阅读下列短文,回答相关问题。细胞感知氧气的分子机制2019年诺贝尔生理学或医学奖授予了威廉·凯林、彼得·拉特克...
问题详情:
阅读下列短文,回答相关问题。
细胞感知氧气的分子机制
2019年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·塞门扎三位科学家,他们的贡献在于阐明了人类和大多数动物细胞在分子水平上感知、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。科学家在研究地中海贫血症的过程中发现了“缺氧诱导因子”(HIF)。HIF由两种不同的DNA结合蛋白(HIF-la和ARNT)组成,其中对氧气敏感的是HIF-la,而ARNT稳定表达且不受氧调节,即HIF-la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,在脯氨酰羟化酶的参与下,氧原子与HIF-la脯氨*中的*原子结合形成羟基。羟基化的HIF-la能与VHL蛋白结合,致使HIF-la被蛋白酶体降解。在缺氧的情况下,HIF-la羟基化不能发生,导致HIF-la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-la的降解能促进红细胞的生成治疗贫血,同时还可能促进新血管生成,治疗循环不良等。
请回答问题:
(1)下列人体细胞生命活动中,受氧气含量直接影响的是___。
A.细胞吸水 B.细胞* C.葡萄糖分解成*** D.兴奋的传导
(2) HIF的基本组成单位是____人体剧烈运动时,骨骼肌细胞中HIF的含量_______,这是因为____。
(3)细胞感知氧气的机制如下图所示。
①图中A、C分别代表___________、______________。
②VHL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。由此推测,多发*肿瘤患者体内HIF-Ia的含量比正常人__________。
③抑制VHL基因突变的患者的肿瘤生长,可以采取的治疗思路有___________。
【回答】
BD 氨基* 上升 人体剧烈运动时,骨骼肌细胞内缺氧,HIF-1ɑ羟基化不能发生,导致HIF-1ɑ无法被VHL蛋白识别,HIF不被降解而在细胞内积聚 HIF-1ɑ VHL蛋白分子 高 加速HIF-1ɑ降解;阻断HIF-1ɑ进细胞核;抑制HIF-1ɑ与ARNT结合形成转录因子等
【分析】
阅读材料可知:
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。
缺氧诱导因子HIF由两种不同的DNA结合蛋白(HIF-1ɑ和ARNT)组成,其中对氧气敏感的部分是HIF-1ɑ;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。
细胞处于正常氧条件时,在脯氨酰羟化酶的参与下,氧原子与HIF-1ɑ脯氨*中的*原子结合形成羟基。羟基化的HIF-1ɑ能与VHL蛋白结合,最终被蛋白酶体降解。在缺氧的情况下,HIF-1ɑ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。
研究生物氧气感知通路,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-1ɑ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。
【详解】
(1)A、细胞吸水是被动运输,不消耗能量,与氧气含量无关,A错误;
B、细胞*,消耗能量,受氧气含量的影响,B正确;
C、葡萄糖分解成***不受氧气含量的影响,C错误;
D、兴奋的传导,消耗能量,受氧气含量的影响,D正确。
故选BD。
(2)据题干信息可知,HIF是蛋白质,其基本组成单位是氨基*。人体剧烈运动时,骨骼肌细胞内缺氧,HIF-1ɑ羟基化不能发生,导致HIF-1ɑ无法被VHL蛋白识别,HIF不被降解而在细胞内积聚,导致骨骼肌细胞中HIF的含量上升。
(3)①根据题干信息和图示氧气感知机制的分子通路,正常氧时,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-1ɑ能与VHL蛋白结合,最终被蛋白酶体降解;缺氧时,HIF-1ɑ羟基化不能发生,导致HIF-1ɑ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,故图示中的A是HIF-1ɑ,B是O2,C是VHL蛋白,D是ARNT。
②VHL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,可推测与正常人相比,患者体内HIF-1ɑ的含量高,因为肿瘤细胞代谢旺盛,耗氧较多,因此对氧气敏感的部分的HIF-1ɑ就高。
③要抑制此类患者的肿瘤生长,可以采取的治疗思路有:加速HIF-1ɑ降解、阻断HIF-1ɑ进核、抑制HIF-1ɑ作为转录因子的活*等。
【点睛】
本题主要以材料信息为背景,综合考查细胞的缺氧保护机制,掌握基因的表达过程,考查学生对知识的识记理解能力和归纳能力,题目难度适中。
知识点:基因表达的调控过程
题型:综合题
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