2020生物高考热点：细胞感知和适应氧气变化机制习题（含答案）

2020生物高考热点：细胞感知和适应氧气变化机制

一、单选题

1.2019年诺贝尔生理学或医学奖揭示了人体细胞适应氧气变化的分子机制，在缺氧条件下,

缺氧诱导因子（HIF）会增加，激活相关基因表达促进红细胞生成，下列说法正确的是（）

A.缺氧条件下，红细胞进行无丝分裂增加红细胞数量

B.氧气含量低时，HIF可能会被保护而不会被降解

C.若细胞中的HIF被抑制可便该细胞中氧气含量增加

D.在红细胞的细胞核内可完成相关基因的表达过程

2.血液中氧气含量降低时，肾脏的某些细胞会加速分泌一种促进红细胞生成的激素（EPO）,

红细胞数量增多有利于机体适应低氧环境。下列相关叙述错误的是（）

A.人从平原进入高海拔地区生活，EPO分泌增加

B.EPO及其功能类似物可能是运动比赛的禁药

C.EPO参与体液调节，作用的靶细胞是肾脏细胞

D.血氧含量的降低会引起脑干中呼吸中枢的兴奋

3.合成促红细胞生成素（EPO）的细胞持续表达低氧诱导因子（HIF-la）。在氧气供应正常时,

HIF-la合成后很快被降解；在氧气供应不足时•，HIF-la不被降解，细胞内积累的HIF-la可

促进EPO的合成，使红细胞增多以适应低氧环境，相关机理如下图所示。下列说法正确的

是（）

A.正常条件下，氧气通过协助扩散的方式进入细胞

B.若将细胞中的脯氨酰羟化酶基因敲除，EPO的合成量会增加

C.氧气供应充足时，HIF-la进入细胞核，与其他因子（ARNT）一起增强EPO基因的表达

D.HIF-la进入细胞核的方式与葡萄糖进入红细胞相同

4.2019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-la）。在氧气供应不

足时，细胞内积累的HIF-la可以促进EPO的合成，使红细胞增多以适应低氧环境。此外,

该研究可为癌症的治疗提供新思路。下列相关叙述不正确的是（）

A.生活在高原的人细胞内HIF-la的水平可能要比一般人高

B.干扰HIF-la的降解可能为治疗贫血提供创新性疗法

C.若氧气供应不足，HIF-la会使EPO基因的表达水平降低

D.抑制癌细胞中HIF-la基因的表达可为癌症的治疗提供新思路

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

6.红细胞中的血红蛋白可以与02结合，随血液循环将02运输至人体各处的细胞，供细胞

生命活动利用。下图为喜马拉雅登山队的队员们在为期110天的训练过程中随运动轨迹改变

（虚线），红细胞数量变化过程。以下相关叙述错误的是（）

-。

2

x

B

m

6

-2L-

<-

金

E奕

K

A.随海拔高度增加，人体细胞主要进行无氧呼吸

B.血液中的02以自由扩散方式进入组织细胞

C.红细胞数量增加，利于增强机体携带氧的能力

D.返回低海拔时，人体红细胞对高海拔的适应性变化会逐渐消失

7.2019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

答案第2页，总36页

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H1F的细胞器能够通过“出芽”形成囊泡

D.脯氨酸羟化酶通过为肺氨酸羟化提供能量来催化反应进行

8.2019年诺贝尔生理学或医学奖颁发给了发现细胞适应氧气供应变化分子机制的科学家。

当细胞缺氧时，缺氧诱导因子（HIF-Ia）与芳香煌受体核转位蛋白（ARNT）结合，调节基因的

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）；当氧气充足时，HIF-la

羟基化后被蛋白酶降解，调节过程如图所示。

A.HIF-la被蛋白酶降解后可以生成多种氨基酸分子

B.细胞合成EPO时，tRNA与mRNA发生碱基互补配对

C.HIF-la与ARNT结合到DNA上，催化EPO基因转录

D.进入高海拔地区，机体会增加红细胞数量来适应环境变化

9.新生儿缺氧缺血性脑损伤会引起新生儿窒息死亡或智力障碍。经研究发现，缺氧缺血首

先启动了发生水肿的机制，造成脑组织水肿。下列叙述错误的是（）

A.正常情况下，脑组织液中的大部分物质会被毛细血管的静脉端重新吸收进入血浆

B.脑内缺氧缺血会造成脑细胞代谢紊乱，较多废物释放到组织液中，造成组织水肿

C.若脑部血浆渗透压降低，则水分子会通过血管壁进入组织液造成组织水肿

D.脑细胞内的液体构成内环境，内环境可以与外界环境直接进行物质交换

10.2019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

11.2019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（HIF）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，HIF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，用双缩胭试剂检测HIF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HIF增多，以调节细胞更好地适应低氧环境

