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脯氨酸中的氢原子结合形成羟基。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性的疗法。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.细胞分裂 C.葡萄糖分解成丙酮酸 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性肿瘤,并发现肿瘤内有异常增生的血管。由此推测,多发性肿瘤患者体内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___________。
高三生物综合题困难题
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脯氨酸中的氢原子结合形成羟基。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性的疗法。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.细胞分裂 C.葡萄糖分解成丙酮酸 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性肿瘤,并发现肿瘤内有异常增生的血管。由此推测,多发性肿瘤患者体内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___________。
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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脯氨酸中的氢原子结合形成羟基。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性的疗法。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.细胞分裂 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性肿瘤,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___________?
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2019年诺贝尔生理学或医学奖授予威廉·凯林等三位科学家,以表彰他们在“发现细胞如何感知和适应氧气供应”方面所作出的贡献。他们研究发现,细胞正常供氧时,在脯氨酸羟化酶催化的脯氨酸羟化条件下,细胞内的低氧诱导因子(HIF)会被蛋白酶水解,而缺氧时,脯氨酸羟化酶就无法发挥作用,导致HIF的水解失效,HIF能促进缺氧相关基因的表达,从而使细胞适应缺氧环境。下列叙述正确的是( )
A.能抑制脯氨酸羟化酶活性的药物可能适用于治疗与缺氧相关的疾病
B.与正常供氧相比,缺氧时细胞内的HIF含量会明显减少
C.细胞内合成HIF的细胞器能够通过“出芽”形成囊泡
D.脯氨酸羟化酶通过为脯氨酸羟化提供能量来催化反应进行
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2019年诺贝尔生理学或医学奖颁给了威廉·凯林等三位科学家,以表彰他们在理解细胞感知和适应氧气变化机制中的贡献。据研究发现,随着肿瘤增长超过了其血管供应,它的内部会缺氧,缺氧能够诱导肿瘤细胞产生一种特异性的转录因子(即能激活特定基因表达的蛋白质—HIF-1),进而促进血管生成,科学家为了探究HIF-1的作用,进行了相关实验,结果如下表,分析并回答问题:
注射物 | 肿瘤质量(t) | ||
培养9天 | 培养21天 | ||
实验鼠 | HIF-1基因缺陷型胚胎干细胞 | 0.7 | 0.8 |
对照鼠 | 野生型胚胎干细胞 | 1.7 | 5.2 |
(1)由于肿瘤细胞具有____________特点,对营养物质和氧气的需求量较大。在实验过程中可以将HIF-1作为抗原,通过抗原—抗体杂交技术检测____________,保证实验鼠注入的胚胎干细胞HIF-1基因被成功敲除。
(2)上表结果表明HIF-1可以____________。
(3)为进一步研究HF-1作用机理,检测两组鼠血液中血管内皮生长因子(VECF)含量,结果如下表格。
VECF (pg/ml) | ||||
0天 | 4天 | 8天 | 72天 | |
A ______鼠 | 25 | 25 | 50 | 100 |
B ______鼠 | 75 | 125 | 125 | 250 |
注:VECF是促进血管生成的生长因子
表格中A____________(实验/对照)鼠:B____________(实验/对照)鼠,缺氧情况下,HIF-1可以通过____________,从而增加对肿瘤细胞的快速氧供应,进一步促进肿瘤的生长,随肿瘤质量增加,对氧气又有更高的要求,该调节方式称为____________。
