2020高考生物总复习必刷100题 热点快训01 细胞感知和适应氧气的变化（解析版）

试卷第 1 页，总 18 页 快 训 01 细胞感知和适应氧气的变化 1．2019 年诺贝尔生理学或医学奖获得者发现了一种蛋白质——缺氧诱导因子（HIF） 在细胞感知和适应氧气供应中的作用。当体内氧含量正常时，细胞中几乎不含 HIF；当 氧含量减少时，HIF 的含量增多。HIF 能促进肾脏细胞中促红细胞生成素基因的表达， 从而促进红细胞的生成。下列关于细胞感知和适应氧气含量变化机制的叙述错误的是 （ ） A．从进化的角度看是长期自然选择的结果 B．从基因表达来看是氧气含量变化调控基因选择性表达，导致细胞中 HIF 的含量变化 C．从细胞内信息传递来看是一系列信号分子进行信号转导调节细胞生理生化的过程 D．从组织器官或个体水平来看使人体不仅能适应剧烈运动、胎儿生长发育、癌变组织 等代谢旺盛需氧多的情况，还能适应高海拔地区活动、慢性肾衰竭引起的贫血等缺氧情 况 【答案】D 【解析】 A、根据题干信息，当体内氧含量正常时，细胞中几乎不含 HIF；当氧含量减少时，HIF 的含量增多，HIF 能促进肾脏细胞中促红细胞生成素基因的表达，从而促进造血干细胞 形成红细胞，缓解缺氧症状，这体现了生物对环境的适应性，是长期自然选择的结果，A 正确； B、根据题干信息“当体内氧含量正常时，细胞中几乎不含 HIF；当氧含量减少时，HIF 的含量增多”，说明体内氧含量的变化是影响缺氧诱导因子基因表达的关键因素，B 正 确； C、根据题干信息，“当体内氧含量正常时，细胞中几乎不含HIF；当氧含量减少时，HIF 的含量增多，HIF 能促进肾脏细胞中促红细胞生成素基因的表达，从而促进造血干细胞 形成红细胞，缓解缺氧症状。” 从细胞内信息传递来看是一系列信号分子进行信号转 导调节细胞生理生化的过程，C 正确； D、根据题干信息，HIF 能促进肾脏细胞中促红细胞生成素基因的表达，从而促进红细 胞的生成，缓解缺氧症状。因此对于慢性肾衰竭引起的贫血缺氧情况无缓解效果，D 错 误。 故选 D。 2．2019 年诺贝尔生理学或医学奖揭晓：三名获奖科学家发现了“细胞如何感知和适应 不断变化的氧气供应”，并确认了“能够调节基因活性以适应不同氧气水平的分子机制”。试卷第 2 页，总 18 页 红细胞的主要工作就是输送氧气，关于人体红细胞的叙述错误的是 A．血浆中氧气浓度的变化会影响红细胞运输氧气的速率 B．缺铁会导致人体细胞无法合成血红蛋白而影响氧气运输 C．吞噬细胞清除衰老红细胞的过程与细胞间的信息交流有关 D．成熟红细胞只进行无氧呼吸，可在细胞质基质中产生 NADPH 【答案】D 【解析】 A、根据题意可知，细胞能够感知氧气浓度的变化，能够调节基因活性以适应不同氧气 水平的分子机制，故血浆中氧气浓度的变化会影响红细胞运输氧气的速率，A 正确； B、血红蛋白可以运输氧气，缺铁会导致人体细胞无法合成血红蛋白而影响氧气运输，B 正确； C、吞噬细胞清除衰老红细胞的过程中，需要识别衰老细胞，故与细胞间的信息交流有 关，C 正确； D、成熟红细胞只进行无氧呼吸，可在细胞质基质中产生 NADH，D 错误。 故选 D。 3．2019 年诺贝尔生理学或医学奖颁给了三位发现细胞感知和适应氧气供应机制的科学 家。研究发现正常氧气条件下，细胞内的低氧诱导因子（HIF）会被蛋白酶体降解低氧 环境下，HIF 能促使细胞适应低氧环境，如下图所示。下列叙述错误的是（ ） A．氧气在线粒体中参与有氧呼吸第三阶段 B．低氧环境下正常细胞中 HIF 含量会增加 C．HIF 被分解需要脯氨酰羟化酶、VHL 等参与 D．通过降低 HIF 的活性可治疗贫血等缺氧性疾病 【答案】D 【解析】 A、氧气在线粒体中参与有氧呼吸第三阶段，场所是线粒体内膜，A 正确；试卷第 3 页，总 18 页 B、低氧环境下正常细胞中 HIF 不能被降解，含量会增加，B 正确； C、在氧气充足的情况下，HIF 在脯氨酰羟化酶、VHL 等参与下被降解，C 正确； D、若降低 HIF 的活性，则不能诱导相关缺氧相关基因的表达，不利于适应低氧环境， 不能治疗贫血等缺氧性疾病，D 错误。 