12.2019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

前体降解，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（）

答案第4页，总36页

VBL

A.在低氧环境下，细胞中HIF的含量会上升

B.HIF-la的基本组成单位是氨基酸

C.在常氧、VHL、脯氨酰烧化酶、蛋白酶体存在时H1F被降解

D.长期生活在青藏高原的人HIF-la基因数量多

13.2019年诺贝尔生理学或医学奖颁给揭示细胞感知和适应氧气供应机制的研究者，这种

特殊的分子机制能调节基因的活性来响应不同水平的氧气，调节过程如下图。下列说法错误

的是

A.在不缺氧的情况下缺氧诱导因子蛋白HIF-la通过过程[3][4]⑵快速被降解

B.缺氧时HIF—la进入细胞核中与ARNT结合，启动红细胞生成因子基因的表达

C.开发新型药物激活氧气调节机制促进过程[3][4]⑵可使红细胞数量增加

D.机体进行剧烈运动时肌肉可以通过[1]过程适应缺氧环境

14.缺氧诱导因子（HIF）是哺乳动物在缺氧状态下的调节因子，据此分析，下列相关叙述

正确的是（)

A.剧烈运动时HIF合成减少

B.HIF合成导致乳酸的产生

C.HIF的作用有助于维持内环境稳态

D.降低HIF的活性可治疗缺氧性疾病

15.2019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。在缺氧条件下，

缺氧诱导因素（HIF-la）会进入细胞核激活相关基因的表达，通过改变红细胞的数量以适应

氧浓度的变化。下列有关说法正确的是

A.缺氧条件下，正常红细胞通过细胞分裂增加红细胞的数量

B.缺氧诱导因子可能是一种蛋白质，通过胞吞进入细胞核

C.缺氧诱导因子在缺氧条件下，可能会被降解而不起作用

D.缺氧诱导因子激活相关基因的表达过程存在信息交流

16.2019诺贝尔生理医学奖授予威廉・凯林、彼得・拉特克利夫、格雷格・塞门扎三位，表彰

他们在理解细胞感知和适应氧气变化机制中的贡献。其中在机体缺氧时，肾脏产生红细胞生

成酶，该酶作用于肝脏所生成的促红细胞生成素原，使其转变成促红细胞生成素（ESF）。促

红细胞生成素一方面刺激骨髓造血组织，使周围血液中红细胞数增加，改善缺氧；另一方面

又反馈性地抑制肝脏中的促红细胞生成素原的生成（如图所示）。以下叙述错误的是

A.促红细胞生成素抑制肝脏中的促红细胞生成素原的生成，这属于负反馈调节，这种机制

保证了生物体内物质含量的相对稳定

B.骨髓中的造血干细胞还能产生淋巴细胞，参与免疫调节

C.促红细胞生成素作用的靶细胞是红细胞，红细胞数量增加可增加携氧能力，改善缺氧

D.血浆中含有较多的蛋白质，血浆渗透压的大小主要与无机盐、蛋白质含量有关

17.《美国科学院院报》最近发表了颠覆累积突变导致癌症的观点。一些癌细胞能在缺氧环

境下占生存优势，而在健康富氧组织中，癌细胞会因没有竞争优势而被淘汰或抑制。下列说

答案第6页，总36页

法错误的是（)

