【题目】肠道微生态系统中的菌群失调是肥胖、糖尿病等慢性代谢性疾病的诱因。为探究富含膳食纤维的饮食对肠道菌群的影响,研究人员进行了实验。

(1)某些肠道益生菌能分解人体难以消化的膳食纤维并产生乙酸、丁酸等短链脂肪酸。丁酸可以作为_________分子,与肠壁细胞内的丁酸分子受体结合,加速细胞利用氧气,从而造成肠道中的缺氧环境,从而有利于益生菌在与有害菌的__________中占有优势。

(2)食用富含膳食纤维的食物有利于改善血糖水平,下图为其分子机制。据图可知,消化道中产生的乙酸、丁酸等短链脂肪酸与消化道壁上的受体结合,激活结肠L细胞内的酶P,________

(3)为进一步验证富含膳食纤维的食物辅助糖尿病治疗的效果,我国科研人员将43位糖尿病患者______分为两组进行实验。请选填下面的字母,完成实验方案。

a.常规膳食 b.高纤维膳食 c.阿卡波糖(一种口服降血糖药物) d.注射胰岛素

分组

实验对象

实验处理1

实验处理2

检测

对照组

(U)

16位糖尿病患者

c

a

处理前后患者空腹血糖水平

实验组

(W)

27位糖尿病患者

阿卡波糖

b

(4)研究结果证实富含膳食纤维的食物具有辅助治疗效果。科研人员提取上述两组糖尿病患者的肠道微生物,进一步检测肠道微生物的乙酸、丁酸合成相关酶基因的拷贝数(与乙酸、丁酸合成量正相关),结果如图2、3所示。

据此,研究者得出“高纤维膳食提高乙酸和丁酸合成量,均能增强治疗效果”的结论。请评价由上述结果得出的结论是否严谨?并阐述理由。___________

【答案】 信息 竞争 启动GLP-1基因表达,GLP-1与胰岛B细胞(β细胞)膜上的受体结合,通过细胞内的一系列过程,引起细胞膜电位改变,Ca2+通道打开,Ca2+进入细胞,促进胰岛素释放 随机 不严谨,乙酸合成酶基因的拷贝数实验组与对照组无明显差异,丁酸合成酶基因的拷贝数实验组和对照组有明显差异,因而结果不支持乙酸能增强治疗效果(结果仅支持丁酸能增强治疗效果)

【解析】探究实验需要遵循对照原则和单一变量原则,该实验的目的是探究富含膳食纤维的饮食对肠道菌群的影响。图1中小肠产生的乙酸或丁酸与结肠L细胞上的受体结合,催化ATP产生cAMP,激活细胞内的酶P,催化GLP-1基因表达产生GLP-1;GLP-1与胰岛B细胞膜上的受体结合,通过细胞内的一系列过程,引起细胞膜电位改变,Ca2+通道打开,Ca2+进入细胞,进而促进胰岛素释放。图2中,乙酸合成酶基因的拷贝数实验组与对照组无明显差异,丁酸合成酶基因的拷贝数实验组和对照组有明显差异。

(1)丁酸是小分子有机物,作为信息分子可以与肠壁细胞内的丁酸分子受体结合,加速细胞利用氧气,从而造成肠道中的缺氧环境,从而有利于益生菌在与有害菌的竞争中占有优势。

(2)据图分析已知,小肠产生的乙酸或丁酸与结肠L细胞上的受体结合,激活细胞内的酶P,进而启动GLP-1基因表达产生GLP-1;GLP-1与胰岛B细胞(β细胞)膜上的受体结合,通过细胞内的一系列过程,引起细胞膜电位改变,Ca2+通道打开,Ca2+进入细胞,促进胰岛素释放。

(3)在对照实验中,应该做到随机将实验对象分成两组,一组为对照组,另一组为实验组。

(4)据图分析已知,题中的结论是不严谨的,因为图中乙酸合成酶基因的拷贝数实验组与对照组无明显差异,丁酸合成酶基因的拷贝数实验组和对照组有明显差异,因而结果不支持乙酸能增强治疗效果(结果仅支持丁酸能增强治疗效果)。

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