Question

【題目】閱讀下列短文，回答相關問題。

細胞感知氧氣的分子機制

2019年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·塞門扎三位科學家，他們的貢獻在于闡明了人類和大多數動物細胞在分子水平上感知、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�？茖W家在研究地中海貧血癥的過程中發現了“缺氧誘導因子”（HIF）。HIF由兩種不同的DNA結合蛋白（HIF-la和ARNT）組成，其中對氧氣敏感的是HIF-la，而ARNT穩定表達且不受氧調節，即HIF-la是機體感受氧氣含量變化的關鍵。

當細胞處于正常氧條件時，在脯氨酰羥化酶的參與下，氧原子與HIF-la脯氨酸中的氫原子結合形成羥基。羥基化的HIF-la能與VHL蛋白結合，致使HIF-la被蛋白酶體降解。在缺氧的情況下，HIF-la羥基化不能發生，導致HIF-la無法被VHL蛋白識別，從而不被降解而在細胞內積聚，并進入細胞核與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控制著人體和大多數動物細胞對氧氣變化的復雜又精確的反應，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性的療法。比如干擾HIF-la的降解能促進紅細胞的生成治療貧血，同時還可能促進新血管生成，治療循環不良等。

請回答問題：

（1）下列人體細胞生命活動中，受氧氣含量直接影響的是___。

A．細胞吸水 B．細胞分裂 C．葡萄糖分解成丙酮酸 D．興奮的傳導

（2） HIF的基本組成單位是____人體劇烈運動時，骨骼肌細胞中HIF的含量_______，這是因為____。

（3）細胞感知氧氣的機制如下圖所示。

①圖中A、C分別代表___________、______________。

②VHL基因突變的患者常伴有多發性腫瘤，并發現腫瘤內有異常增生的血管。由此推測，多發性腫瘤患者體內HIF-Ia的含量比正常人__________。

③抑制VHL基因突變的患者的腫瘤生長，可以采取的治療思路有___________。

Answer 1

【答案】BD 氨基酸 上升 人體劇烈運動時，骨骼肌細胞內缺氧，HIF-1ɑ羥基化不能發生，導致HIF-1ɑ無法被VHL蛋白識別，HIF不被降解而在細胞內積聚 HIF-1ɑ VHL蛋白分子 高 加速HIF-1ɑ降解；阻斷HIF-1ɑ進細胞核；抑制HIF-1ɑ與ARNT結合形成轉錄因子等

【解析】

閱讀材料可知：

1、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。

2、缺氧誘導因子HIF由兩種不同的DNA結合蛋白（HIF-1ɑ和ARNT）組成，其中對氧氣敏感的部分是HIF-1ɑ；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。

3、細胞處于正常氧條件時，在脯氨酰羥化酶的參與下，氧原子與HIF-1ɑ脯氨酸中的氫原子結合形成羥基。羥基化的HIF-1ɑ能與VHL蛋白結合，最終被蛋白酶體降解。在缺氧的情況下，HIF-1ɑ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，并進入細胞核與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。

4、研究生物氧氣感知通路，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性的療法。比如干擾HIF-1ɑ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）A、細胞吸水是被動運輸，不消耗能量，與氧氣含量無關，A錯誤；

B、細胞分裂，消耗能量，受氧氣含量的影響，B正確；

C、葡萄糖分解成丙酮酸不受氧氣含量的影響，C錯誤；

D、興奮的傳導，消耗能量，受氧氣含量的影響，D正確。

故選BD。

（2）據題干信息可知，HIF是蛋白質，其基本組成單位是氨基酸。人體劇烈運動時，骨骼肌細胞內缺氧，HIF-1ɑ羥基化不能發生，導致HIF-1ɑ無法被VHL蛋白識別，HIF不被降解而在細胞內積聚，導致骨骼肌細胞中HIF的含量上升。

（3）①根據題干信息和圖示氧氣感知機制的分子通路，正常氧時，在脯氨酰羥化酶的參與下，氧原子與HIF-1α脯氨酸中的氫原子結合形成羥基。羥基化的HIF-1ɑ能與VHL蛋白結合，最終被蛋白酶體降解；缺氧時，HIF-1ɑ羥基化不能發生，導致HIF-1ɑ無法被VHL蛋白識別，從而不被降解而在細胞內積聚，并進入細胞核與ARNT形成轉錄因子，激活缺氧調控基因，故圖示中的A是HIF-1ɑ，B是O2，C是VHL蛋白，D是ARNT。

②VHL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性腫瘤，并發現腫瘤內有異常增生的血管，可推測與正常人相比，患者體內HIF-1ɑ的含量高，因為腫瘤細胞代謝旺盛，耗氧較多，因此對氧氣敏感的部分的HIF-1ɑ就高。

③要抑制此類患者的腫瘤生長，可以采取的治療思路有：加速HIF-1ɑ降解、阻斷HIF-1ɑ進核、抑制HIF-1ɑ作為轉錄因子的活性等。