A.传统观点认为癌细胞的产生是由于细胞中遗传物质发生了变化

B.按此新观点，癌症的治疗和药物设计应保证癌变组织缺氧

C.通过镜检观察细胞形态可作为判断细胞癌变的依据

D.在长期吸烟或压力环境下，细胞发生癌变的可能性将提高

18.兴奋性是指细胞接受刺激产生兴奋的能力。为探究不同缺氧时间对神经细胞兴奋性的影

响，研究人员利用体外培养的大鼠神经细胞进行了实验，结果如图所示。下列分析不正确的

A.静息电位的维持需要消耗ATP

B.缺氧25min内,神经细胞的K+外流受到抑制

C.缺氧处理20min后细胞内外电位差逐渐变小

D.缺氧处理20min与lOmin相比，神经细胞的兴奋性低

19.兴奋性是指细胞接受刺激产生兴奋的能力.为探究不同缺氧时间对中枢神经细胞兴奋性

的影响，研究人员先将体外培养的大鼠海马神经细胞置于含氧培养液中，测定单细胞的静思

电位和阈强度（引发神经冲动的最小电刺激强度），之后再将其置于无氧培养液中，于不同

时间点重复上述测定，结果如图所示.下列分析正确的是（）

40

>_50(35

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555d30

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朝25

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60展20

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对照1015202530354045

乙缺氧时间(min)

汴：“M照”的效侑杲存含寂培养酒中测得的

A.本实验的自变量是是否缺氧

B.由图甲可知，神经细胞缺氧处理10分钟比缺氧处理20分钟时的兴奋性要低

C.由图乙可知，随着缺氧时间的延长，神经细胞的阈强度逐渐减小

D.在无氧条件下，细胞内ATP含量逐渐减少，影响了离子的跨膜转运，这是缺氧引起神经

细胞兴奋性改变的可能原因之一

20.诺贝尔医学奖获得者、德国著名医学家奥托•瓦尔伯格博士（Dr.OttoWarburg）发现，当

人体组织细胞中的氧含量低于正常值的60%以下时，缺氧的组织细胞就会癌变。进一步的

研究表明，癌细胞和正常分化细胞在有氧条件下产生的ATP总量没有明显差异，但癌细胞

即使在氧供应充分的条件下也主要是通过无氧呼吸途径获取能量。据此判断下列说法正确的

是（）

①缺氧环境会导致癌细胞的产生

②癌细胞从内环境中摄取并用于细胞呼吸的葡萄糖比正常细胞多很多

③癌细胞的线粒体可能存在功能障碍

④有氧条件下，癌细胞中与无氧呼吸有关的酶的活性增加了

A.①②③B.②③④C.①③④D.①②③④

21.在机体缺氧时，肾脏产生红细胞生存酶，该酶作用与肝脏所生成促红细胞生成的素原，

使其转变成促红细胞生成素（ESF）,促红细胞生成素一方面刺激骨髓造血组织，使周围血

液中红细胞数增加，从而改善缺氧；另一方面又反馈性地抑制肝脏中的促红细胞生成素原的

生成（如下图所示）。以下叙述错误的是

缺氧--------画

II—

红细胞生成唧保红细胸生成素原

红细胞

骨酷0------ESF------------------------------

造血组织促红细胞生成素

A.骨髓中的造血干细胞还能产生淋巴细胞，参与免疫调节

B.促红细胞生成素作用的靶细胞是红细胞，红细胞数量增加可以增加携氧能力，改善缺氧

C.血浆中含有较多的蛋白质，血浆渗透压的大小主要与无机盐、蛋白质含量有关

D.促红细胞生成素抑制肝脏中的促红细胞生成素原的生成，这种反馈属于负反馈调节，这

种机制保证生物体内物质含量的稳定，不会造成浪费作用的靶细胞是红细胞，红细胞数量增

加可以增加携氧能力，改善缺氧

第II卷（非选择题）

答案第8页，总36页

请点击修改第II卷的文字说明

二、综合题

22.2019年诺贝尔生理学或医学奖授予Kaelin、Ratcliffe和Semenza,以表彰他们革命性

地发现让人们理解了细胞在分子水平上感受氧气的基本原理，他们主要是对缺氧诱导因子

HIF-la水平调节机制进行了深入研究。正常氧条件下，HIF-la会被蛋白酶体降解;