故选 D。 4．2019 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 【答案】B 【解析】 A、根据图示可知，当氧气不足时 HIF-1α 会诱导 EPO 基因等的表达，促进红细胞的生 成，增强机体运输氧的能力，以适应低氧环境，A 正确； B、增大氧气浓度会促进 HIF-1α 被蛋白酶体降解，从而导致 HIF-1α 的含量降低，B 错 误； C、用药物降低 HIF–1α 的含量会使肿瘤细胞无法适应低氧环境，从而抑制肿瘤细胞的增 殖，C 正确； D、细胞摄取的氧气参与有氧呼吸的第三阶段，发生在线粒体内膜上，氧气和[H]结合形 成水，D 正确。 故选 B。试卷第 4 页，总 18 页 5．2019 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 【答案】D 【解析】 氧气进入细胞的方式是自由扩散，不需要细胞膜上的载体蛋白协助，A 错误。有氧呼吸 可分为三个阶段，氧气和[H]结合生成水的过程发生在第三阶段，场所是线粒体内膜， 而丙酮酸和水反应生成二氧化碳和[H]的过程发生在线粒体基质中，B 错误。血管的形 成与细胞分化有关，该过程由于基因的选择性表达，会产生新的蛋白质，C 错误。根据 题意，氧气调节机制可被用来刺激血管形成和重塑代谢，以有效地增殖癌细胞，因此人 们可以干预癌细胞的氧调节机制，进行癌症的治疗，D 正确。 6．2019 年诺贝尔生理学或医学奖颁给了三位科学家以表彰他们在揭示细胞感知和适应 氧气供应机制所做的贡献。当氧气缺乏时，肾脏分泌 EPO（促红细胞生成素）刺激骨髓 生成新的红细胞，这几位科学家正是要找出这种反应背后的基因表达机制。他们发现细 胞内的 HIF-1ɑ（低氧诱导因子）可以控制 EPO 的表达水平，并且会随着氧浓度的改变 发生相应的改变（如图示），调节人体和大多数动物细胞对氧气变化的复杂又精确的反 应。下列分析错误的是（ ） A．低氧环境下，HIF-1ɑ 能促进相关基因的表达从而使细胞适应低氧环境 B．正常氧气条件下，人和大多数动物细胞的 HIF-1ɑ 含量相对较少 C．静脉注射适量的 EPO 可以使肌肉更有劲、工作时间更长试卷第 5 页，总 18 页 D．只有在缺氧环境下，人体内的 HIF-1ɑ 才会调控 EPO 的合成 【答案】D 【解析】 A、据分析可知，低氧环境下，HIF-1α 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，A 正确； B、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，在 人和大多数动物细胞内的含量相对较少，B 正确； C、EPO 能促进红细胞的生成，提高运氧能力，进而保证能量的供应，使肌肉更有劲、 工作时间更长，C 正确； D、由题干信息“细胞内的 HIF-1ɑ（低氧诱导因子）可以控制 EPO 的表达水平，并且会 随着氧浓度的改变发生相应的改变”，可知并不是只有在缺氧环境下，人体内的 HIF-1ɑ 才会调控 EPO 的合成，D 错误。 故选 D。 7．2019 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 【答案】C 【解析】 A、高原地区空气稀薄，氧气含量低，而在氧气供应不足时，细胞内会积累 HIF-lα，因 此生活在高原的人体内 HIF-1α 的水平可能要比一般人高，A 正确； B、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， 而红细胞来自于骨髓造血干细胞的增殖分化，所以低氧环境中 EPO 刺激骨髓造血干细 胞增殖分化生成大量红细胞，B 正确； C、合成 EPO 的细胞内持续表达 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，可见，若氧气供应不足，HIF-lα 会使 EPO 基因的表达水平升高，C 错误； D、免疫系统行使其功能时需要细胞呼吸提供能量，氧气供应不足时，细胞的有氧呼吸试卷第 6 页，总 18 页 减弱，产生的能量减少，免疫系统监控和清除肿瘤细胞的能力可能下降，D 正确。 