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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...

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。

 

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。
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考点分析:
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利用温室种植果蔬,可以使其在冬、春季节上市获取较高经济效益。科研人员探究温室内不同CO2浓度对番茄光合速率和产量的影响,结果如下表。请回答问题:

组别

净光合速率(μmol/(m2s)

产量(kg/hm2

A0(对照组,大气CO2浓度)

24.50

70407.69

A1600 μmol/L CO2浓度)

29.87

82682.69

A2800 μmol/L CO2浓度)

36.24

90148.08

A31000 μmol/L CO2浓度)

37.28

97844.23

 

1)随着温室CO2浓度的升高,进入叶绿体的CO2增多,与C5结合生成的______增加。CO2浓度升高还能提高Rubisco(催化CO2固定的酶)的活性,直接提高_____反应的速率,从而提高了光合速率和产量。

2)科研人员进一步研究了温室内不同CO2浓度对番茄光合色素含量的影响,结果如图1

由图1可知,随着温室CO2浓度的升高,分布在叶绿体______上的光合色素含量增加,吸收______增多,促进光反应产生更多______,最终提高了光合速率和产量。

3)科研人员继续进行实验探索更合理的温室增施CO2方法,应用于实际生产。

实验组1:高浓度短时间增施,每日6:00~9:00增施浓度为800~1000 μmol/mol CO2;实验组2:低浓度长时间增施,每日6:00~16:00增施浓度为400~600 μmol/mol CO2;对照组:不增施CO2

检测各组不同器官中干物质的量,结果如图2。请根据结果选择更为合理的方法并阐述理由:______

 

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1为物质通过细胞膜的转运方式示意图。在不提供能量的实验条件下,科学家比较了生物膜和人工膜(仅由磷脂构成)对多种物质的通透性,结果如图2所示。请回答问题:

1)图1中结构甲是______。除载体蛋白外,转运方式③的另一条件是需要[] ______

2)据图2可知生物膜和人工膜对______(填图2中物质名称)的通透性相同,这些物质跨膜转运方式为______

3)图2中,通过______膜的转运速率存在明显差异,说明______

4)据图2分析,H2O通过生物膜的转运方式包括图1中的______(填序号)。

 

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科学家推测,在分泌蛋白的合成过程中,游离核糖体最初合成的一段氨基酸序列作为信号序列,被位于细胞质基质中的信号识别颗粒(SRP)识别,并引导核糖体附着于内质网上,继续蛋白质的合成,这就是信号肽假说,如下图所示。

科学家构建了体外的反应体系,证明了该假说。实验分组及结果见下表。

实验组别

核糖体

信号识别颗粒(SRP

内质网

实验结果

1

+

-

-

合成的肽链比正常肽链多一段

2

+

+

-

合成的肽链比正常肽链少一段

3

+

+

+

合成的肽链与正常肽链一致

 

注:“+”“-”分别代表反应体系中存在或不存在该结构

1)折叠的蛋白质经内质网后,会被依次运往______(细胞器)、细胞膜,最终分泌至细胞外发挥作用,这一过程依赖于生物膜的______

2)对比组别23的结果,结合图中信息可知,只有结合了信号序列的SRP 与内质网上的______识别并结合后,肽链的延伸才会继续。

3)结合图中信息,解释组别1中合成的肽链比正常肽链多一段的原因:______。综合实验结果说明内质网具有______功能。

4)根据信号肽假说,请你推理分析:

①组别2中的肽链______(填含有不含有)信号序列。

②假设在合成新生肽阶段就切除了信号序列,游离的核糖体______(填不能)附着于内质网上。

 

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水熊虫在极端干旱的条件下,身体开始皱缩,细胞大量脱水,进入干化状态。干化的水熊虫能对抗高压、高温等的影响,一旦接触到水,就像重新浸湿的海绵一样,其生命活动又完全恢复。请回答问题:

1)水熊虫进入干化状态时,主要脱去的是______水,此状态下其新陈代谢水平______

2)科研人员检测发现,干化的水熊虫细胞内几种天然无序蛋白(IDP)的含量大幅升高。

①在水熊虫细胞内,氨基酸经______反应形成IDP。请写出氨基酸的结构通式______

②在细胞内,多肽链折叠形成蛋白质的过程中,疏水的氨基酸残基通常位于蛋白质的内部。与一般的蛋白质不同,IDP呈现不折叠的天然无序状态,是因为含有较______比例的亲水氨基酸残基,这说明______是蛋白质的空间结构形成的基础。

3)为研究IDP与水熊虫抗干旱的关系,科研人员敲除水熊虫的IDP基因(不能合成IDP),检测其在正常和干旱情况下的存活率,结果如图所示。

①实验中,IDP基因正常水熊虫组作为______处理。

②该实验结果表明______

 

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科学家用专门的染料标记正在发生凋亡的细胞,下图表示处于胚胎发育阶段的小鼠脚趾。叙述不正确的是

A.发育过程中小鼠脚趾之间的细胞发生了凋亡

B.细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程

C.细胞凋亡是细胞正常代谢活动意外中断引起的细胞死亡

D.小鼠整个生命历程中都会发生细胞凋亡过程

 

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