缺氧环境下，HIF—la能促进缺氧相关基因的表达而使细胞适应低氧环境。该研究为抗

击贫血、癌症和许多其他疾病的新策略铺平了道路。作用机制见下图，据图分析回答下列

问题：

（1）HIF-la被彻底水解的产物是,被降解所需要的条件有o

（2）缺氧条件下，HIF—la含量会,通过（结构）进入细

胞核发挥作用。

（3）当人体处于缺氧状态时，促红细胞生成素（EPO）就会增加，刺激骨髓生成新的红细

胞，并制造新血管，而红细胞能够运输氧气。据此推测，HIF—la,能够

（选填“促进”或"抑制”）EPO基因的表达。己知EPO是一种糖蛋白类激素，与EPO合

成和分泌有关的细胞器有。

（4）当氧气水平较低，肿瘤细胞会开启特定基因发送信号，诱导新生血管生成为其提供新

鲜氧气，同时也为癌细胞带来生长和传播所需的营养物质。如果能打破癌细胞的缺氧保护，

就有可能抑制癌细胞的生长，甚至杀死癌细胞。结合以上内容，提出治疗癌症的一种新策

略：o

23.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，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-卜和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-k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-1”脯氨酸中的氢原子

结合形成羟基。羟基化的HIF-1”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-1”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-1”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一。

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

是因为一«

（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,

答案第10页，总36页

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。

24.2019年诺贝尔生理学或医学奖颁给了揭示人体细胞的氧气感知通路及信号机制的科学

家。下图表示氧气供应正常时，细胞内低氧诱导因子（HIF-la）会被蛋白酶降解：氧气供应

不足时，HIF-la将转移到细胞核中。该项研究不仅在基础科研上极具价值，更有望为癌症

等多种疾病的治疗打开思路。请据图回答下列问题：

（1）正常条件下，氧气通过的方式进入细胞，细胞内合成HIF-la的场所是

（2）云南呈贡训练基地海拔2000多米，中国田径队常在此集训以提高成绩。高海拔地区氧

气供应不足，运动员细胞中的HIF-la将通过进入细胞核，和其他因子（ARNT）一起

与EPO基因上游的调控序列结合，（选填“促进”、“抑制”）EPO基因的表达，

EPO可刺激骨髓造血干细胞，使其，从而提高氧气的运输能力。

（3）由上述信号机制可知，干扰HIF-la的是治疗贫血的新思路。

（4）为了进一步探究HIF-la的作用，研究人员进行了以下实验，请分析回答。

肿瘤质量（g）

注射物

培养9天培养21天

实验鼠HIF-la基因缺陷型胚胎干细胞0.70.8

对照鼠野生型胚胎干细胞1.75.2

肿瘤细胞的将导致肿瘤附近局部供氧不足，请从打破癌细胞缺氧保护机制的

角度提出治疗癌症的新思路：.

25.2019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

能降解，缺氧环境下，H1F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。

骨髓

肾脏

注：表示促进，“一”表示抑制

（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），引起缺氧相关基

因的表达，这个过程需要的原料有o

（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:。

26.促红细胞生成素（EPO）是人体内的一种激素，其合成受HIF（缺氧诱导因子）调节。

HIE调节EPO含量变化的机制研究被授予2019年诺贝尔生理学或医学奖，调节的部分过程

如下。

答案第12页，总36页

（1）EPO发挥调节作用的特点是。（答出两点即可）

（2）缺氧情况下，HIF激活靶基因的HRE（缺氧应答元件）以促进EPO合成，EPO作为

分子作用于骨髓造血组织，促进红细胞生成，提高氧气运输能力，增加氧含量；

氧含量增加反过来促进HIF降解，以减少EPO的合成，这种调节方式称为0

（3）红细胞数量的增加可促进代谢，提升运动机能，据此分析耐力运动员进行高原训练的

科学原理是o

（4）注射的外源EPO功能与内源EPO几乎无差别，注射后很快（不超过24h）被水解，无

法从尿液中检出，因而被某些运动员用作兴奋剂。据此分析，反EPO兴奋剂检测需要注意

的是。（答出两点即可）

27.研究发现，北欧鲫鱼在正常情况下的能量代谢过程与绝大多数动物一样，但在寒冷、缺

氧的环境中，有其特异的代谢途径（如下图中的①T②T⑤T⑥），使之能在冬季冰冻的小

池塘里生活数月之久（酒精在一80℃的状态下不会凝固）。回答下列问题：

脑细胞

(2)北欧鲫鱼肌细胞中④过程发生的具体场所是,该过程产生的能量去向是

(3)寒冷、缺氧环境下，北欧鲫鱼经过其特异的代谢途径①一②―⑤一⑥产生的酒精随血

液流入鳏，再扩散到周围水环境中，其生物学意义是。

(4)研究发现，寒冷、缺氧环境下北欧鲫鱼除了具有特异的代谢途径外，鱼脑组织血流量

也会增加，该变化的生物学意义是o

28.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：

答案第14页，总36页

（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崎，有利于。人体在缺氧条件下，细胞呼吸的产物

有O

（2）如图所示，常氧条件下，经过的催化，HIF-la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-la蛋白降解。