故选 C。 8．2019 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 【答案】B 【解析】 A、HIF 属于蛋白质，核糖体是蛋白质的合成场所，蛋白质用双缩脤试剂检测呈紫色，A 正确； B、有氧呼吸第一阶段，葡萄糖在细胞质基质中分解成丙酮酸，然后丙酮酸进入线粒体 完成有氧呼吸的第二、三阶段，B 错误； C、低氧环境下，人体细胞利用葡萄糖进行无氧呼吸的场所是细胞质基质，产物是乳酸，C 正确； D、人体剧烈运动时，细胞内因缺氧诱导产生更多的 HIF，以调节细胞更好地适应低氧 环境，D 正确。 故选 B。 9．2019 年诺贝尔生理医学奖授予了揭示“细胞如何感知和适应氧气”机理的三位科学 家。他们研究发现肾脏中有专门的细胞可以感受氧气水平的变化，当氧气供应不充足时， 低氧诱导因子（HIF-1α）不被降解，细胞内积累的 HIF-1α 可促进促红细胞生成素 （EPO）的合成；氧气供应充足时，HIF-1α 合成后很快被降解，具体调节途径如下图所 示。请据图分析下列说法错误的是（ ） HIF HIF HIF HIF试卷第 7 页，总 18 页 A．低氧时，HIF-1α 进入细胞核联合 ARNT 与 EPO 基因调控序列结合，增强 EPO 基因 的表达，使细胞合成更多的 EPO B．若将细胞中的脯氨酸酰羟化酶基因敲除，EPO 基因的表达水平会下降，细胞合成的 EPO 量减少 C．正常条件下，人体细胞内 HIF-1α 的含量较低，在医学上可尝试通过提高 HIF-1α 的 含量来治疗人类的贫血症 D．高原反应时，EPO 会刺激骨髓中的造血干细胞，使其增殖分化生成大量红细胞，提 高氧气的运输能力，该调节方式属于激素调节 【答案】B 【解析】 A、由图分析可知，低氧时，HIF-1α 通过核孔进入细胞核，联合 ARNT 与 EPO 基因调 控序列结合，增强 EPO 基因的表达，促进促红细胞生成素（EPO）的合成，A 正确； B、若将细胞中的脯氨酸酰羟化酶基因敲除，则脯氨酸酰羟化酶不能合成，低氧诱导因 子（HIF-1α）不能被降解，其积累后，可进入细胞核与 ARNT 一起增强 EPO 基因的表 达，细胞合成的 EPO 量增多，B 错误； C、患贫血症会使细胞氧气供应不充足，可通过提高 HIF-1α 的含量，促进促红细胞生成 素（EPO）的合成，提高细胞氧气供应，C 正确； D、高原缺氧时，低氧诱导因子（HIF-1α）不被降解，细胞内积累的 HIF-1α 可促进促红 细胞生成素（EPO）的合成，EPO 刺激骨髓中的造血干细胞，使其增殖分化生成大量红 细胞，提高氧气的运输能力，该调节方式属于激素调节，D 正确。 故选 B。 10．2019 年诺贝尔生理医学奖颁给了三位科学家以表彰他们在揭示细胞感知和适应氧 气供应机制所做出的贡献。研究发现正常氧气条件下，细胞内的低氧诱导因子（HIF） 会被蛋白酶体降解，在低氧环境下，HIF 能促进缺氧相关基因的表达从而使细胞适应低 氧环境。以下说法不正确的是（ ）试卷第 8 页，总 18 页 A．在低氧环境下，细胞中 HIF 的含量会上升 B．HIF-1α 的基本组成单位是氨基酸 C．在常氧、VHL、脯氨酰烃化酶、蛋白酶体存在时 HIF 被降解 D．