本文是106學年度上學期醫學一生物科期末考題目與解答,指導老師:陳嘉祥老師

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直到考前都會繼續更新ouo (17:34第二題更)

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(考試當然不可能寫這麼多,還是請再個人整理一下吧)

=====山姆version=====

1.請說明 Hardy-Weinberg Equilibrium,及其影響因子

  ans:環境中若有A和a一對等位基因,其頻率分別記為p和q,則在完全均質而隨機的多世代雜交下,族群中基因型的頻率會一直保持不變;同型合子AA的頻率是p^2,aa的頻率是q^2,Aa的頻率是2pq。然而哈溫定律要求的均質與隨機,其實是不太可能在現實中出現的。可影響哈溫定律的因素有:突變、選擇性交配(非隨機交配)、近親結婚(非隨機交配)、基因漂變、族群移入/移出、族群孤立

  ref:

    哈代-溫柏格定律 https://goo.gl/RKvUUF

    嘉祥PPT 第十課(population genetics) p.22

  

2.請解釋甚麼是 Heterozygosity advantage,並舉例說明

  ans:異型合子優勢,指的是帶有異型等位基因的個體(例如Aa),適應度將比帶有同型等位基因的個體(AA,aa)更大。最常見的例子是Ss鐮刀型貧血基因,在非洲,若基因組合為SS的人,容易感染瘧疾,但ss的人則會得到鐮刀型貧血。在這個情形下,Ss的基因組合即是最佳的適應者。

  ref:

    多態性 https://goo.gl/4CoAYK

    嘉祥PPT 第十課(population genetics) p.30

 

3.請解釋甚麼是 Founder effect、Bottleneck of population?

  ans:創始者效應與種群瓶頸。兩者都屬於基因漂變(Genetic Shift)的一種。創始者效應注重特定基因的傳遞,種群瓶頸則觀察整個族群的數量銳減與造成的影響

    創始者效應指的是原有母族群中的少數個體對外播遷,造成新殖民區域的基因多樣性減少,往後產生的子代皆帶有原播遷者(=創始者)的基因特徵。

    (亦即:母地某物種有ABCDEFG等型>>CEF播遷>>新殖民地為CCEEEFF)

    (舉例:委內瑞拉某山村中,由於一位帶有Huntington's Disease之婦女將其基因傳播給幾位村民,且後來村落鮮少安插入新基因,導致全村皆有Hungtington's Disease。此婦女即為案例中的創始者。)

    種群瓶頸指的是原有的種群經歷巨變(例如天災)後,由於基因多樣性減少,且限縮於當地,造成基因交流的可能性減少。瓶頸效應可能造成 (1)原有的劣勢基因變成優勢族群 (2)基因多樣性過低,族群容易受到環境影響而一次性覆滅。

    (舉例:獵豹與大貓熊,在上一次冰河期皆發生瓶頸問題,以至於現代族群彼此間歧異度極小,基因庫也缺乏對於疾病的應變能力,因此容易瀕臨絕種。)

  ref:

    (1)Founder effect https://goo.gl/gKcNev

    (2)Bottleneck  https://goo.gl/HNsHnN

 

4.請說明人類的 Immune defense system 如何幫助人類能在自然環境中生存

  ans:人體的免疫系統分成二類,先天免疫(innate immunity)適應免疫(adaptive immunity)。並可分為三階段:表層屏障(先天)、非專一性防禦(先天)、以及專一性防禦(適應免疫)。

    (1)表層屏障:(屬於先天免疫)

        a.物理性:皮膚、指甲、黏液、咳嗽噴嚏、淚、汗、尿、纖毛 etc (隨便寫幾項就好)

        b.化學性:胃酸、蛋白酶、溶菌酶、脂肪酸 etc

        c.生物性:共生菌落

    (2)非專一性防禦:(屬於先天免疫)

        a.發炎反應:受傷細胞釋出組織胺,造成周邊微血管 紅熱(通透性增加)+腫痛(組織胺刺激) 的現象,使得部位腫大。

        b.發燒:熱原(細菌or巨噬細胞)造成腦袋調節核心溫度上升,試著促進免疫性蛋白質活化,以及殺死部分細菌的現象。

        c.吞噬作用:吞噬細胞對病原體進行吞噬。參與細胞包含 單核球>>巨噬細胞、樹突細胞、嗜中性球(數量最多)、嗜酸性球(攻擊寄生蟲)。

        d.補體系統:免疫性蛋白質,能標記病原體並且進行攻擊。

        e.自然殺手細胞:未養成專一性的T細胞,能像Tc細胞一樣進行胞毒反應,殺死異常細胞。

     (3)專一性防禦:(適應性免疫)

