免疫学材料分析原创题展示

李建芝 卢晓华

(北京师范大学附属中学)

当今世界新知识不断涌现,认知快速迭代,这就要求满足未来社会需要的人才应具备更强的主动学习意识和快速学习能力。“材料分析题”就在这样的背景下应运而生。该题型提供约800字的科普短文,重点考查考生快速获取有效信息,并利用所学新知识解决问题的学习能力与学习潜质。

“材料分析题”是考查学科素养的积极尝试。在北京生物学业水平等级性考试中,该题型首次出现在2020年。作为一种新颖的题型,学生普遍感到陌生,需要加强训练。针对这一题型的备考,科学的做法是在新授课中,每学完一章后提供一篇有关的阅读短文。

“免疫调节”内容多,涉及的机理复杂,有很多内容是与教材密切相关但是囿于时间、学生接受程度等原因,因而无法在课堂中展开的,这些内容是编制材料分析题的良好素材,应用得当既是对课堂教学的有益补充,又提高了材料分析题的解题能力。

学习“体液免疫”一节时,学生经常感到好奇:为什么机体可以产生那么多种类的抗体?为了能让学生对此有所了解,同时又发展学生的阅读理解、现场学习能力,笔者参照2010年发表于大理学院学报的《β淋巴细胞发育与BCR基因重排》一文,命制以下材料分析题。

学习以下资料,回答(1)～(5)题。

B细胞发育与BCR基因重排

B细胞抗原受体(BCR)是B细胞膜表面能特异性识别和结合抗原的结构,B细胞通过BCR介导免疫应答。

BCR与抗体本质上都是一种免疫球蛋白,抗体只是BCR的另外一种存在形式。免疫球蛋白(Ig)由两条重链(H链)和两条轻链(L链)组成(如图1)。每条链都包括可变区(V区)和恒定区(C区)。C区的不同并不会影响Ig对抗原的识别;V区是抗原结合部位,决定了能够识别的抗原种类。V区结构的多样性组成了个体内能与约109种抗原结合的抗原受体库。

图1 免疫球蛋白结构示意图

人的H链基因位于14号染色体上,由V、D、J、C四组基因组成;L链基因位于2号和22号染色体上,由V、J、C三组基因组成。这些数量众多的基因片段被插入序列分隔,不能作为独立单位表达,需经V(D)J基因重排连接在一起才具有转录功能。

BCR的多样性是在B细胞发育过程中,由Ig基因重排而逐步产生的。以H链为例,当B细胞发育到一定阶段,在特别的重组酶作用下,在IgH基因的V、D、J片段中各随机选择某些片段进行重排,一些不用的片段被剪切掉。L链的基因重排与H链类似。轻重链组合可达到约1.9×106种类型。无论是轻链还是重链基因,都只有同源染色体的一条染色体上的基因得到表达,原因是先重排成功的基因抑制另一等位基因的重排,而哪条染色体上的基因先重排成功是随机的。

由于V(D)J基因的重排是随机发生的,因而可能产生能与自身抗原应答的B细胞或无功能的B细胞。表达自身反应性BCR的未成熟B细胞可通过以下三种方式清除:克隆排除(B细胞凋亡)、克隆无能(B细胞不能被激活)、受体编辑(也称第二次重排)。受体编辑的方式有多种,其中一种是上游的V片段可取代第一次重排的V片段(如图2所示)。经受体编辑后的BCR不能再与原来的抗原反应,获得了新的抗原特异性。具有非自身抗原特异性受体的B细胞将得以进一步成熟,并进入外周淋巴组织中,以行使其功能。

图2 BCR基因重排示例

在基因重排过程中,Ig基因片段在进行连接的时候往往有插入、缺失、替换核苷酸的情况发生,这进一步增加了BCR的多样性。

(1)哺乳动物B细胞发育成熟的场所为

( )

A.骨髓 B.胸腺

C.淋巴结 D.脾脏

(2)(不定项选择)关于BCR的说法正确的是

( )

A.一种B细胞只表达一种BCR

B.某个B细胞产生的抗体所结合的抗原与该B细胞BCR结合的抗原相同

C.T细胞内没有BCR的基因

D.BCR是一个分泌型的免疫球蛋白

E.B细胞识别抗原的特异性基于BCR的V区不同

(3)你认为B细胞发育过程中的BCR基因重排现象属于表观遗传修饰吗?为什么?

(4)B细胞受体编辑有何意义?

(5)试提出一个进一步研究的问题。

参考答案:(1)A (2)ABE (3)不属于。表观遗传修饰是在基因的核苷酸序列不发生改变的情况下,基因发生甲基化修饰等变化,从而影响到基因表达。BCR基因重排导致不同的B细胞有不同的基因片段组合,即基因的碱基序列不同,所以不属于。

(4)避免了自身免疫性疾病的发生。

(5)基因重排的具体机制是怎样的?基因重排是如何启动的?机体如何区分哪些B细胞要凋亡、哪些要进行受体编辑?受体编辑影响细胞发育的具体机制是什么?T细胞的抗原受体是否也有基因重排?除基因重排外,是否还有其他原因导致B细胞多样性?如何由BCR基因转变成抗体基因?能与自身抗原应答的B细胞主要通过哪一种方式清除?(合理即可)

命题思路分享:材料分析题“画龙点睛”部分是问题设置。好的问题,一是忌脱离原文,即学生无需看材料,直接靠记住的知识就能答题,文章成了摆设;二是忌照搬照抄,即答案直接从文中找到即可。上述两种情况问题设置都较肤浅,不能引发学生深层次的思考。

好的问题应该是与原文有密切联系,但是问题的解决又不能仅靠原文,需要学生充分调动已有的知识,进行回忆、推理才能作答。另外,问题的难度要有梯度,问题形式要多样,要有需要学生表述的问题。

本文问题1是基础性问题。文章是讲述B细胞发育中的事件,问题1与此有关,放在这并不突兀。

问题2主要考查学生获取、理解信息的能力,答案的得出需要寻找原文关键信息,并且还要理解内化。A选项可从第一段“是B细胞膜表面能特异性识别和结合抗原的结构”、第二段最后一句“V区结构的多样性组成了个体内能与约109种抗原结合的抗原受体库”作出判断。B选项从“抗体只是BCR的另外一种存在形式”看出提示。C选项涉及细胞分化的知识。D选项较易排除。

问题3具有一定的思维力度,将遗传与免疫联系起来。“表观遗传”是新教材必修2增加的内容,很多学生认识模糊。问题3将基因重排与表观遗传对比,学生需要看懂基因重排、回忆表观遗传、将两者对比,才能正确作答。

科学创造始于提出问题。没有问题的发现和提出就没有创新。基于此,目前生物试题中常出现“提出进一步研究的问题”。问题5就是训练学生提出问题的能力。提出的问题应该有进一步研究的价值和空间。文章中没有阐明基因重排的机制,所以围绕具体机制的问题均可,只要言之成理即可。