长期生活在青藏高原的人 HIF-1α 基因数量多 【答案】D 【解析】 A、在低氧环境下，细胞中 HIF 不能被降解，其含量会上升，A 正确； B、HIF-1α 可以被蛋白酶降解，说明其化学本质是蛋白质，则其基本组成单位是氨基酸， B 正确； C、由图可知，在常氧、VHL、脯氨酰烃化酶、蛋白酶体存在时 HIF 被降解，此时 HIF 不能诱导缺氧相关基因的表达，C 正确； D、长期生活在青藏高原的人，由于缺氧，HIF-1α 蛋白的数量会增多，基因数量不变，D 错误。 故选 D。 11．2019 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 【答案】A 【解析】试卷第 9 页，总 18 页 A、根据“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”可知， 能抑制脯氨酸羟化酶活性的药物可抑制 HIF 的水解，使 HIF 的含量增加，进而促进缺氧 相关基因的表达，从而使细胞适应缺氧环境，所以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，A 正确； B、由于“缺氧时，脯氨酸羟化酶就无法发挥作用，导致 HIF 的水解失效”，所以与正常 供氧相比，缺氧时细胞内的 HIF 含量会增加，B 错误； C、HIF 能被蛋白酶分解，说明 HIF 本质为蛋白质，其合成场所是核糖体，核糖体没有 膜结构，不能通过“出芽”形成囊泡，C 错误； D、脯氨酸羟化酶可降低化学反应的活化能，不能为脯氨酸羟化提供能量，D 错误。 故选 A。 12．2019 年诺贝尔生理学或医学奖获奖者发现了“细胞能够调节相关基因表达以适应 不同氧浓度的分子机制”。正常氧浓度条件下，转录调控因子HIF-1a 会被蛋白酶体降解； 在缺氧条件下，HIF-la 会进入细胞核激活相关基因的表达，并通过一系列变化改变血液 中红细胞的数量以适应氧浓度的变化。下列叙述正确的是（ ） A．缺氧条件下，HIF-la 含量会增加，促进相关基因的翻译过程 B．缺氧条件下，哺乳动物成熟红细胞通过有丝分裂增殖增加数量 C．氧气充足条件下，氧气通过主动运输进入红细胞与血红蛋白结合 D．在进化过程中，机体产生了这种特殊机制来确保组织和细胞能得到充足的氧气供应 【答案】D 【解析】 A、缺氧条件下，HIF-la 含量会增加，可能促进相关基因的转录过程，A 错误； B、成熟红细胞不能进行有丝分裂，B 错误； C、氧气充足条件下，氧气通过被动运输（或自由扩散）进入红细胞与血红蛋白结合，C 错误； D、在进化过程中，氧气充足时，HIF-la 被降解，缺氧时，HIF-la 可以诱导相关基因的 表达，机体产生了这种特殊机制来确保组织和细胞能得到充足的氧气供应，D 正确。 故选 D。 13．2019 年诺贝尔生理学或医学奖颁发给发现了细胞适应氧气供应变化的分子机制的 科学家。人体细胞缺氧时，缺氧诱导因子（HIF-1α）与 ARNT 结合，调节核基因的表 达生成促红细胞生成素（EPO，一种促进红细胞生成的蛋白质激素），氧气充足时，HIF-1α 羟基化后被蛋白酶体降解，调节的机制如下图。下列说法正确的是（ ）试卷第 10 页，总 18 页 A．HIF-1α 的化学本质为蛋白质，降解后一定会形成 20 种氨基酸分子 B．HIF-1α 与 ARNT 结合到 DNA 上，催化 EPO 基因转录出相应 mRNA C．EPO 在细胞核内合成，EPO 可能与造血干细胞上的受体结合 D．在高海拔环境中，机体会增加红细胞的数量适应环境的变化 【答案】D 【解析】 A、能合成蛋白质的氨基酸共有 20 种，但作为蛋白质的 HIF-1α 降解后不一定含有所有 种类的氨基酸分子，A 错误； B、有题干信息，缺氧诱导因子（HIF-1α）与 ARNT 结合，调节核基因的表达生成促红 细胞生成素，B 错误； C、EPO 本质是蛋白质，在细胞质中的核糖体上合成，C 错误； D、 在高海拔环境中，人体易缺氧，故机体会增加红细胞的数量适应环境的变化，D 正 确。 