（3）由图可知，缺氧条件下，HIF-la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

。止匕外，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。

29.阅读下面的材料，完成（1）〜（3）题。

细胞是如何应对缺氧的

2019年度的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・萨门扎

三位科学家，他们阐明了人类和大多数动物细胞在分子水平上感受、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，从而

加快氧气输送——这就是细胞的缺氧保护机制。那么是什么在激活、调控这300多种基因呢？

科学家在研究地中海贫血症的过程中无意间发现了“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，其中对氧气敏感的部分是HIF-la；而蛋白

ARNT稳定表达且不受氧调节。所以，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，HIF-la会被降解。进一步的研究表明，在脯氨酰羟化酶的参与

下，氧原子与HIF-la哺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，最终被蛋白酶体降解。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来治疗贫血，同时还可能促进新血

管生成，治疗循环不良等。

（1）下列生命活动中，会受氧气含量的影响的是。

A.细胞吸水B.蛋白质合成C.细胞分裂D.兴奋的传导

（2）请根据文章内容，将下图氧气感知机制的分子通路补充完整,并写出A-D代表的物质。

（3）VHL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。推测与正常人相比，患者体内HIF-la的含

答案第16页，总36页

量o要抑制此类患者的肿瘤生长，可以采取的治疗思路有哪些___________?

30.2019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：

k/v/vx/Wx►率HIF

mRNA

.低氧时

HIF基因EPO基因

(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__________

(2)H1F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。

参考答案

1.B

【解析】

【分析】

依题文信息可知，氧气含量低时，HIF会增加，所以HIF可能会被保护而不会被降解。

【详解】

A.人体红细胞无细胞核和细胞器，不能进行分裂增殖，A错误。

B.依题文，在缺氧条件下，缺氧诱导因子（HIF）会增加，所以氧气含量低时，HIF可能会

被保护而不会被降解，B正确。

C.若细胞中的HIF被抑制，红细胞生成量减少，细胞中氧气含量减少，C错误。

D.红细胞内无细胞核，所以不可完成相关基因的表达过程，D错误。

故选B。

【点睛】

本题文需重点掌握获取材料有效信息和基础知识相结合的能力。

2.C

【解析】

【分析】

题意分析：血液中氧气含量降低时，会刺激肾脏的某些细胞会分泌分泌一种促进红细胞生成

的激素（EPO）,该激素会作用于骨髓造血干细胞，使得红细胞数目增多，使氧气运输增多，

以缓解机体缺氧的状态，这是机体的自我调节性的适应。

【详解】

A、高海拔地区氧气稀薄，致使体内EPO分泌增加，红细胞数量增多有利于机体适应低氧

环境，A正确；

B、运动比赛会导致机体血氧浓度降低，使用EPO及其功能类似物会增加红细胞数量，进而

增强运动员耐受低血氧的能力，提高比赛成绩，B正确；

C、EPO作为激素，参与体液调节，其分泌细胞（而非靶细胞）是肾脏细胞，C错误；

D、血氧含量的降低是引起脑干中呼吸中枢的有效刺激，会引起脑干中呼吸中枢的兴奋，D

正确。

故选C«

3.B

答案第18页，总36页

【解析】

【分析】

在缺氧条件下，HIF-la通过核孔进入细胞核内，促进EPO基因的表达，而使促红细胞生成

素(EPO)增加，使得细胞适应低氧环境。

【详解】

A、正常条件下，氧气进入细胞的方式为自由扩散，A错误；

B、脯氨酰羟化酶基因被敲除，细胞中缺少脯氨酸酰羟化酶，则HIF-la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，故若将细胞中的肺氨酰羟化酶基

