阅读下面的材料,完成(1)~(3)题。细胞是如何应对缺氧的2019年度的诺贝尔生理学或医学奖授予了威廉·凯林、...
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阅读下面的材料,完成(1)~(3)题。
细胞是如何应对缺氧的
2019年度的诺贝尔生理学或医学奖授予了威廉·凯林、彼得·拉特克利夫以及格雷格·萨门扎三位科学家,他们阐明了人类和大多数动物细胞在分子水平上感受、适应不同氧气环境的基本原理,揭示了其中重要的信号机制。
人体缺氧时,会有超过300种基因被激活,或者加快红细胞生成、或者促进血管增生,从而加快氧气输送——这就是细胞的缺氧保护机制。那么是什么在激活、调控这300多种基因呢?科学家在研究地中海贫血症的过程中无意间发现了 “缺氧诱导因子”(HIF)。HIF由两种不同的 DNA 结合蛋白(HIF-1α和 ARNT)组成,其中对氧气敏感的部分是HIF-1α;而蛋白ARNT稳定表达且不受氧调节。所以,HIF-1α是机体感受氧气含量变化的关键。
当细胞处于正常氧条件时,HIF-1α会被降解。进一步的研究表明,在脯氨酰羟化酶的参与下,氧原子与HIF-1α脯氨*中的*原子结合形成羟基。羟基化的HIF-1α能与VHL蛋白结合,最终被蛋白酶体降解。在缺氧的情况下,HIF-1α羟基化不能发生,导致HIF-1α无法被VHL蛋白识别,从而不被降解而在细胞内积聚,并进入细胞核与ARNT形成转录因子,激活缺氧调控基因。这一基因能进一步激活300多种基因的表达,促进氧气的供给与传输。
HIF 控制着人体和大多数动物细胞对氧气变化的复杂又精确的反应,三位科学家一步步揭示了生物氧气感知通路。这不仅在基础科学上有其价值,还有望为某些疾病的治疗带来创新*的疗法。比如干扰 HIF-1α的降解能促进红细胞的生成来治疗贫血,同时还可能促进新血管生成,治疗循环不良等。
(1)下列生命活动中,会受氧气含量的影响的是__________。
A.细胞吸水 B.蛋白质合成 C.细胞* D.兴奋的传导
(2)请根据文章内容,将下图氧气感知机制的分子通路补充完整,并写出A-D代表的物质。
A.__________;B.__________;C__________;D.__________。
① __________;② __________;③ __________。
(3)VHL蛋白是氧气感知机制的分子通路中一个重要分子,VHL基因突变的患者常伴有多发*肿瘤,并发现肿瘤内有异常增生的血管。推测与正常人相比,患者体内HIF-1α的含量___________。要抑制此类患者的肿瘤生长,可以采取的治疗思路有哪些___________?
【回答】
B C D A.HIF-1α B.O2 C.VHL蛋白 D.ARNT 正常氧时 缺氧时 缺氧调控基因 高 加速HIF-1α降解或阻断HIF-1α进核,或抑制HIF-1α作为转录因子的活*
【分析】
从图中读出信息:
有氧条件下:在脯氨酰羟化酶的参与下,氧原子与HIF-1α脯氨*中的*原子结合形成羟基。羟基化的HIF-1α能与VHL蛋白结合,最终被蛋白酶体降解。
在缺氧的情况下,HIF-1α进入细胞核与ARNT形成转录因子,激活缺氧调控基因。
【详解】
(1)氧气是细胞呼吸的原料,所以如果该生命活动需要消耗能量则会受到氧气的影响,各选项中,蛋白质的合成、细胞*和兴奋的传导都需要消耗能量,所以会受到影响,而细胞吸水不消耗能量,不受影响。
故选BCD。
(2)根据分析,在有氧的条件下:氧原子与HIF-1α脯氨*中的*原子结合形成羟基。羟基化的HIF-1α能与VHL蛋白结合,所以B是O2,C是VHL蛋白,①为有氧或者正常氧;
在缺氧的情况下,HIF-1α进入细胞核与ARNT形成转录因子,激活缺氧调控基因,所以②为缺氧,A为HIF-1α,D为ARNT,当AD结合后激活了③,所以③是缺氧调控基因。
(3)肿瘤细胞的特点是无限增殖,所以消耗能量较多,如果VHL基因突变则有氧条件下的调节途径受阻,只能进行无氧条件下的调控,而无氧呼吸产生的能量少,所以需要更多的HIF-1α,则该物质的含量增加,所以可以通过加速HIF-1α降解或阻断HIF-1α进核,或抑制HIF-1α作为转录因子的活*,减少肿瘤细胞能量的供应。
【点睛】
本题需要考生能够从这篇科技文中快速找到相关的信息,特别是分析中的信息,结合图解在进行理解和解答。
知识点:细胞感知和适应氧气变化的机制
题型:综合题
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