故选 D。 14．因发现细胞在分子水平上感知氧气的基本原理，三位科学家在 2019 年获得诺贝尔 生理学或医学奖。研究发现，缺氧诱导因子（HIF）包括两种不同的 DNA 结合蛋白， 即 HIF-1α 和 ARNT，HIF 以依赖氧的方式与 DNA 片段结合。当氧气含量很低时，HIF-1α 数量增加，调节促红细胞生成素基因，增加红细胞的数量，下列有关叙述正确的是 A．缺氧诱导因子（HIF）的功能由其特定的脱氧核苷酸序列决定 B．HIF-1α 数量增加，有利于氧气的运输 C．HIF-1α 与 DNA 片段结合，遵循碱基互补配对原则 D．当人体缺氧时，可进行无氧呼吸产生酒精提供能量 【答案】B 【解析】 A、缺氧诱导因子（HIF）的化学本质是蛋白质，其功能由其特定的氨基酸种类、数量试卷第 11 页，总 18 页 和排列顺序以及肽链形成的空间结构决定，A 错误； B、根据题意“HIF-1α 数量增加，调节促红细胞生成素基因，增加红细胞的数量”，显 然红细胞数量的增加，则有利于氧气的运输，B 正确； C、HIF-1α 的化学本质是蛋白质，蛋白质中不含碱基，其与 DNA 片段结合，不存在碱 基互补配对的过程，C 错误； D、当人体缺氧时进行无氧呼吸产生乳酸，不会产生酒精，D 错误。 故选 B。 15．2019 年诺贝尔生理学或医学奖颁给了研究细胞对氧气的感应和适应机制的三位科 学家。研究表明，HIF 是普遍存在于人和哺乳动物细胞内的一种蛋白质．在正常氧气条 件下，HIF 会迅速分解；当细胞缺氧时．HIF 会与促红细胞生成素(EPO)基因的低氧应 答元件（非编码蛋白质序列）结合，使 EPO 基因表达加快．促进 EPO 的合成。HIF 的 产生过程及其对 EPO 基因的调控如图所示，下列分析正确的是（ ） A．过程①和过程②在低氧环境中才能够进行 B．HII-的含量与细胞内的氧气含量呈正相关 C．细胞在正常氧气环境中 EPO 基因不能表达 D．EPO 含量增加会促进细胞中 HIF 含量下降 【答案】D 【解析】 A、过程①为转录，过程②为翻译，均不需要在低氧环境中进行，A 错误； B、正常氧气条件下，HIF 会迅速分解；当细胞缺氧时．HIF 会与促红细胞生成素(EPO) 基因的低氧应答元件（非编码蛋白质序列）结合，因此 HII-的含量与细胞巾的氧气含量 呈负相关，B 错误； C、EPO 为促红细胞生成素细胞，在正常氧气环境中 EPO 基因表达，在低氧环境下 EPO 基因表达加快，以适应低氧的环境，C 错误； D、EPO 含量增加会促进红细胞运输氧气，细胞逐渐提高甚至恢复正常氧气的状态，而 在正常氧气条件下，HIF 分解，因此 EPO 含量增加会促进 HIF 含量下降，D 正确。 故选 D。试卷第 12 页，总 18 页 16．2019 年诺贝尔生理学或医学奖颁给了三位科学家，以表彰他们在揭示细胞感知和 适应氧气供应机制所做的贡献。研究表明，肾脏细胞内的缺氧诱导因子（HIF）在缺氧 条件下被激活，导致细胞核内促红细胞生成素（EPO）基因表达，EPO 能够增强骨髓造 血干细胞的活动，最终保证氧气的供应。 肿瘤细胞也同样具有感知氧的机制。当肿瘤增长超过了血管供应能力，肿瘤内部会缺氧。 肿瘤细胞 HIF 激活，可促进血液中血管内皮生长因子（VECF）含量增加，促进血管生 成。回答下列问题： （1）国家为提高中长跑等耐力项目运动员竞技水平，建立了云南海埂等体育训练高原 基地。原因是运动员在高海拔地区训练时相比于低海拔地区更易处于________状态，HIF 被激活，促进肾脏细胞 EPO 基因表达，EPO 促进造血干细胞________，产生更多的红 细胞，提高运输氧气的能力。运动员比赛时氧气供应充足，提高________速率，获得更 充足的能量，有利于提高比赛成绩。 （2）根据细胞感知和适应氧气供应机制，提出抑制肿瘤细胞增殖的设想，并解释原因。 ________ 【答案】缺氧 分裂分化 需氧呼吸 研制药物定向抑制肿瘤细胞中的HIF活性。 