        a.抗原呈現作用:巨噬細胞、樹突細胞與B細胞接受到新抗原後,會呈現出抗原特徵讓Th細胞辨識,進而由Th細胞引發對此抗原的專一性防禦系統。

        b.細胞免疫:Tc細胞被激活後,對於特定抗原所感染的細胞進行細胞凋亡(apoptosis)。

        c.抗體免疫:B細胞被激活後形成漿細胞(Plasma cell),大量製造出抑制該抗原的專屬抗體。

        d.記憶性:免疫結束後,Tc、Th、和漿細胞的記憶細胞會存活下來,沉眠於淋巴結中,形成群落(colony)。等待下次同樣的抗原出現,即能快速有效的中止疾病。

  ref:高中生物筆記(解析度不佳,可另外索圖(13)(14)-->https://goo.gl/QJVLFA)

  14.Immune System.jpg

 

5.人體 B cells如何產生上百萬種的抗體

  ans:B細胞在轉錄抗體基因的過程中,會進行所謂的V(D)J組合。抗體的種類取決於輕鏈與重鏈的變異端組合;重鏈的變異端,是由染色體中挑選出不同的V段、D段、J段基因,轉譯出特定的蛋白質組合而成。輕鏈的變異端,則是由基因中挑選出不同的V和J段基因,轉譯出特定蛋白質組合而成。(輕鏈沒有D段)

  因此,每種抗體的變異端至少有五個歧異的區域 (重鏈V+D+J,輕鏈V+J),每個區域又有若干種可能性(假設重鏈的V段有13種可能,輕鏈的J段有7種可能)......這樣的組合即能產生幾百萬種可能性,產生不同的抗體種類。

  ref:

    抗體的多元性 http://blog.udn.com/jnwu/3848145

    抗體(多樣性部分) https://goo.gl/9iURUC

    嘉祥PPT 第十一課(Immune System) p.17~18

 

6.請解釋 HLA(Human leukocyte antigen)為甚麼會有許多allele的機制

  ans:HLA,人類白血球抗原,特別指人體中的MHC(主要組織相容性複合體),是免疫系統中辨識「自我」與「非我」的重要基因段。因此每個人體內的HLA表現也都不會相同—與自己血緣越親近的人,HLA的差異性會越低,只有同卵雙胞胎和複製人體內的HLA會完全相同。為了營造每個人獨一無二的HLA片段,這個區段上也就會負載大量的等位基因(allele),用以製造人類體內歧異度最大的「化學指紋」,供免疫系統辨識。

  ref:

    人類白血球抗原(HLA)  https://goo.gl/VtbDZr

    主要組織相容性複合體(MHC)  https://goo.gl/iahwK8

 

7.請說明人類老化的可能原因

  ans:總體而言,老化是隨著時間推移,生物體內基因與生理功能的錯誤累積與變化造成的必然現象。

  (1)基因觀點:由於基因的複製與轉錄會受到許多因素影響,無法每次都精確的執行,因此錯誤和磨損日積月累,也就造成身體功能的退化。端粒(telomere)片段的縮短是DNA複製失誤的主因。

  (2)代謝觀點:粒線體的衰老與死亡、自由基的堆積、蛋白質與脂質的氧化、進階糖基化(glycosylation)的產物堆積

  (3)演化觀點:早年對於生長有助益的基因,到了晚年變得有害;身體到了特定年紀,開始執行程序性死亡;部分基因在繁殖期後繼續作用,造成錯誤的累積 etc

  (4)網絡型觀點:上述各種原因互相作用,共同造成老化的現象 (蠻廢話的)

  ref:

    透視衰老的原因 http://wellness87710016.pixnet.net/blog/post/21780187

    我們為甚麼會衰老 https://kknews.cc/zh-tw/science/5l5rjk.html

    嘉祥PPT 第十四課(Ageing & Death) p.28、p.32

 