因敲除，EPO的合成量会增加，B正确；

C、通过分析可知，氧气供应不足时，HIF-la进入细胞核，与其他因子(ARNT)一起增强EPO

基因的表达，C错误；

D、HIF-la进入细胞核是通过核孔，葡萄糖进入红细胞是协助扩散，D错误。

故选B。

4.C

【解析】

【分析】

分析题文描述可知：在氧气供应不足时，在合成促红细胞生成素(EPO)的细胞内持续表

达并积累的低氧诱导因子(HIF-la)可以促进EPO的合成，进而促进红细胞的生成，使红

细胞增多以适应低氧环境。氧气供应不足时，促红细胞生成素(EPO)和低氧诱导因子

(HIF-la)之间为反馈调节。

【详解】

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-la,因此生

活在高原的人体内HIF-la的水平可能要比一般人高，A正确；

B、干扰HIF-la的降解，细胞内积累的HIF-la可以促进EPO的合成，EPO刺激骨髓生成新

的红细胞，进而改善贫血状况，B正确；

C、在氧气供应不足时，细胞内积累的HIF-la可以促进EPO的合成，可见，若氧气供应不

足，HIF-la会使EPO基因的表达水平升高，C错误；

D、抑制癌细胞中HIF-la基因的表达可以使EPO的合成减少，从而抑制红细胞增殖，为癌

症治疗提供新思路，D正确。

故选C。

【点睛】

本题作为信息类题目，需要考生从题干中提取促红细胞生成素(EPO)与低氧诱导因子

(HIF-la)之间关联等信息来解决问题。

5.D

【解析】

【分析】

有氧呼吸的第一阶段是葡萄糖酵解产生丙酮酸和田|,同时合成少量ATP,发生在细胞质基

质中；有氧呼吸的第二阶段是丙酮酸和水反应形成二氧化碳和|H］,同时合成少量ATP,发

生在线粒体基质中；有氧呼吸的第三阶段是［H］与氧气结合形成水，合成大量ATP,发生在

线粒体内膜上。细胞分化的实质是基因选择性表达。基因表达的产物是蛋白质。

【详解】

A、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；

B、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；

C、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；

D、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。

故选D。

【点睛】

本题考查运输方式、有氧呼吸过程和细胞分化的相关知识，识记所学基础知识是解题关键。

6.A

【解析】

【分析】

由图可知，随着海拔高度增加，空气中氧气含量降低，机体会增加红细胞的数量，以利于增

强机体携带氧的能力，但机体增加红细胞数量的能力是有限的，所以随着海拔高度的增加，

人体会出现缺氧的症状。

【详解】

A、人体属于需氧型生物，主要进行有氧呼吸，在缺氧或剧烈运动时，部分细胞可进行无氧

呼吸产生能量以补充有氧呼吸产生能量的不足，所以随海拔高度增加，人体细胞仍主要进行

答案第20页，总36页

有氧呼吸，A错误；

B、Ch进入组织细胞的方式为自由扩散，B正确；

C、红细胞数量增加，在低氧条件下可有更多的机会结合氧，有利于增强机体携带氧的能力，

C正确；

D、在高海拔处，机体的红细胞数量增加，这是机体的一种适应性调节过程，返回低海拔时，

人体通过自身的调节，会使红细胞对高海拔的适应性变化逐渐消失，D正确。

故选Ao

7.A

【解析】

【分析】

分析题意可知，细胞缺氧状态下，HIF含量增加，促进缺氧相关基因的表达，从而使细胞适

应缺氧环境，而正常供氧条件下，HIF会被蛋白酶水解，HIF含量减少，与缺氧相关的基因

表达减少。

【详解】

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。

8.C

【解析】

【分析】

当细胞缺氧时，HIF-Ia与ARNT结合，通过调节基因表达促进EPO的生成，使红细胞数量

增加，以运输更多氧气；当氧气充足时，HIF-la羟基化后被蛋白酶降解。

【详解】

A、HIF-la能被蛋白酶降解，说明其本质为蛋白质，降解后生成多种氨基酸分子，A正确;

