Question

【题目】在缺氧条件下，人体既可通过神经系统调节呼吸频率来适应，又可通过增加红细胞的数量来适应。红细胞数量增加与细胞内缺氧诱导因子（HIF）介导的系列反应有关，机理如下图所示。2019年诺贝尔生理学或医学奖颁给了发现这一机制的三位科学家。请回答问题：

（1）呼吸频率加快加深后，吸入更多的氧气。氧气进入人体细胞参与有氧呼吸的反应场所是______，该细胞器内膜折叠成嵴，有利于______。人体在缺氧条件下，细胞呼吸的产物有______。

（2）如图所示，常氧条件下，经过______的催化，HIF-1α蛋白发生羟基化，使得VHL蛋白能够与之识别并结合，从而导致HIF-1α蛋白降解。

（3）由图可知，缺氧条件下，HIF-1α蛋白通过______进入细胞核内，与ARNT结合形成缺氧诱导因子（HIF）。HIF结合到特定的DNA序列上，促进EPO（促红细胞生成素）的合成，从而促进红细胞数量的增加，携带氧气能力增强。另外，HIF还可促进其他有关基因的表达，使细胞呼吸第一阶段某些酶的含量增加、细胞膜上葡萄糖转运蛋白的数量增加，请分析这些变化的适应意义：______。

（4）慢性肾功能衰竭患者常因EPO产生不足而出现严重贫血，研究人员正在探索一种PHD抑制剂对贫血患者的治疗作用。请结合图中信息，分析PHD抑制剂治疗贫血的作用机理______。此外，在肿瘤微环境中通常缺氧，上述机制______（填“有利于”或“不利于”）癌细胞大量增殖。研究人员正努力开发新的药物，用以激活或阻断氧感应机制，改善人类的健康。

Answer 1

【答案】线粒体 扩大膜面积（酶的附着） 乳酸、CO2和水 脯氨酰羟化酶（PHD） 核孔 增加糖酵解的酶有利于细胞通过无氧呼吸产生ATP为细胞供能；葡萄糖转运蛋白增加有利于细胞摄入葡萄糖，为细胞呼吸提供能源物质 通过抑制PHD活性抑制HIF-1α的降解，细胞内较高水平的HIF-1α促进EPO的产生 有利于

【解析】

根据题干信息和图形分析，常氧条件下，HIF-1α蛋白不进入细胞核发挥作用，而是经过一系列的化学反应，最终被降解了；缺氧条件下，HIF-1α蛋白通过核孔进入细胞核与ARNT结合，进而影响基因（DNA）的表达情况。

（1）氧气参与有氧呼吸第三阶段，发生在线粒体（内膜），线粒体内膜向内折叠形成嵴，增加了膜面积，有利于有氧呼吸第三阶段的进行；人体无氧呼吸的产物是乳酸，有氧呼吸的产物是水和二氧化碳。

（2）据图分析可知，常氧条件下，HIF-1α蛋白经过脯氨酰羟化酶的催化发生了羟基化。

（3）据图分析可知，HIF-1α蛋白是通过核孔进入细胞核内的；根据题意分析，HIF-1α蛋白与ARNT结合形成缺氧诱导因子（HIF），HIF结合到特定的DNA序列上，促进EPO（促红细胞生成素）的合成，从而促进红细胞数量的增加，携带氧气能力增强。另外，HIF还可促进其他有关基因的表达，使细胞呼吸第一阶段某些酶的含量增加、细胞膜上葡萄糖转运蛋白的数量增加，这些变化的适应意义在于增加糖酵解的酶有利于细胞通过无氧呼吸产生ATP为细胞供能；葡萄糖转运蛋白增加有利于细胞摄入葡萄糖，为细胞呼吸提供能源物质。

（4）根据题意分析，PHD抑制剂治疗贫血的作用机理是通过抑制PHD活性抑制HIF-1α的降解，细胞内较高水平的HIF-1α促进EPO的产生。此外，在肿瘤微环境中通常缺氧，上述机制有利于癌细胞大量增殖。