8.請說明Dr. Kuebler-Ross的 5 stages of dying 與應用

  ans:庫伯勒-羅斯模型,亦即五大悲傷理論,指的是絕症患者對於自身罹患絕症的五個心理階段。分別是

    否認(Denial)

    憤怒(Anger)

    討價還價(Bargaining)

    抑鬱(Depression)

    接受(Acceptance)

    這個模型也被他應用在其他對於人生的嚴重打擊上(例如失戀、離婚、退休、運動員退出體壇 etc)。

  add:此理論在這位教授的著作《論死亡與臨終 On Death and Dying》中被說明,但這個理論受到許多的質疑。(包括研究方法不夠科學、與實際情況不符) 她也表示,並不是每個人都會按照順序經歷這些階段,但至少會出現其中兩個階段。

  ref:

  庫伯勒-羅絲模型 https://goo.gl/GP6jAa

  所謂的悲痛五階段:https://read01.com/zh-tw/Po6Qkg.html

  嘉祥PPT 第十五課(Environment & Health) p.41~45

 

9.請說明Action potential如何產生與傳導。並說明甚麼是 Neural plasticity

  ans: 

    動作電位的生成與傳導:神經元的膜電位在非刺激狀態會藉由鈉-鉀離子通道達成平衡。當神經元接受到外來刺激,會造成膜電位的改變;如果膜電位的改變超過了神經元的閾值(threshold),則會引發後方一連串的去極化(depolarization),再極化(repolarization),過極化(hyperpolarization)過程。動作電位產生後,只會往軸突丘(axon hillock)、軸突與突觸的方向傳導。若軸突上有蘭氏結(node of Ranvier),則可以加速動作電位的傳導。

    神經可塑性指的是經驗導致某些大腦神經元之間的連結增強,使得特定途徑被強化,大腦結構改變的現象。(這跟過去認為孩提時代後,大腦結構就不再變化的觀點是衝突的。)

  ref:

    動作電位  https://goo.gl/WBHh4k

    神經可塑性  https://goo.gl/ZUVQLv

    嘉祥PPT 第十三課(Nervous System),前面20~40%的部分

          

10.請說明Climate change與extreme weather對健康的影響

  ans:

    環境層面:氣候變遷與極端氣候會造成地球環境的惡化,影響生活品質,如:空氣汙染、紫外線指數過高

    疾病層面:氣候異常造成部分疾病的重現,主要是載體性疾病(vector-borne disease,又稱媒傳疾病)、水傳疾病、食物中毒等等。

    營養層面:氣候異常造成食物與水源的不足,引發營養不良

    心理層面:氣候災害與不穩定氣候容易造成人類心理的壓力,甚至有創傷後壓力症候群(PTSD)的產生。

  ref:嘉祥PPT 第十五課(Environment & Health)

 

=====婉玲+姸均 version=====

1.說明Hardy-Weinberg equilibrium及其影響因子

(1)Hardy-Weinberg equilibrium說明在一個族群在理想狀況下,經過多個世代交替後,其基因頻率與基因型頻率會保持恆定且穩定的平衡狀態。

(2)影響因子包含了突變、非隨意交配、天擇、遺傳漂變、遷徙、孤立、近親婚姻等。

2.請解釋甚麼是Heterozygosity advantage,並舉例說明

(1)Heterozygosity advantage是指在雙套染色體生物中,帶有兩種不同等位基因的生物較帶有兩種相同基因之生物來的更有適應力。

例如非洲的鐮刀型貧血症。非洲盛行瘧疾,因此若是基因型為SS的人,即血球形狀正常者,容易感染瘧疾;而基因型為ss的人就會引發鐮刀型貧血症。相較之下,基因型為Ss的人恰巧就是在這個環境下最佳的適應者。

3.請解釋甚麼是Founder effectBottleneck of population

(1)Founder effect: 帶有親代部分等位基因的少數群體在新的棲息地建立新的族群。在沒有與其他的生物交配繁殖下,雖然族群的個體數會增加,不過個體之間的基因歧異度很小。

(2)Bottleneck of population: 一個族群因各種因素(天災、出生率下降、棲地零碎化等),個體數驟降,使得族群中的基因歧異度降低。

4.請說明人類的Immune defense system如何幫助人類在自然環境下生存

人類的免疫系統分為兩種免疫方式,一種是非專一性免疫,另一種則是專一性免疫,而專一性免疫又可以分為體液免疫以及細胞免疫。非專一性免疫協助人類擋下絕大部分環境中的抗原,但若是未被非專一免疫擋下的抗原則需要用專一性免疫來防禦。透過這樣一層一層的防禦關卡,讓人類有辦法抵擋來自自然環境大部分對人體有害的抗原,進而讓人類得以在自然環境下生存。

5.人類的B cell如何產生成千上萬的抗體?

