Question

【題目】細胞、組織和有機體對氧氣的反應是動物最核心、最重要的生理適應之一，2019年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎已共同授予William G． Kaelin Jr、Sir Peter J． Ratcliffe 和Gregg L． Semenza，他們發(fā)現(xiàn)了細胞如何感測和適應氧氣的利用。如圖所示：缺氧條件下，HIF-1(缺氧誘導因子)復合體結(jié)合到基因組的缺氧調(diào)節(jié)基因序列（HRE）上，激活了與適應缺氧環(huán)境有關(guān)的基因表達[1]；在常氧含量下，HIF-1α被蛋白酶體迅速降解[2]，降解過程中，涉及到氧依賴性的羥基化過程[3]，羥基化使HIF-1α可以被VHL復合體識別[4]。

當周圍的氧氣水平發(fā)生變化時，動物細胞會經(jīng)歷基因表達上的明顯改變。從而改變細胞新陳代謝，組織重塑，甚至組織反應。

據(jù)以上內(nèi)容回答：

（1）HIF-1(即缺氧誘導因子-1)是一種異源二聚體，由HIF-1α和ARNT組成，普遍存在于人和哺乳動物細胞內(nèi)，據(jù)題意可知，HIF-1 α是在細胞的_______________上合成的。

（2）由圖推測，低氧條件下，HIF-1 α進入細胞核內(nèi)，參與調(diào)節(jié)相關(guān)基因的___________過程。

（3）在高海拔地區(qū)活動時，人體內(nèi)細胞產(chǎn)生ATP的主要生理過程為____________，研究證實HIF-1在低氧條件下，通過介導紅細胞和血管新生，從而促進機體產(chǎn)生的適應性反應。結(jié)合上述過程推測，在高海拔地區(qū)活動時細胞內(nèi)的HIF-1 α的含量會____________，原因是________________________________。

Answer 1

【答案】核糖體 轉(zhuǎn)錄 有氧呼吸第三階段（有氧呼吸） 增多 低氧狀態(tài)下，HIF-1α 被羥基化的數(shù)量減少進而被識別和降解的數(shù)量減少，進而通過調(diào)節(jié)（增加紅細胞數(shù)目和血紅蛋白含量、產(chǎn)生更多的毛細血管），來對應低氧條件

【解析】

據(jù)圖分析，在正常氧條件下，HIF-1α在脯氨酸羥化酶、蛋白酶體和VHL的作用下被降解；而在低氧環(huán)境下，HIF通過核孔進入細胞核內(nèi)，與ARNT的結(jié)合，促進缺氧相關(guān)基因的表達，從而使細胞適應低氧環(huán)境。

（1）分析題干信息可知，HIF-1α能被蛋白酶降解，故其成分為蛋白質(zhì)，是在核糖體上合成的。

（2）缺氧條件下，HIF-la會進入細胞核激活相關(guān)基因的表達，說明氧誘導因素是從細胞質(zhì)進入細胞核的，激活的是相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄過程。

（3）在高海拔地區(qū)活動時，人體內(nèi)細胞產(chǎn)生ATP的主要生理過程仍為有氧呼吸（第三階段）；結(jié)合以上分析可知：低氧狀態(tài)下，HIF-1α 被羥基化的數(shù)量減少進而被識別和降解的數(shù)量減少，進而通過調(diào)節(jié)（增加紅細胞數(shù)目和血紅蛋白含量、產(chǎn)生更多的毛細血管），來對應低氧條件，故在高海拔地區(qū)（低氧環(huán)境）活動時細胞內(nèi)的HIF-1 α的含量會增多。