HIF 是肿瘤细胞氧感知机制的关键，一旦破坏将最终导致肿瘤细胞氧气及营养物质供应 不足。肿瘤细胞代谢速率减慢，细胞增殖被抑制 【解析】 （1）海拔高的地方氧气含量较少，高海拔地区训练时相比于低海拔地区更易处于缺氧 状态，根据题干描述“EPO 能够增强骨髓造血干细胞的活动，最终保证氧气的供应”， 说明造血干细胞分化形、分裂形成红细胞进行氧气运输。运动员比赛时氧气供应充足， 提高需氧呼吸速率，获得更充足的能量，有利于提高比赛成绩。 （2）根据题意，肿瘤内部缺氧时，肿瘤细胞 HIF 激活，可促进血液中血管内皮生长因 子（VECF）含量增加，促进血管生成。所以，可研制药物定向抑制肿瘤细胞中的 HIF 活性。HIF 是肿瘤细胞氧感知机制的关键，一旦破坏将最终导致肿瘤细胞氧气及营养物 质供应不足，肿瘤细胞代谢速率减慢，细胞增殖被抑制。 17．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，试卷第 13 页，总 18 页 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___________。 【答案】BD 氨基酸 上升 人体剧烈运动时，骨骼肌细胞内缺氧，HIF-1ɑ 羟 基化不能发生，导致 HIF-1ɑ 无法被 VHL 蛋白识别，HIF 不被降解而在细胞内积聚 试卷第 14 页，总 18 页 HIF-1ɑ VHL 蛋白分子 高 加速 HIF-1ɑ 降解；阻断 HIF-1ɑ 进细胞核；抑制 HIF-1ɑ 与 ARNT 结合形成转录因子等 【解析】 （1）A、细胞吸水是被动运输，不消耗能量，与氧气含量无关，A 错误； B、细胞分裂，消耗能量，受氧气含量的影响，B 正确； C、葡萄糖分解成丙酮酸不受氧气含量的影响，C 错误； D、兴奋的传导，消耗能量，受氧气含量的影响，D 正确。 故选 BD。 （2）据题干信息可知，HIF 是蛋白质，其基本组成单位是氨基酸。人体剧烈运动时， 骨骼肌细胞内缺氧，HIF-1ɑ 羟基化不能发生，导致 HIF-1ɑ 无法被 VHL 蛋白识别，HIF 不被降解而在细胞内积聚，导致骨骼肌细胞中 HIF 的含量上升。 （3）①根据题干信息和图示氧气感知机制的分子通路，正常氧时，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-1ɑ 能与 VHL 蛋白结合，最终被蛋白酶体降解；缺氧时，HIF-1ɑ 羟基化不能发生，导致 HIF-1ɑ 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，故图示中的 A 是 HIF-1ɑ，B 是 O2，C 是 VHL 蛋白，D 是 ARNT。 ②VHL 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，可推测与正常人相比，患者体内 HIF-1ɑ 的含量高，因为肿瘤细胞代谢旺盛，耗氧较多，因此对氧气敏感的部分的 HIF-1ɑ 就高。 ③要抑制此类患者的肿瘤生长，可以采取的治疗思路有：加速 HIF-1ɑ 降解、阻断 HIF-1ɑ 进核、抑制 HIF-1ɑ 作为转录因子的活性等。 18．阅读下面科普短文，请回答问题。 2019 年诺贝尔生理学或医学奖颁发给三位科学家，他们是威廉·凯林、彼得·拉特克 利夫和格雷格·塞门扎，表彰他们在研究细胞感知和适应氧气变化机制中的贡献。 生物体感受氧气浓度的变化是生命最基本的功能，这依赖于特定的信号识别系统。科学 界对氧感应和适应调控的研究开始于促红细胞生成素（缩写为 EPO）。当氧气缺乏时， 肾脏分泌 EPO 刺激骨髓生成新的红细胞。比如当我们在高海拔地区活动时，由于缺氧， 人体的新陈代谢发生变化，开始生长出新的血管，制造新的红细胞。这几位科学家所做 的正是找出这种身体反应的分子机制，如下图所示。