题目内容

【题目】细胞、组织和有机体对氧气的反应是动物最核心、最重要的生理适应之一,2019年诺贝尔生理学或医学奖已共同授予William G Kaelin JrSir Peter J Ratcliffe Gregg L Semenza,他们发现了细胞如何感测和适应氧气的利用。如图所示:缺氧条件下,HIF-1(缺氧诱导因子)复合体结合到基因组的缺氧调节基因序列(HRE)上,激活了与适应缺氧环境有关的基因表达[1];在常氧含量下,HIF-1α被蛋白酶体迅速降解[2],降解过程中,涉及到氧依赖性的羟基化过程[3],羟基化使HIF-1α可以被VHL复合体识别[4]

当周围的氧气水平发生变化时,动物细胞会经历基因表达上的明显改变。从而改变细胞新陈代谢,组织重塑,甚至组织反应。

据以上内容回答:

1HIF-1(即缺氧诱导因子-1)是一种异源二聚体,由HIF-1αARNT组成,普遍存在于人和哺乳动物细胞内,据题意可知,HIF-1 α是在细胞的_______________上合成的。

2)由图推测,低氧条件下,HIF-1 α进入细胞核内,参与调节相关基因的___________过程。

3)在高海拔地区活动时,人体内细胞产生ATP的主要生理过程为____________,研究证实HIF-1在低氧条件下,通过介导红细胞和血管新生,从而促进机体产生的适应性反应。结合上述过程推测,在高海拔地区活动时细胞内的HIF-1 α的含量会____________,原因是________________________________

【答案】核糖体 转录 有氧呼吸第三阶段(有氧呼吸) 增多 低氧状态下,HIF-1α 被羟基化的数量减少进而被识别和降解的数量减少,进而通过调节(增加红细胞数目和血红蛋白含量、产生更多的毛细血管),来对应低氧条件

【解析】

据图分析,在正常氧条件下,HIF-1α在脯氨酸羟化酶、蛋白酶体和VHL的作用下被降解;而在低氧环境下,HIF通过核孔进入细胞核内,与ARNT的结合,促进缺氧相关基因的表达,从而使细胞适应低氧环境。

1)分析题干信息可知,HIF-1α能被蛋白酶降解,故其成分为蛋白质,是在核糖体上合成的。

2)缺氧条件下,HIF-la会进入细胞核激活相关基因的表达,说明氧诱导因素是从细胞质进入细胞核的,激活的是相关基因的转录过程。

3)在高海拔地区活动时,人体内细胞产生ATP的主要生理过程仍为有氧呼吸(第三阶段);结合以上分析可知:低氧状态下,HIF-1α 被羟基化的数量减少进而被识别和降解的数量减少,进而通过调节(增加红细胞数目和血红蛋白含量、产生更多的毛细血管),来对应低氧条件,故在高海拔地区(低氧环境)活动时细胞内的HIF-1 α的含量会增多。

练习册系列答案
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【题目】基因定点整合可替换特定基因,该技术可用于单基因遗传病的治疗。苯丙酮尿症是由PKU基因突变引起的,将正常PKU基因定点整合到PKU基因突变的小鼠胚胎干细胞的染色体DNA上,替换突变基因,可用来研究该病的基因治疗过程。定点整合的过程是:从染色体DNA上突变PKU基因两侧各选择一段DNA序列HB1HB2,根据其碱基序列分别合成HB1HB2,再将两者分别与基因连接,中间插入正常PKU基因和标记基因,构建出如图所示的重组载体。重组载体和染色体DNA中的HB1HB2序列发生交换,导致两者之间区域发生互换,如图所示。

1)构建重组载体时,常用的工具酶有________。该实验用小鼠胚胎干细胞作为PKU基因的受体细胞以培育出转基因小鼠,除了胚胎干细胞能大量增殖外,还因为胚胎干细胞_________

2)为获得小鼠的胚胎干细胞,可将小鼠囊胚中的_________取出,并用_________处理使其分散成单个细胞进行培养,培养过程中大部分细胞会贴附在培养瓶的表面生长,这种现象称为___________

3)用图中重组载体转化胚胎干细胞时,会出现PKU基因错误整合。错误整合时,载体的两个中至少会有一个与一起整合到染色体DNA上。已知含有的细胞具有G418的抗性,的产物都能把DHPG转化成有毒物质而使细胞死亡。转化后的胚胎干细胞依次在含有G418及同时含有G418DHPG的培养液中进行培养,在双重选择下存活下来的是__________的胚胎干细胞,理由是_________

4)将筛选得到的胚胎干细胞培育成小鼠,从个体生物学水平检测,若小鼠__________,说明PKU基因成功表达。

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