配機器，這一蛋白質合成過程包括___和___兩個階段。加入青蒿素后，因氨基酸饑餓而抑制瘧原蟲蛋白質的合成。

（7）瘧原蟲的細胞器膜、細胞膜和____等結構，共同構成了生物膜系統(tǒng)，這些膜的組成成分和結構相似，在_____上緊密聯系。青蒿素作用于線粒體則會影響_____這一生理過程，從而影響各項生命活動獲得能量，瘧原蟲攝取食物的直接能源物質為_____。

（8）黃花蒿很常見，分布很廣，青蒿素是從黃花蒿莖葉中提取出來的一種化學成分，是天然產物，其藥用價值體現了生物多樣性的___價值。黃花蒿需選擇向陽的平地、緩坡或階地種植，要求土壤保水保肥性能好，pH處于6至7，光照主要影響黃花蒿的____，溫度和pH不適宜則會通過影響_____而影響黃花蒿的生理作用。

（9）從黃花蒿中提取青蒿素的方法是以___原理為基礎，主要有乙醚浸提法和溶劑汽油浸提法。

【試題來源】

《普通動物學》第三版（劉凌云、鄭光美）和《生物幫》相關資料。

【詳解分析】

（1）瘧原蟲是原生動物門孢子綱的真核生物，所以其體內含兩種核酸DNA和RNA，以DNA為遺傳物質。肺炎雙球菌是原核生物，也是以DNA為遺傳物質，其結構主要特點是沒有以核膜為界限的細胞核。

（2）瘧原蟲是單細胞生物，直接與外界進行物質交換，以胞吞方式攝取營養(yǎng)物質，此方式與細胞膜的結構特點——細胞膜具有一定的流動性有關。

（3）瘧疾俗稱“打擺子”，忽冷忽熱，這種體溫的變化與瘧原蟲寄生后的一系列反應有關。人體的體溫調節(jié)中樞位于下丘腦，當病理性原因造成產熱量大于散熱量時，人體會體溫升高而“發(fā)燒”，出汗是之后體溫下降的主要途徑。體溫調節(jié)機制是一種神經-體液調節(jié)機制。

（4）人體免疫系統(tǒng)有防衛(wèi)、監(jiān)控和清除三大功能，并有三道防線來阻止瘧原蟲等病原體的侵入。當病原體突破了非特異性免疫的前兩道防線之后，機體通過體液免疫阻止其在血液中的散播，細胞免疫則對侵入靶細胞的病原體發(fā)揮免疫效應，大量獲得抗體的方式是單克隆抗體的制備。使用青蒿素這種藥物治療瘧疾不屬于免疫過程。

（5）核酸探針利用DNA分子雜交方法來診斷瘧疾，利用PCR技術擴增DNA。

（6）氨基酸是合成蛋白質的原料，場所在核糖體，要經過轉錄和翻譯兩個過程。青蒿素影響瘧原蟲對氨基酸的攝取，從而抑制蛋白質的合成，瘧原蟲因氨基酸饑餓而迅速形成自噬泡，并不斷排出蟲體外，使瘧原蟲損失大量胞漿而死亡。

（7）瘧原蟲是真核生物，具有細胞器膜和細胞膜、核膜等結構，共同構成了生物膜系統(tǒng)，這些膜的組成成分和結構相似，在結構和功能上緊密聯系。線粒體是有氧呼吸的主要場所，青蒿素作用于線粒體則會影響該過程，從而影響各項生命活動獲得能量，瘧原蟲攝取食物等生命活動的直接能源物質為ATP。

（8）生物多樣性的價值包括直接價值、間接價值和潛在價值，黃花蒿的藥用價值屬于直接價值。光、溫、氣、水、肥等都是影響黃花蒿光合作用的外界條件，溫度和pH主要是通過影響酶的活性而影響黃花蒿的光合作用和呼吸作用等代謝過程。

（9）屠呦呦等科學家嘗試了幾百種提取青蒿素的方法，目前最為理想的提取方法是以萃取原理為基礎，主要有乙醚浸提法和溶劑汽油浸提法。

【參考答案】

（1）DNA 相同 沒有以核膜為界限的細胞核（2）胞吞 具有一定的流動性 （3）下丘腦 大于 大量出汗 神經-體液 （4）防衛(wèi) 監(jiān)控 體液免疫 細胞免疫單克隆抗體制備 不屬于 （5）PCR DNA分子雜交（堿基互補配對） （6）核糖體 轉錄 翻譯 （7）核膜 結構和功能 有氧呼吸 ATP （8）直接 光合作用（光反應）酶的活性 （9）萃取

當“瘧原蟲”遇到“青蒿素”，把細胞結構、蛋白質合成、光合作用和呼吸作用等代謝過程及內環(huán)境穩(wěn)態(tài)調節(jié)、生物多樣性等相關知識巧妙整合起來，可以及時把握熱點話題，開闊學生視野，引導學生打破教材界限，加強對課本知識的掌握，提高學生在新情境下綜合運用知識解決問題的能力。同時，我們把這道題作為對我國科學家第一次獲得諾貝爾生理學或醫(yī)學獎的一種致敬，讓學生樹立民族自豪感。

（作者單位：河北省石家莊市第二十七中學高中部）