閲讀下面的材料,完成(1)~(3)題。細胞是如何應對缺氧的2019年度的諾貝爾生理學或醫學獎授予了威廉·凱林、...
問題詳情:
閲讀下面的材料,完成(1)~(3)題。
細胞是如何應對缺氧的
2019年度的諾貝爾生理學或醫學獎授予了威廉·凱林、彼得·拉特克利夫以及格雷格·薩門扎三位科學家,他們闡明瞭人類和大多數動物細胞在分子水平上感受、適應不同氧氣環境的基本原理,揭示了其中重要的信號機制。
人體缺氧時,會有超過300種基因被激活,或者加快紅細胞生成、或者促進血管增生,從而加快氧氣輸送——這就是細胞的缺氧保護機制。那麼是什麼在激活、調控這300多種基因呢?科學家在研究地中海貧血症的過程中無意間發現了 “缺氧誘導因子”(HIF)。HIF由兩種不同的 DNA 結合蛋白(HIF-1α和 ARNT)組成,其中對氧氣敏感的部分是HIF-1α;而蛋白ARNT穩定表達且不受氧調節。所以,HIF-1α是機體感受氧氣含量變化的關鍵。
當細胞處於正常氧條件時,HIF-1α會被降解。進一步的研究表明,在脯氨酰羥化酶的參與下,氧原子與HIF-1α脯氨*中的*原子結合形成羥基。羥基化的HIF-1α能與VHL蛋白結合,最終被蛋白酶體降解。在缺氧的情況下,HIF-1α羥基化不能發生,導致HIF-1α無法被VHL蛋白識別,從而不被降解而在細胞內積聚,並進入細胞核與ARNT形成轉錄因子,激活缺氧調控基因。這一基因能進一步激活300多種基因的表達,促進氧氣的供給與傳輸。
HIF 控制着人體和大多數動物細胞對氧氣變化的複雜又精確的反應,三位科學家一步步揭示了生物氧氣感知通路。這不僅在基礎科學上有其價值,還有望為某些疾病的治療帶來創新*的療法。比如干擾 HIF-1α的降解能促進紅細胞的生成來治療貧血,同時還可能促進新血管生成,治療循環不良等。
(1)下列生命活動中,會受氧氣含量的影響的是__________。
A.細胞吸水 B.蛋白質合成 C.細胞* D.興奮的傳導
(2)請根據文章內容,將下圖氧氣感知機制的分子通路補充完整,並寫出A-D代表的物質。
A.__________;B.__________;C__________;D.__________。
① __________;② __________;③ __________。
(3)VHL蛋白是氧氣感知機制的分子通路中一個重要分子,VHL基因突變的患者常伴有多發*腫瘤,並發現腫瘤內有異常增生的血管。推測與正常人相比,患者體內HIF-1α的含量___________。要抑制此類患者的腫瘤生長,可以採取的治療思路有哪些___________?
【回答】
B C D A.HIF-1α B.O2 C.VHL蛋白 D.ARNT 正常氧時 缺氧時 缺氧調控基因 高 加速HIF-1α降解或阻斷HIF-1α進核,或抑制HIF-1α作為轉錄因子的活*
【分析】
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*中的*原子結合形成羥基。羥基化的HIF-1α能與VHL蛋白結合,最終被蛋白酶體降解。
在缺氧的情況下,HIF-1α進入細胞核與ARNT形成轉錄因子,激活缺氧調控基因。
【詳解】
(1)氧氣是細胞呼吸的原料,所以如果該生命活動需要消耗能量則會受到氧氣的影響,各選項中,蛋白質的合成、細胞*和興奮的傳導都需要消耗能量,所以會受到影響,而細胞吸水不消耗能量,不受影響。
故選BCD。
(2)根據分析,在有氧的條件下:氧原子與HIF-1α脯氨*中的*原子結合形成羥基。羥基化的HIF-1α能與VHL蛋白結合,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進入細胞核與ARNT形成轉錄因子,激活缺氧調控基因,所以②為缺氧,A為HIF-1α,D為ARNT,當AD結合後激活了③,所以③是缺氧調控基因。
(3)腫瘤細胞的特點是無限增殖,所以消耗能量較多,如果VHL基因突變則有氧條件下的調節途徑受阻,只能進行無氧條件下的調控,而無氧呼吸產生的能量少,所以需要更多的HIF-1α,則該物質的含量增加,所以可以通過加速HIF-1α降解或阻斷HIF-1α進核,或抑制HIF-1α作為轉錄因子的活*,減少腫瘤細胞能量的供應。
【點睛】
本題需要考生能夠從這篇科技文中快速找到相關的信息,特別是分析中的信息,結合圖解在進行理解和解答。
知識點:細胞感知和適應氧氣變化的機制
題型:綜合題