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 Jr、Sir Peter J. Ratcliffe 和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:
(1)HIF-1(即缺氧诱导因子-1)是一种异源二聚体,由HIF-1α和ARNT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。
