Question

【題目】在缺氧條件下，人體既可通過神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)呼吸頻率來適應(yīng)，又可通過增加紅細(xì)胞的數(shù)量來適應(yīng)。紅細(xì)胞數(shù)量增加與細(xì)胞內(nèi)缺氧誘導(dǎo)因子（HIF）介導(dǎo)的系列反應(yīng)有關(guān)，機(jī)理如下圖所示。2019年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了發(fā)現(xiàn)這一機(jī)制的三位科學(xué)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(jìn)入人體細(xì)胞參與有氧呼吸的反應(yīng)場所是______，該細(xì)胞器內(nèi)膜折疊成嵴，有利于______。人體在缺氧條件下，細(xì)胞呼吸的產(chǎn)物有______。

（2）如圖所示，常氧條件下，經(jīng)過______的催化，HIF-1α蛋白發(fā)生羥基化，使得VHL蛋白能夠與之識(shí)別并結(jié)合，從而導(dǎo)致HIF-1α蛋白降解。

（3）由圖可知，缺氧條件下，HIF-1α蛋白通過______進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，與ARNT結(jié)合形成缺氧誘導(dǎo)因子（HIF）。HIF結(jié)合到特定的DNA序列上，促進(jìn)EPO（促紅細(xì)胞生成素）的合成，從而促進(jìn)紅細(xì)胞數(shù)量的增加，攜帶氧氣能力增強(qiáng)。另外，HIF還可促進(jìn)其他有關(guān)基因的表達(dá)，使細(xì)胞呼吸第一階段某些酶的含量增加、細(xì)胞膜上葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的數(shù)量增加，請分析這些變化的適應(yīng)意義：______。

（4）慢性腎功能衰竭患者常因EPO產(chǎn)生不足而出現(xiàn)嚴(yán)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(jié)合圖中信息，分析PHD抑制劑治療貧血的作用機(jī)理______。此外，在腫瘤微環(huán)境中通常缺氧，上述機(jī)制______（填“有利于”或“不利于”）癌細(xì)胞大量增殖。研究人員正努力開發(fā)新的藥物，用以激活或阻斷氧感應(yīng)機(jī)制，改善人類的健康。

Answer 1

【答案】線粒體 擴(kuò)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(xì)胞通過無氧呼吸產(chǎn)生ATP為細(xì)胞供能；葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白增加有利于細(xì)胞攝入葡萄糖，為細(xì)胞呼吸提供能源物質(zhì) 通過抑制PHD活性抑制HIF-1α的降解，細(xì)胞內(nèi)較高水平的HIF-1α促進(jìn)EPO的產(chǎn)生 有利于

【解析】

根據(jù)題干信息和圖形分析，常氧條件下，HIF-1α蛋白不進(jìn)入細(xì)胞核發(fā)揮作用，而是經(jīng)過一系列的化學(xué)反應(yīng)，最終被降解了；缺氧條件下，HIF-1α蛋白通過核孔進(jìn)入細(xì)胞核與ARNT結(jié)合，進(jìn)而影響基因（DNA）的表達(dá)情況。

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

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

（3）據(jù)圖分析可知，HIF-1α蛋白是通過核孔進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)的；根據(jù)題意分析，HIF-1α蛋白與ARNT結(jié)合形成缺氧誘導(dǎo)因子（HIF），HIF結(jié)合到特定的DNA序列上，促進(jìn)EPO（促紅細(xì)胞生成素）的合成，從而促進(jìn)紅細(xì)胞數(shù)量的增加，攜帶氧氣能力增強(qiáng)。另外，HIF還可促進(jìn)其他有關(guān)基因的表達(dá)，使細(xì)胞呼吸第一階段某些酶的含量增加、細(xì)胞膜上葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的數(shù)量增加，這些變化的適應(yīng)意義在于增加糖酵解的酶有利于細(xì)胞通過無氧呼吸產(chǎn)生ATP為細(xì)胞供能；葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白增加有利于細(xì)胞攝入葡萄糖，為細(xì)胞呼吸提供能源物質(zhì)。

（4）根據(jù)題意分析，PHD抑制劑治療貧血的作用機(jī)理是通過抑制PHD活性抑制HIF-1α的降解，細(xì)胞內(nèi)較高水平的HIF-1α促進(jìn)EPO的產(chǎn)生。此外，在腫瘤微環(huán)境中通常缺氧，上述機(jī)制有利于癌細(xì)胞大量增殖。