Question

【題目】閱讀下面的材料，完成（1）～（3）題。

細(xì)胞是如何應(yīng)對(duì)缺氧的

2019年度的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予了威廉·凱林、彼得·拉特克利夫以及格雷格·薩門扎三位科學(xué)家，他們闡明了人類和大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞在分子水平上感受、適應(yīng)不同氧氣環(huán)境的基本原理，揭示了其中重要的信號(hào)機(jī)制。

人體缺氧時(shí)，會(huì)有超過300種基因被激活，或者加快紅細(xì)胞生成、或者促進(jìn)血管增生，從而加快氧氣輸送——這就是細(xì)胞的缺氧保護(hù)機(jī)制。那么是什么在激活、調(diào)控這300多種基因呢？科學(xué)家在研究地中海貧血癥的過程中無意間發(fā)現(xiàn)了 “缺氧誘導(dǎo)因子”（HIF）。HIF由兩種不同的 DNA 結(jié)合蛋白（HIF-1α和 ARNT）組成，其中對(duì)氧氣敏感的部分是HIF-1α；而蛋白ARNT穩(wěn)定表達(dá)且不受氧調(diào)節(jié)。所以，HIF-1α是機(jī)體感受氧氣含量變化的關(guān)鍵。

當(dāng)細(xì)胞處于正常氧條件時(shí)，HIF-1α會(huì)被降解。進(jìn)一步的研究表明，在脯氨酰羥化酶的參與下，氧原子與HIF-1α脯氨酸中的氫原子結(jié)合形成羥基。羥基化的HIF-1α能與VHL蛋白結(jié)合，最終被蛋白酶體降解。在缺氧的情況下，HIF-1α羥基化不能發(fā)生，導(dǎo)致HIF-1α無法被VHL蛋白識(shí)別，從而不被降解而在細(xì)胞內(nèi)積聚，并進(jìn)入細(xì)胞核與ARNT形成轉(zhuǎn)錄因子，激活缺氧調(diào)控基因。這一基因能進(jìn)一步激活300多種基因的表達(dá)，促進(jìn)氧氣的供給與傳輸。

HIF 控制著人體和大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞對(duì)氧氣變化的復(fù)雜又精確的反應(yīng)，三位科學(xué)家一步步揭示了生物氧氣感知通路。這不僅在基礎(chǔ)科學(xué)上有其價(jià)值，還有望為某些疾病的治療帶來創(chuàng)新性的療法。比如干擾 HIF-1α的降解能促進(jìn)紅細(xì)胞的生成來治療貧血，同時(shí)還可能促進(jìn)新血管生成，治療循環(huán)不良等。

（1）下列生命活動(dòng)中，會(huì)受氧氣含量的影響的是__________。

A．細(xì)胞吸水 B．蛋白質(zhì)合成 C．細(xì)胞分裂 D．興奮的傳導(dǎo)

（2）請(qǐng)根據(jù)文章內(nèi)容，將下圖氧氣感知機(jī)制的分子通路補(bǔ)充完整，并寫出A-D代表的物質(zhì)。

A. __________；B. __________；C__________；D. __________。

① __________；② __________；③ __________。

（3）VHL蛋白是氧氣感知機(jī)制的分子通路中一個(gè)重要分子，VHL基因突變的患者常伴有多發(fā)性腫瘤，并發(fā)現(xiàn)腫瘤內(nèi)有異常增生的血管。推測(cè)與正常人相比，患者體內(nèi)HIF-1α的含量___________。要抑制此類患者的腫瘤生長(zhǎng)，可以采取的治療思路有哪些___________？

Answer 1

【答案】B C D A．HIF-1α B．O2 C．VHL蛋白 D．ARNT 正常氧時(shí) 缺氧時(shí) 缺氧調(diào)控基因 高 加速HIF-1α降解或阻斷HIF-1α進(jìn)核，或抑制HIF-1α作為轉(zhuǎn)錄因子的活性

【解析】

從圖中讀出信息：

有氧條件下：在脯氨酰羥化酶的參與下，氧原子與HIF-1α脯氨酸中的氫原子結(jié)合形成羥基。羥基化的HIF-1α能與VHL蛋白結(jié)合，最終被蛋白酶體降解。

在缺氧的情況下，HIF-1α進(jìn)入細(xì)胞核與ARNT形成轉(zhuǎn)錄因子，激活缺氧調(diào)控基因。

（1）氧氣是細(xì)胞呼吸的原料，所以如果該生命活動(dòng)需要消耗能量則會(huì)受到氧氣的影響，各選項(xiàng)中，蛋白質(zhì)的合成、細(xì)胞分裂和興奮的傳導(dǎo)都需要消耗能量，所以會(huì)受到影響，而細(xì)胞吸水不消耗能量，不受影響。

故選BCD。

（2）根據(jù)分析，在有氧的條件下：氧原子與HIF-1α脯氨酸中的氫原子結(jié)合形成羥基。羥基化的HIF-1α能與VHL蛋白結(jié)合，所以B是O2，C是VHL蛋白，①為有氧或者正常氧；

在缺氧的情況下，HIF-1α進(jìn)入細(xì)胞核與ARNT形成轉(zhuǎn)錄因子，激活缺氧調(diào)控基因，所以②為缺氧，A為HIF-1α，D為ARNT，當(dāng)AD結(jié)合后激活了③，所以③是缺氧調(diào)控基因。

（3）腫瘤細(xì)胞的特點(diǎn)是無限增殖，所以消耗能量較多，如果VHL基因突變則有氧條件下的調(diào)節(jié)途徑受阻，只能進(jìn)行無氧條件下的調(diào)控，而無氧呼吸產(chǎn)生的能量少，所以需要更多的HIF-1α，則該物質(zhì)的含量增加，所以可以通過加速HIF-1α降解或阻斷HIF-1α進(jìn)核，或抑制HIF-1α作為轉(zhuǎn)錄因子的活性，減少腫瘤細(xì)胞能量的供應(yīng)。