热点：2019年诺贝尔生理学或医学奖揭晓，附高考知识点

当地时间10月7日，2019年诺贝尔生理学或医学奖揭晓。

这里特别要@高三同学们，近几年的高考试题，几乎每年都会结合诺贝尔奖出题，内容主要涉及物理、化学、生物等学科。例如，2019年高考全国Ⅲ卷理综第36题以合成步骤少、产率高和操作简单的获得诺贝尔化学奖的Heck反应合成氧化白藜芦醇为基础，考查该功能物质的性质。万万没想到吧，忙着看书复习的同时，也要关注时事新闻！

诺贝尔委员会宣布，将2019年诺贝尔生理学或医学奖颁发给 William G. Kaelin 教授、Peter J. Ratcliffe 教授、以及 Gregg L. Semenza 教授，以表彰他们发现“细胞如何感知和适应氧可用性”。

看起来是不是不明觉厉，但又不知道这三个大神牛在哪里？

我们知道，氧气对于人类动物的重要性，天天呼吸，却常不经意间忽略它的存在。这次的诺贝尔生理学或医学奖给了这三位大神，就是因为他们的研究解释了为什么对人类以及绝大多数动物而言，氧气是那么的重要。简单来说，理解细胞在分子水平上感受氧气的基本原理，对深入理解肿瘤或是癌症的发生十分重要，另外低氧和许多疾病有关，例如心肌梗死、中风和外周血管疾病等。在众多基础医学研究中，人体内部的氧气调节机制一直是重点，尽管呼吸氧气是每个人都习以为常的事情，但人的细胞和组织究竟如何调节和适应氧气水平的变化，直至这三位科学家的研究，我们才得以一窥一二。

今年的诺贝尔生理或医学奖获得者，揭示了细胞如何感知和适应氧气变化，这一生命中最重要的适应过程之一的机制。他们为我们了解氧水平如何影响细胞代谢和生理功能奠定了基础，他们的发现也为抗击贫血、癌症和许多其他疾病的新策略铺平了道路。

William Kaelin 曾在 David Livingston教授的实验室中分离出了E2F蛋白，并发现它能够结合DNA，促进细胞增殖。在通常的情况下，E2F会被抑癌蛋白RB抑制，从而防止细胞过度分裂。然而当RB蛋白出现突变时，细胞就会不受控制地分裂，导致视网膜母细胞瘤的发生。

