Question

2019年诺贝尔生理学或医学奖由发现“细胞如何感知氧气变化以及对氧气供应的适应性”的三位科学家共同获得。细胞感知氧气变化部分过程如图所示，回答下列问题：

注：HIF-1α：一种由蛋白质组成的转录调控因子；EPO：促红细胞生成素；VEGF：血管内皮生长因子。

（1）人体通过红细胞运输氧气，氧气进出红细胞的方式为_______________；人体细胞利用氧气的具体场所是________________________．

（2）HIF-1α调控产生的EPO和VEGF可缓解机体缺氧症状，推测EPO和VEGF的具体作用机理是EPO可促使人体制造更多的__________________来运输更多的氧气；VEGF可促进______________的生长，为组织和细胞提供更多血液，从而带来更多氧气。

（3）HIF-1α被识别降解所需的条件有____________（填序号）。

①O₂         ②双加氧酶          ③VHL泛素           ④蛋白酶

（4）研究发现在肿瘤组织中，利用氧气浓度调节机制可刺激血管形成并重塑新陈代谢，从而使癌细胞有效增殖，试根据上图分析癌细胞有效增殖的机理：肿瘤细胞生长需要消耗更多的能量，但是细胞供给的能量是有限的，因此就会造成____________________________的情况出现。机体处于缺氧的状态时，HIF-1α会与________________相结合，促进相关细胞大量合成___________________，促进新毛细血管的生长和新陈代谢，从而促使癌细胞有效增殖。

Answer

自由扩散 线粒体内膜 红细胞 新毛细血管 ①②③④ 缺氧 特定的DNA片段 EPO和VEGF

【解析】

根据题图中信息可知，当细胞处于正常氧条件时，在双加氧酶的作用下，生成羟基化的HIF-1α与VHL结合，最终被蛋白酶体降解；在缺氧的情况下，HIF-1α羟基化不能发生，促使HIF-1α与特定的DNA片段相结合，促进相关细胞大量合成EPO和VEGF促进新毛细血管的生长和和红细胞的生成。

（1）氧气是气体，进出红细胞的方式是自由扩散；氧气参与有氧呼吸第三阶段，反应场所在线粒体内膜进行。

（2）据图分析，当人体处于缺氧状态时，促使HIF-1与特定的DNA片段结合，导致促红细胞生成素（EPO）和血管内皮生长因子（VEGF）的含量升高，刺激骨髓生成新的红细胞，并制造新血管，使血液中红细胞的数量增加，能够运输更多的氧气，使机体含氧量升高，从而缓解机体缺氧状态。

（3）根据图中HIF-1α的转化过程，HIF-1α被识别降解所需要的条件有正常氧、双加氧酶VHL泛素、蛋白酶等。

（4）细胞呼吸是细胞中供能的代谢方式，当肿瘤细胞因生长而消耗能量使机体处于缺氧的状态时，由图中信息可以看出，HIF-1α会与特定的DNA片段相结合，促进相关细胞大量合成EPO和VEGF促进新毛细血管的生长和新陈代谢，从而促使癌细胞有效增殖。