(4)科学家还从原发性肿瘤中分离出了血管生成抑制素和内皮抑制素,通过实验证明这两种激素都可以抑制血管生成,在肿瘤治疗过程中,当切除原发性肿瘤后往往会导致继发性肿瘤更迅速生长,根据上述资料,分析“继发性肿瘤更迅速生长”的原因可能是机体内血管生成抑制素和内皮抑制素含量____________,而VECF含量____________,进而促进癌组织生长。
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2019年诺贝尔生理学或医学奖授予三位科学家以表彰他们在揭示细胞感知和适应氧气供应机制方面所 做的贡献。在低氧条件下,细胞内的缺氧诱导因子()会促进缺氧相关基因的表达,使细胞适应低氧环境;在正常氧浓度条件下,会被蛋白酶降解。下列叙述错误的是( )
A.HIF的合成场所是核糖体,用双缩脲试剂检测可呈紫色
B.氧气充足条件下,葡萄糖进入线粒体被分解为丙酮酸
C.低氧环境下,葡萄糖在人体细胞的细胞质基质中可以被分解为乳酸
D.人体持续进行剧烈运动时细胞产生的增多,以调节细胞更好地适应低氧环境
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2019年诺贝尔生理学或医学奖授予了发现对人类及大多数动物细胞感知并适应氧气变化的分子机制的三位科学家。研究发现低氧条件下,HIF-1α(缺氧诱导因子的成分之一,其本质是一种蛋白质)进入细胞核,并与基因组中的一段DNA序列相结合,调控相关基因表达,促进红细胞生成等,进而促进机体适应低氧环境。下列相关分析正确的是( )
A.mRNA沿着核糖体移动合成的HIF-1α可通过核孔进入细胞核
B.低氧条件下,机体内HIF-1α的含量降低有利于维持机体内环境稳态
C.HIF-1α与相应DNA上的起始密码子结合后发挥作用
D.适当提高细胞核与细胞质的HIF-1α含量比值,可治疗缺氧性疾病
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2019年诺贝尔生理学或医学奖授予英美的三位科学家,理由是他们发现了“细胞感知和适应氧气变化机制”。这些研究对于许多疾病来说至关重要,例如,在肿瘤中,氧气调节机制被用来刺激血管的形成和重塑代谢,以有效地增殖癌细胞。下列相关叙述正确的是( )
A.氧气进入组织细胞需要借助细胞膜上的载体蛋白
B.细胞有氧呼吸过程中氧气的消耗和二氧化碳的产生场所相同
C.血管的形成与细胞分化有关,该过程通常不会产生新的蛋白质
D.通过调节氧感知机制,可用于癌症等疾病的治疗
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2019年诺贝尔生理学或医学奖授予发现细胞感知和适应氧气变化机制的科学家。研究发现,合成促红细胞生成素( EPO)的细胞持续表达低氧诱导因子(HIF-lα)。在氧气供应不足时,细胞内积累的HIF-lα可以促进EPO的合成,使红细胞增多以适应低氧环境。此外,该研究为癌症等的治疗提供新思路。下列相关叙述不正确的是
A.生活在高原的人体内HIF-1α的水平可能要比一般人高
B.低氧环境中EPO刺激骨髓造血干细胞增殖分化生成大量红细胞
C.若氧气供应不足,HIF-lα会使EPO基因的表达水平降低
D.氧气供应不足时免疫系统监控和清除肿瘤细胞的能力可能下降
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2019年诺贝尔生理学或医学奖授予三位科学家,以表彰他们发现了细胞如何感知和适应氧气变化的机制。研究发现,细胞内存在一种缺氧诱导因子(HIF–1,包括α,β两个亚单位),正常氧气条件下,HIF-1α会被蛋白酶体降解,低氧环境下,HIF–1α能促进缺氧相关基因的表达从而使细胞适应低氧环境,具体过程如图所示。下列说法错误的是( )
注:HRE是缺氧调节基因中的特定DNA片段;
EPO为促红细胞生成素,能促进血液中红细胞的生成。
A.氧气不足时HIF–1α可诱导红细胞生成以适应低氧
B.增大细胞内的氧气浓度会导致HIF-1α的含量升高
C.用药物降低HIF–1α的含量可能会抑制肿瘤细胞增殖
D.细胞摄取的氧气可在线粒体内膜上与[H]结合形成水
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2019年诺贝尔生理学或医学奖颁给揭示细胞感知和适应氧气供应机制的研究者,这种特殊的分子机制能调节基因的活性来响应不同水平的氧气,调节过程如下图。下列说法错误的是
A.在不缺氧的情况下缺氧诱导因子蛋白HIF-1α通过过程[3][4][2]快速被降解
B.缺氧时HIF-1α进入细胞核中与ARNT结合,启动红细胞生成因子基因的表达
C.开发新型药物激活氧气调节机制促进过程[3][4][2]可使红细胞数量增加
D.机体进行剧烈运动时肌肉可以通过[1]过程适应缺氧环境
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