 William G. Kaelin哈佛大学
小威廉·乔治·凯林是美国癌症学家、哈佛医学院教授。他 1957 年出生于美国纽约，1979 年获杜克大学化学学士学位，1982 获得杜克大学医学博士学位。1998 年，凯林成为霍华德·休斯医学研究所研究员。目前，凯林是哈佛医学院丹纳-法伯研究所基础科学部副主任、布莱根妇女医院高级内科医师。凯林的工作为理解与癌症发生有关的细胞信号传导做出了贡献。他的团队的研究对象包括视网膜母细胞瘤、 希佩尔-林道综合征（von Hippel-Lindau，简称 VHL），抑癌基因 RB-1 以及 p53 等。希佩尔-林道综合征是因位于3号染色体短臂（3P25-26）的VHL抑癌基因突变所致。凯林发现， VHL 蛋白通过参与缺氧诱导因子（HIF）的标记而抑制它：如果氧气不足，则 HIF 的羟基化程度降低，因此无法正常被 VHL 蛋白标记，从而启动血管的生长。2010 年，凯林当选美国国家科学院院士，并获盖尔德纳国际奖；2016 年凯林获拉斯克基础医学研究奖。目前，凯林的研究兴趣聚焦在于理解抑癌基因的突变对肿瘤发生的影响，即为什么影响肿瘤抑制基因的突变会导致癌症。凯林希望自己的工作可以为基于特定肿瘤抑制蛋白的生化功能的新抗癌疗法奠定基础。Peter J. Ratcliffe彼得·J·拉特克利夫先后求学于剑桥大学和圣巴多罗买医院（St Bartholomew's Hospital），后来在牛津大学研究肾循环生理学。随后他开始研究造血生长因子——促红细胞生成素，这种物质由肾脏产生，是对血氧水平下降的响应机制。1990年，作为惠康基金会高级研究员，他在牛津大学韦瑟罗尔分子医学研究所（Weatherall Institute of Molecular Medicine）成立了缺氧生物学实验室（Hypoxia Biology laboratory）。这项研究工作开启了对氧气感知过程的发现，这一过程不仅决定了肾脏和肝脏如何调控促红细胞生成素水平，更是存在于几乎所有的动物细胞中；无论细胞是否产生促红细胞生成素，这一过程都在其中主导了众多细胞和系统过程，对缺氧作出响应。拉特克利夫于2002年入选英国皇家学会和英国医学科学院。他也是欧洲分子生物学组织（EMBO）成员和美国艺术与科学学院（AAAS）外籍荣誉成员。他对氧气感知的研究工作已经获得多项大奖，包括2016年拉斯克奖。他于2016年5月起担任弗朗西斯·克里克研究所临床研究主任，同时他也是牛津大学路德维希癌症研究院（Ludwig Institute of Cancer Research）成员和标靶研发院（Target Discovery Institute）主任。Gregg L. Semenza约翰霍普金斯大学1956年7月1日出生，美国医学家。研究方向为生命系统的氧气代谢调控。他的团队发现HIF-1（缺氧诱导因子-1）所调控的基因能够作用于线粒体呼吸。它能够指导细胞对缺氧状况的特殊反应和心血管系统的变化。在一些癌症疾病中，能观察到HIF的过度表达。赛门扎1974年进入哈佛大学学习遗传学，随后在宾夕法尼亚大学获得博士学位。1986年赴约翰·霍普金斯大学做博士后研究，后成为该校教授。赛门扎2008年成为美国国家科学院院士。2010年获盖尔德纳国际奖，2016年获拉斯克基础医学研究奖。

    我们第一时间收集了“氧气感知”相关高中生物试题，通过这些试题可以从高中生物考查角度去解读这些诺奖成就！

1.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

【答案】C

【解析】A错误,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；

B错误,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；

C正确,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；

D错误,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。

2．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(如下图所示)。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

【答案】C

【解析】据图可知，当ESF过多时，会抑制肝脏的功能，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，A正确；淋巴细胞起源于骨髓中的造血干细胞，B正确；根据图示分析可知，ESF作用的靶细胞是骨髓造血组织中造血干细胞，进而使得红细胞数量增加，C错误；血浆渗透压的大小与蛋白质和无机盐含量有关，D正确。

3．随着肿瘤增长超过了其血管供应，它的内部会缺氧，缺氧能够诱导肿瘤细胞产生一种特异性的转录因子(即能激活特定基因表达的蛋白质——HIF-1)，进而促进血管生成。科学家为了探究HIF-1的作用，进行了相关实验，结果如下表，分析并回答问题：

（1）由于肿瘤细胞具有_________特点，对营养物质和氧气的需求量较大。在实验过程中可以通过_____________技术检测HIF-1是否存在，保证实验鼠注入的胚胎干细胞HIF-1基因被成功敲除。

（2）上表结果表明HIF-1可以_______________。

（3）为进一步研究HIF-1作用机理，检测两组鼠血液中血管内皮生长因子（VECF）含量，结果如下表格。

注：VECF是促进血管生成的生长因子

表格中A________鼠；B________鼠。缺氧情况下，HIF-1可以明显促进_______合成，进而促进_______生成，增加对肿瘤细胞的快速氧供应，进一步促进肿瘤的生长，随肿瘤质量增加，对氧气又有更高的要求，该调节方式称为_________。