B、由题意可知EPO是一种蛋白质激素，其翻译过程中tRNA携带氨基酸与mRNA上密码

子发生碱基互补配对，B正确；

C、由题干可知HIF-la与ARNT结合到DNA上对基因的表达有调节作用并非催化,C错误；

D、高海拔地区氧气稀薄，细胞缺氧，HIF-la与ARNT结合，生成更多EPO,促进红细胞

生成，D正确。

故选C。

【点睛】

本题通过考查人体缺氧时HIF-la的调节机制，来考查基础知识的掌握和运用，以及获取题

干信息和读图能力。

9.D

【解析】

【分析】

1、组织水肿是在特殊情况下，组织液渗透压升高或血浆、细胞内液渗透压降低，使血浆细

胞内液中的水渗透到组织液中，导致水肿的现象。

2、引起组织水肿的原因如下：过敏反应、肾炎或组织损伤导致毛细血管壁通透性增强，血

浆蛋白渗出，血浆渗透压降低，导致组织液增多；长期营养不良、摄入蛋白质不足，血浆蛋

白减少，血浆渗透压降低，组织液增多，引起组织水肿；毛细淋巴管受阻，组织液中溶质微

粒数目增多，组织液渗透压升高引起组织水肿；局部组织细胞代谢旺盛，组织液中溶质微粒

数目增多，组织液渗渗透压升高，组织液增多，引起组织水肿。

【详解】

A、正常情况下，脑组织液中的大部分物质会被毛细血管的静脉端重新吸收进入血浆，从而

保证了血浆和组织液之间渗透压的平衡，A正确；

B、脑内缺氧缺血会造成脑细胞代谢紊乱，较多废物释放到组织液中，使得组织液渗透压相

对增高，造成组织水肿，B正确；

C、若脑部血浆渗透压降低，则脑部组织液渗透压相对增高，导致水分子会通过血管壁进入

组织液造成组织水肿，C正确；

D、脑细胞内的液体构成细胞内液，可以通过内环境可以与外界环境进行物质交换，D错误。

故选D。

答案第22页，总36页

10.D

【解析】

【分析】

由图可知，在氧气充足时，HIF会被降解，在缺氧时，HIF会诱导相关基因的表达，适应低

氧环境。

【详解】

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；

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在脯氨酰羟化前、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。

11.B

【解析】

【分析】

根据题意分析可知，在正常氧条件下，HIF相关酶的作用下被降解；而在缺氧条件下，HIF

通过核孔进入细胞核内，促进EPO基因的表达，而使促红细胞生成素(EPO)增加，使得

细胞适应低氧环境。

【详解】

A、HIF属于蛋白质，核糖体是蛋白质的合成场所，蛋白质用双缩服试剂检测呈紫色，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Bo

【点睛】

本题以细胞在分子水平上感受氧气的基本原理的研究机制为背景考查学生获取信息和解决

问题的能力，要求学生能够正确分析获取有效信息，结合题干的条件和所学的转录、翻译以

及分泌蛋白的合成与分泌的知识点，解决问题，这是突破该题的关键。

12.D

【解析】

【分析】

在缺氧条件下，机体会产生HIF1,HIFI诱导肾脏产生促红细胞生成素（EPO）,EPO会促进

血管和红细胞的生成；在氧气充足的条件下，HIF1会被蛋白酶降解。

【详解】

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-la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、脯氨酰烧化酶、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-la蛋白的数量会增多，基因数量不变，D错

