科学研究：以肿瘤治疗为标志的代谢性研究已经成为生物医学研究的热点领域。

（2012年四川高考试题改编）研究表明，癌细胞和正常分化的细胞在有氧条件下产生的ATP总量没有明显差异，但癌细胞从内环境中摄取并用于细胞呼吸的葡萄糖是正常细胞的若干倍。如图是癌细胞在有氧条件下葡萄糖的部分代谢过程，据图分析回答问题。

（1）图中A代表细胞膜上的__________。葡萄糖进入癌细胞后，在代谢过程中可合成非必需氨基酸，此过程一定需要______元素，也可通过形成五碳糖进而合成____________作为DNA复制的原料。

（2）在有氧条件下，癌细胞呼吸作用的方式为________。与正常细胞相比，①～④过程在癌细胞中明显增强的有_______（填编号），代谢途径发生这种变化的意义在于能够________________，从而有利于癌细胞的增殖。

（3）细胞在致癌因素的影响下，相关基因的结构发生改变而被激活，进而调控______的合成来改变代谢途径。若要研制药物来抑制癌症患者细胞中的异常代谢途径，图中的过程________（填编号）不宜选为作用位点。

答案：（1）载体蛋白　氮　脱氧核苷酸　（2）需氧呼吸和厌氧呼吸　①②③　产生大量的中间产物，为合成DNA和蛋白质等重要物质提供原料　（3）酶　①④

解析：（1）细胞膜上的A代表运输葡萄糖的载体蛋白；在癌细胞中，通过②形成五碳糖乃至脱氧核糖核苷酸，作为DNA复制的原料。 （2）在有氧条件下，正常细胞一般进行有氧呼吸；而癌细胞由于快速增殖形成大量子细胞，可使部分细胞处于缺氧状态，呼吸作用可出现需氧呼吸④和厌氧呼吸③这两种方式。由于癌细胞从内环境中摄取的葡萄糖是正常细胞的若干倍，结合已知图形，与正常细胞相比，①～④过程在癌细胞中明显增强的有①②③；呼吸作用能够产生大量的中间产物，为合成DNA和蛋白质等重要物质提供原料，从而有利于癌细胞的增殖。 （3）在致癌因子的影响下，细胞中原癌基因发生结构改变即基因突变而成为癌基因最终被激活，基因控制性状的一条途径是调控酶的合成来改变代谢途径进而控制性状。图中①、④是正常细胞和癌细胞的共有途径，不宜选为研制治疗癌症患者的药物作用位点。

一、瓦博格效应

1920年，德国生理学家瓦博格（Warburg）发现：肝癌细胞的糖酵解活性较正常肝细胞活跃。

提出：即使在有氧状态下，肿瘤细胞也会优先进行糖酵解，而不是通过产能效率更高的氧化磷酸化途径为细胞生长提供能量，这就是著名的瓦博格效应。表现为葡萄糖摄取率高，糖酵解活跃，代谢产物乳酸含量高。糖酵解消耗更多葡萄糖，但产生的ATP数量比较少。

肿瘤细胞利用特殊的代谢方式获得能量和构筑细胞结构的材料，以满足细胞无限制的增殖。

瓦博格效应在植物中的含义是氧气浓度增加可以降低光合作用。

1931年，德国生理学家奥托•瓦博格因为发现细胞代谢关键的酶而获得诺贝尔医学生理学奖。

二、研究方向

1．阻断PKM2酶

   近年来，肿瘤代谢研究领域快速发展，科学家们在对癌细胞利用糖酵解促进生长及生存的分子机制研究中发现，一种名为M2型丙酮酸激酶（PKM2）的酶在癌细胞的糖代谢过程中发挥了关键性的作用。

丙酮酸激酶（PK）使磷酸烯醇式丙酮酸和ADP变为ATP和丙酮酸，是糖酵解过程中的主要限速酶之一，有M型和L型两种同工酶，M型又有M1及M2亚型。M1分布于心肌、骨骼肌和脑组织；M2分布于脑及肝脏等组织。L型同工酶主要存在于肝、肾及红细胞内。

许多正常细胞能产生PKM1，肿瘤细胞则表达更多活性低的PKM2。通过阻断PKM2可能具有阻断肿瘤细胞增殖的作用。

2．肿瘤抑制因子p53

中国科技大学生命学院吴缅教授和美国宾夕法尼亚大学杨小鲁教授的合作研究结果——肿瘤抑制因子p53通过直接抑制葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的活性调控细胞的生物合成，对此给予了科学解答。

p53是迄今为止细胞中最为重要的肿瘤抑制因子之一，人类50%以上的肿瘤细胞中都发现有它的缺失或突变。所以，p53在细胞的生长发育、周期调控、DNA修复以及细胞凋亡等过程中发挥着至关重要的作用。

实验证明，p53可以与磷酸戊糖途径上第一步反应的关键酶“葡萄糖-6-磷酸脱氢酶”相结合，并且抑制它的活性。在细胞正常的情况下，p53参与阻止这一旁路的进行，细胞中的葡萄糖因此被主要用于酵解和三羧酸循环，通过这些途径产生细胞生长所需的大量能量。但在p53发生突变或缺失的肿瘤细胞中，由于p53的突变使它失去了与葡萄糖-6-磷酸脱氢酶结合的能力和对该酶的抑制，大量的葡萄糖通过这一旁路被消耗，只能进行大量的生物合成，产生大量还原剂，满足了肿瘤细胞的快速、无限生长。