（4）科学家还从原发性肿瘤中分离出了血管生成抑制素和内皮抑制素，通过实验证明这两种激素都可以抑制血管生成。在肿瘤治疗过程中，当切除原发性肿瘤后往往会导致继发性肿瘤更迅速生长，根据上述资料，分析“继发性肿瘤更迅速生长”的原因可能是机体内______含量减少，从而使VECF含量________，进而促进癌细胞周围血管生成。

【答案】（1）无限增殖  抗原-抗体杂交

（2）促进肿瘤生长

（3）实验  对照     VECF   肿瘤细胞周围血管  正反馈调节 

（4）血管生成抑制素和内皮抑制素  增多

4.下图一是人体中红细胞数量变化的调节机制示意图（“+”表示促进，“-”表示抑制作用，EPO为促红细胞生成素）。研究表明，在肾脏细胞内存在一些分子（氧感受器）在缺氧条件下被激活，导致促红细胞生成素基因表达。图二是10名登山队员（24~38岁）在中尼边境攀登过程中平均红细胞计数和血红蛋白水平与平均夜营高度的关系；请回答下列问题：

（1）缺氧导致红细胞数量增加的调节方式属于_______调节，红细胞数量的增加，导致血液中O2分压增加，肾脏分泌促红细胞生成素减少，这种调节机制是_______，保证了体内红细胞数量的保持相对稳定。

（2）从图一可以看出，尿毒症患者容易发生贫血，原因是_______。

（3）成熟的红细胞是没有细胞核的。从图二曲线可知，登山第37天之后，红细胞数量不再增加，但是红细胞中的血红蛋白仍在增加，原因是_______。登山运动员体内促红细胞生成素含量最高出现在红细胞含量最多_______（填“之前”或“之后”）。

（4）在登山37天之后，登山运动员仍处于高海拔地区，体内红细胞数量不再增加的原因是_______。

（5）我国在昆明建有很多体育训练基地，中长跑运动员和足球运动员在比赛前常常到这些基地训练一段时间，原因是_______。

【答案】（1）体液调节  负反馈

（2）肾功能发生损害，会造成促红细胞生成素的合成下降，导致红细胞产生减少

（3）红细胞未成熟时转录形成的mRNA仍继续指导蛋白质的合成   之前

（4）红细胞数量多，携带的氧气多，血液中O2分压升高，抑制促红细胞生成素的合成

（5）昆明海拔高，空气中含氧量低，能促进运动员产生更多的促红细胞生成素，使体内产生更多的红细胞，提高血液的运输氧气的能力，保证比赛时细胞得到足够的氧气

5．兴奋剂是国际体育界对所有违禁药物的总称，包含种类很多，常用兴奋剂有雄性激素及其衍生物、促红细胞生成素(EPO)等。EPO作为一种糖蛋白激素，能够刺激骨髓造血功能，机理如图1所示，图2是人体细胞模式图。请回答下列相关问题：

（1）雄性激素及其衍生物类兴奋剂的化学本质是_______，男性运动员长期服用此类兴奋剂会使血液中雄性激素含量过高，从而_______下丘脑和垂体的活动，导致相关激素（如促性腺激素等）的分泌量_______，进而引起自身雄激素分泌异常，严重时甚至会导致性腺萎缩。

（2）与促红细胞生成素（EPO）合成和分泌有关的具有膜结构的细胞器有_______（用图2 中的数字表示），EPO的受体是一种膜蛋白，负责合成EPO受体的非膜性细胞器是_______（用图2中的数字表示）

（3）由图1可知，促红细胞生成素（EPO）能够增强骨髓造血干细胞的活动，从而增加血液中红细胞的数量，促进机体细胞进行______________呼吸提供能量。运动员长期注射EPO会使机体血液中血浆比例相对减小，从而影响内环境的           。

（4）兴奋剂的检测有尿样检测和血液检查两种取样方式，对EPO的检测适用于_______ 检查。

【答案】（1）脂质       抑制        减少

（2）⑤②④    ⑦   

（3）有氧      稳态   

（4）血液

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