Question

【題目】在缺氧條件下，人體既可通過神經系統調節呼吸頻率來適應，又可通過增加紅細胞的數量來適應。紅細胞數量增加與細胞內缺氧誘導因子（HIF）介導的系列反應有關，機理如下圖所示。2019年諾貝爾生理學或醫學獎頒給了發現這一機制的三位科學家。請回答問題：

（1）呼吸頻率加快加深后，吸入更多的氧氣。氧氣進入人體細胞參與有氧呼吸的反應場所是______，該細胞器內膜折疊成嵴，有利于______。人體在缺氧條件下，細胞呼吸的產物有______。

（2）如圖所示，常氧條件下，經過______的催化，HIF-1α蛋白發生羥基化，使得VHL蛋白能夠與之識別并結合，從而導致HIF-1α蛋白降解。

（3）由圖可知，缺氧條件下，HIF-1α蛋白通過______進入細胞核內，與ARNT結合形成缺氧誘導因子（HIF）。HIF結合到特定的DNA序列上，促進EPO（促紅細胞生成素）的合成，從而促進紅細胞數量的增加，攜帶氧氣能力增強。另外，HIF還可促進其他有關基因的表達，使細胞呼吸第一階段某些酶的含量增加、細胞膜上葡萄糖轉運蛋白的數量增加，請分析這些變化的適應意義：______。

（4）慢性腎功能衰竭患者常因EPO產生不足而出現嚴重貧血，研究人員正在探索一種PHD抑制劑對貧血患者的治療作用。請結合圖中信息，分析PHD抑制劑治療貧血的作用機理______。此外，在腫瘤微環境中通常缺氧，上述機制______（填“有利于”或“不利于”）癌細胞大量增殖。研究人員正努力開發新的藥物，用以激活或阻斷氧感應機制，改善人類的健康。

Answer 1

【答案】線粒體 擴大膜面積（酶的附著） 乳酸、CO2和水 脯氨酰羥化酶（PHD） 核孔 增加糖酵解的酶有利于細胞通過無氧呼吸產生ATP為細胞供能；葡萄糖轉運蛋白增加有利于細胞攝入葡萄糖，為細胞呼吸提供能源物質 通過抑制PHD活性抑制HIF-1α的降解，細胞內較高水平的HIF-1α促進EPO的產生 有利于

【解析】

根據題干信息和圖形分析，常氧條件下，HIF-1α蛋白不進入細胞核發揮作用，而是經過一系列的化學反應，最終被降解了；缺氧條件下，HIF-1α蛋白通過核孔進入細胞核與ARNT結合，進而影響基因（DNA）的表達情況。

（1）氧氣參與有氧呼吸第三階段，發生在線粒體（內膜），線粒體內膜向內折疊形成嵴，增加了膜面積，有利于有氧呼吸第三階段的進行；人體無氧呼吸的產物是乳酸，有氧呼吸的產物是水和二氧化碳。

（2）據圖分析可知，常氧條件下，HIF-1α蛋白經過脯氨酰羥化酶的催化發生了羥基化。

（3）據圖分析可知，HIF-1α蛋白是通過核孔進入細胞核內的；根據題意分析，HIF-1α蛋白與ARNT結合形成缺氧誘導因子（HIF），HIF結合到特定的DNA序列上，促進EPO（促紅細胞生成素）的合成，從而促進紅細胞數量的增加，攜帶氧氣能力增強。另外，HIF還可促進其他有關基因的表達，使細胞呼吸第一階段某些酶的含量增加、細胞膜上葡萄糖轉運蛋白的數量增加，這些變化的適應意義在于增加糖酵解的酶有利于細胞通過無氧呼吸產生ATP為細胞供能；葡萄糖轉運蛋白增加有利于細胞攝入葡萄糖，為細胞呼吸提供能源物質。

（4）根據題意分析，PHD抑制劑治療貧血的作用機理是通過抑制PHD活性抑制HIF-1α的降解，細胞內較高水平的HIF-1α促進EPO的產生。此外，在腫瘤微環境中通常缺氧，上述機制有利于癌細胞大量增殖。