误。

故选D。

13.C

【解析】

【分析】

当氧水平低（低氧）时，HIF-la被保护免于降解，积聚在细胞核中，与ARNT及低氧调节

基因中的特定DNA序列（HRE）结合［1］；在正常的氧气水平下，HIF-la被蛋白酶体迅速

降解［2］；氧气通过向HIF-la添加羟基（一0H）来调节降解过程［3］；随后，VHL蛋白可

以识别HIF-la并与之形成复合物，从而导致其以氧依赖性方式降解［4］。

【详解】

A、由图分析可知，在氧气充足的情况下，缺氧诱导因子蛋白HIF-la通过过程［3］⑷⑵快

速被降解，A正确；

B、缺氧时，HIF-la被保护避免被降解，并进入细胞核中与ARNT结合，通过过程［1］启动

红细胞生成因子基因的表达，能够增加机体红细胞的产生，以适应缺氧的环境，B正确；

C、开发新型药物激活氧气调节机制促进过程⑴可有效治疗贫血，C错误；

D、机体进行剧烈运动时.，肌肉处于缺氧状态，可以通过⑴过程适应缺氧环境，D正确。

答案第24页，总36页

故选c。

14.C

【解析】

【分析】

内环境的理化性质主要包括温度、pH和渗透压：

(1)人体细胞外液的温度一般维持在37℃左右；

(2)正常人的血浆接近中性，pH为7.35〜7.45.血浆的pH之所以能够保持稳定，与它含

有的缓冲物质有关；

(3)血浆渗透压的大小主要与无机盐、蛋白质的含量有关。在组成细胞外液的各种无机盐

离子中，含量上占有明显优势的是Na+和C1,细胞外液渗透压的90%来源于Na+和C「。

【详解】

A、缺氧诱导因子(HIF)是哺乳动物在缺氧状态下的调节因子，因此剧烈运动时HIF合成

增多，A错误；

B、HIF是哺乳动物在缺氧状态下的调节因子，HIF合成不会导致乳酸的产生，是无氧呼吸

产生了乳酸，B错误：

C、HIF是哺乳动物在缺氧状态下的调节因子，HIF的作用有助于维持内环境稳态，C正确；

D、HIF是哺乳动物在缺氧状态下的调节因子，因此提高HIF的活性可治疗缺氧性疾病，D

错误。

故选C。

【点睛】

解答本题关键要抓住题干信息”缺氧诱导因子(HIF)是哺乳动物在缺氧状态下的调节因子”

进行分析。

15.D

【解析】

【分析】

根据题干信息分析，缺氧条件下，氧诱导因素(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，结果是红细胞的

数量发生改变，据此答题。

【详解】

A、正常红细胞已经分化，不能分裂，A错误；

B、蛋臼质等生物大分子通过核孔进入细胞核，B错误；

C、根据题意分析可知，缺氧诱导因子在缺氧条件下发挥作用，诱导机体产生更多的红细胞

以适应缺氧条件，C错误；

D、缺氧诱导因子激活相关基因的表达过程存在信息交流，D正确。

故选D。

16.C

【解析】

【分析】

血浆渗透压的大小主要与无机盐、蛋白质的含量有关。在组成细胞外液的各种无机盐离子中，

含量上占有明显优势的是Na+和C1-,细胞外液渗透压的90%来源于Na+和

【详解】

A、根据题意和图示分析可知：促红细胞生成素一方面刺激骨髓造血组织，使周围血液中红

细胞数增加，另一方面又反馈性的抑制肝脏中的促红细胞生成素原的生成，所以促红细胞生

成素抑制肝脏中的促红细胞生成素原的生成这种反馈属于负反馈调节，这种机制保证生物体

内物质含量的稳定，A正确；

B、骨髓中的造血干细胞除能产生血细胞处，还能产生B淋巴细胞和T淋巴细胞等，参与免

疫调节，B正确；

C、促红细胞生成素作用的靶细胞是骨髓造血干细胞，C错误；

D、血浆中含有较多的蛋白质，血浆渗透压的大小主要与无机盐、蛋白质含量有关，D正确；

故选C。

【点睛】

本题主要是从图中看出各生物名称之间的关系，图中显示出的是一个负反馈调节过程，在结

合题干回答，D选项中知识需要从教材识记。

17.B

【解析】

【分析】

癌细胞的特征：无限增殖；形态结构发生改变；糖蛋白等减少。

【详解】

细胞癌变的根本原因是基因突变，A正确；癌细胞在缺氧条件下更占优势，故治疗不能在缺

氧条件下进行，B错误；癌变的细胞形态结构会发生改变，故可以镜检其形态结构作为判断

答案第26页，总36页

依据，C正确；长期吸烟容易诱发癌变，D正确。故选B。

18.B

【解析】

【分析】

据题意可知，实验目的为探究不同缺氧时间对中枢神经细胞兴奋性的影响，故自变量为缺氧

时间，因变量是静息电位数值。静息时，K离子外流，膜外电位高于膜内，表现为外正内负；

兴奋时，Na离子通道开放，Na离子内流，膜内电位高于膜外，表现为外负内正。

【详解】

静息电位的维持需要钠钾泵参与，属于主动运输，需要消耗ATP,A正确；由图可知，缺氧

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