试卷第 15 页，总 18 页 他们发现这个反应的“开关”是缺氧诱导因子（简称 H 蛋白）。H 蛋白可作用于细胞核 中的低氧调节基因，控制机体 EPO 的水平。EPO 和 H 蛋白除了在哺乳动物细胞内可以 结合并激活涉及代谢调节、血管新生和肿瘤等过程的众多其他基因。当细胞转变为高氧 条件时，H 蛋白的数量急剧下降，仅当缺氧时该蛋白才能激活低氧调节基因。那么，推 动 H 蛋白降解的原因是什么?答案来自一个意想不到的方向。 VHL 综合症是一种罕见的遗传性疾病。由于 V 蛋白的缺失，VHL 病人临床表现为多发 性肿瘤，涉及脑、骨髓和肾上腺等多个重要器官，肿瘤组织会增生异常的新血管。在 H 蛋白被纯化的第二年，科学家发现 V 蛋白可以通过氧依赖的蛋白水解作用负向调控细 胞中的 H 蛋白含量。 H 蛋白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。通过调控 H 蛋 白，为治疗贫血、心血管疾病以及肿瘤等多种疾病开辟了新的临床治疗思路。 （1）肾脏分泌 EPO 刺激骨髓生成新的红细胞的过程发生了细胞分裂和___________。 红细胞增多可提高运氧能力，这是因为___________。 （2）氧气以___________的方式进入细胞。当氧气浓度正常时，可引起 H 蛋白的降解。H 蛋白的含量动态变化，有利于细胞中物质的循环利用。 （3）据上文可知，医生观察到 VHL 病人在脑、骨髓和肾上腺等多个重要器官均产生肿 瘤，从而初步确定“多发性肿瘤”为该病的临床表现，该过程使用的科学思维方法是 ___________（填“不完全”、“完全”）归纳法。 （4）氧气感应机制使细胞能够调节新陈代谢以适应低氧水平，下列相关分析，正确的 是___________。 a．H 蛋白和 A 蛋白共同作用，激活低氧调节基因 b．氧含量恢复正常时，进入细胞核的 H 蛋白减少 c．V 蛋白功能丧失，细胞无法激活低氧调节基因 d．因 V 蛋白的缺失，VHL 病人的 H 蛋白含量低试卷第 16 页，总 18 页 e．H 蛋白的氧依赖性降解是分子水平的精细调控 【答案】分化 血红蛋白增多 自由扩散 不完全 a、b、e 【解析】 （1）骨髓生成新的红细胞的过程是骨髓中的造血干细胞发生了细胞分裂和细胞分化形 成红细胞，红细胞中的血红蛋白可以运输氧气，增加红细胞的数量就是增加血红蛋白的 量，可提高运氧能力。 （2）氧气进入细胞的方式是自由扩散。 （3）在观察到多个器官能产生肿瘤，初步确定“多发性肿瘤”为该病的临床表现，这是 不完全归纳法。 （4）a、从图中看出，H 蛋白和 A 蛋白在细胞核中结合后，激活低氧调节基因，a 正确； b、氧含量恢复正常时，H 蛋白会被降解，所以进入细胞核的 H 蛋白减少，b 正确； c、细胞激活低氧调节基因，是在低氧的条件下 H 蛋白和 A 蛋白激活，与 V 蛋白无关，c 错误； d、V 蛋白缺失后，H 蛋白无法被降解，导致 H 蛋白数量增加，d 错误； e、H 蛋白的氧依赖性降解是通过基因在进行调控，所以是分子水平的精细调控，e 正确。 故选 abe。 19．2019 诺贝尔生理学或医学奖让我们获知细胞适应氧气变化的分子机制。人们对氧 感应和氧稳态调控的研究开始于一种糖蛋白激素——促红细胞生成素(EPO)，EPO 作用 机理如图 1 所示：当氧气缺乏时，肾脏分泌 EPO 刺激骨髓生成新的红细胞，调控该反 应的“开关”是一种蛋白质——缺氧诱导因子(HIF)。研究还发现，正常氧气条件下，细胞 内的 HIF 会被蛋白酶降解，缺氧环境下，HIF 会促进缺氧相关基因的表达，使人体细胞 适应缺氧环境。回答下列问题。 （1） 据图分析，红细胞数量与 EPO 的分泌量之间存在______调节机制。 （2）人体剧烈运动一段时间后，人体细胞产生 HIF______(填增多或减少)，引起缺氧相试卷第 17 页，总 18 页 关基因的表达，这个过程需要的原料有_____________________。 （3）青海多巴国家高原体育训练基地海拔 2366 米，中长跑运动员在比赛前常常到该基 地训练一段时间，从氧稳态调控角度分析中长跑运动员前去训练的原因是：该训练基地 海拔较高氧气稀薄，刺激运动员__________________________，保证比赛时细胞得到足 够的氧气和能量供给。 （4）肿瘤的生长需要生成大量的血管以供应营养，肿瘤快速生长使内部缺氧，诱导 HIF 的合成，从而促进血管生成和肿瘤长大。请据此提出治疗肿瘤的措施： ____________________。 【答案】反馈 增多 核糖核苷酸、氨基酸 产生更多的促红细胞生成素，促进 机体产生更多的红细胞，提高血液运输氧气的能力 研制药物降低癌细胞内 HIF 的含 量 【解析】 （1） 据图分析，当红细胞数量增多时，血液中氧分压升高会抑制肾脏中氧感受器产生 产生兴奋，进而抑制了 EPO 的分泌量，显然红细胞数量与 EPO 的分泌量之间存在反馈 调节机制。 （2）人体剧烈运动一段时间后，由于缺少氧气，则细胞产生的 HIF 增多，引起缺氧相 关基因的表达，即基因通过转录和翻译指导蛋白质生成的过程，在该过程中需要的原料 依次为核糖核苷酸、氨基酸。 （3）根据题意分析，中长跑运动员在比赛前常常到海拔较高的训练基地训练，可能是 因为该地海拔较高，氧气稀薄，刺激运动员产生更多的促红细胞生成素，促进机体产生 更多的红细胞，提高血液运输氧气的能力，保证比赛时细胞得到足够的氧气和能量供给。 （4）根据题意分析，诱导 HIF 的合成会促进血管生成和肿瘤长大，则可以研制药物降 低癌细胞内 HIF 的含量，进而达到治疗肿瘤的目的。 20．2019 年诺贝尔生理学或医学奖颁给了细胞对氧气的感应和适应机制的研究。机体 缺氧时，低氧诱导因子(HIF)与促红细胞生成素(EPO)基因的低氧应答元件(非编码蛋白质 序列)结合，使 EPO 基因表达加快，促进 EPO 的合成，过程如下图所示。回答下列问题： (1)完成过程①需__________等物质从细胞质进入细胞核，②过程中，除 mRNA 外，还 需要的 RNA 有__________。试卷第 18 页，总 18 页 (2)HIF 在__________(填“转录”或“翻译”)水平调控 EPO 基因的表达，HIF 和 EPO 的空间结构不同的根本原因是 ________________________________________________________。 (3)由于癌细胞迅速增殖会造成肿瘤附近局部供氧不足，因此癌细胞常常会 __________(填“提高”或“降低”)HIF 蛋白的表达，刺激机体产生红细胞，为肿瘤提 供更多氧气和养分。 (4)上述图示过程反应了________之间存在着复杂的相互作用，共同调控生物体的生命活 动。 【答案】ATP、核糖核苷酸、酶 tRNA、rRNA 转录 控制蛋白质合成的基因 碱基序列不同 提高 不同基因、基因与环境 【解析】 (1)过程①是转录的过程，需 RNA 聚合酶、核糖核苷酸、ATP 等物质从细胞质进入细胞 核，②过程是翻译的过程，除 mRNA 外，还需要核糖体协助携带氨基酸的 tRNA 与 mRNA 结合，核糖体是由人 RNA 和相应的蛋白质组成的。 (2)由题文“低氧诱导因子(HIF)与促红细胞生成素(EPO)基因的低氧应答元件(非编码蛋 白质序列)结合”可知，HIF 在转录水平调控 EPO 基因的表达，HIF 和 EPO 的空间结构 不同的根本原因是控制蛋白质合成的基因不同即碱基序列不同。 (3)由于癌细胞迅速增殖会造成肿瘤附近局部供氧不足，HIF 为低氧诱导分子，因此癌细 胞常常会提高 HIF 蛋白的表达，刺激机体产生红细胞，为肿瘤提供更多氧气和养分。 (4)上述图示过程反应了基因 HIF 基因和 EPO 基因、基因 HIF、EPO 与低氧环境相互作 用即不同基因、基因与环境之间存在着复杂的相互作用，共同调控生物体的生命活动。