6.請解釋HLA(Human leukocyte antigen)為甚麼會有許多alleles的機制

會有這麼多型態的原因主要機制有兩個,其奠基於主要組織相容性複合物(MHC)的 種類和變異之上,第一是MHC的多基因性(polygenism),個體MHC基因是由多基因座組成,至少由20種以上的基因所負責,而每一個基因座又有100種以上的對偶基因 (alleles)。第二是多形性(polymorphism),是指單一基因的多種對偶基因型態,族群內MHC表現是遺傳多形性,在人類族群中,有很多不同型式的第一類及第二類MHC基因。

7.請說明人類老化的可能原因

人類老化的可能原因可分為生理方面及演化方面:

生理方面:

Telomere theory: 端粒在多次複製後會逐漸地縮短消失,也就造成了老化。

Genetic timer theory: 某種特定的基因序列下管控著人類身體每個時期的發展及老化

Death gene theory: 在基因指令的最後一段稱為death gene,這段基因告訴我們的身體必須要退化以及死亡

Genetic clock theory: 某些基因追蹤身體變化的發展,並藉由這樣的方式控制某些事件發生的年齡

Free radical theory: 人體內的自由基因少一個電子,所以極不穩定,必須奪取鄰近細胞的電子,使自己變安定,因而造成鄰近細胞的退化死亡。

Limited gene usage: 基因僅可被讀取一定的次數

演化方面

Disposable body theory: 一旦一個有機體生下具有生殖力的後代,那他的身體就不再被需要,漸漸地就會老化、死亡。

Antagonistic pleiotropy theory: 一些基因在生命早期的時候是有用的,但會在生命晚期逐漸的退化。

Accumulation of late acting error theory

8.請說明Dr. Kubler-Ross5 stages of dying與應用

5 stage of dying分為

否認(Denial)

憤怒(Anger)

討價還價(Bargaining)

抑鬱(Depression)

接受(Acceptance)

這個模型不僅可以運用在絕症患者,也可以運用在商業上,例如商業上的損失或是客服中clientsstaff的可能互相給予的「悲傷」。

9.請說明Action potential如何產生與傳導,並說明甚麼是Neural plasticity

(1)在沒有刺激的狀況下,神經細胞皆保持一個靜止電位(極化)。當一個刺激傳達過來時,會造成神經元內電位的變化。當此電位超過閾值時,即會產生動作電位,並且開始傳導。首先是去極化,此時大量的鈉離子通道開啟,膜外鈉離子受濃度梯度差及膜內負電較多的影響,湧入細胞膜內,造成神經細胞的膜電位上升。接著是再極化,由於鈉離子孔道和鉀離子孔道對於電位的敏感度不同,當膜電位上升約至+50 mV時,鈉離子孔道關閉,卻開啟受電壓管制鉀離子孔道,造成鉀離子大量流出,細胞膜電位開始下降,為再極化時期,降低至鉀離子孔道的平衡膜電位後,此時期鉀離子孔道將會關閉。由於細胞膜上鈉-鉀幫浦蛋白持續作用,逐漸將膜電位回復至未興奮前的狀態。

(2)神經可塑性是指由於經驗原因引起的大腦的結構改變。大腦由神經元細胞和神經膠質細胞構成,這些細胞互相連接,通過加強或削弱這些連接,大腦的結構可以發生改變。

10.請說明Climate changeextreme weather對健康的影響

可能會造成傳染病盛行、較差營養、心理或是其他疾病以及死傷,而過熱與極端天氣可能會造成 heat stress、心血管疾病和傷亡人數上升。WHO公佈了五個氣候變遷對健康得主要衝擊,包括營養不良、洪水及暴風造成的死傷、水源的不易取得及污染、熱浪和蟲媒病。

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