Question

【題目】肝癌在我國(guó)的發(fā)病率高，容易復(fù)發(fā)，遠(yuǎn)期療效不滿(mǎn)意。研究人員對(duì)肝癌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)及代謝進(jìn)行了相關(guān)的研究。癌細(xì)胞有無(wú)限增殖的特點(diǎn)，腫瘤惡性增殖往往快于血管新生的速度，隨著細(xì)胞數(shù)目增多和體積增大，惡性實(shí)體腫瘤內(nèi)部逐漸形成慢性營(yíng)養(yǎng)缺乏的微環(huán)境，因此腫瘤細(xì)胞需要通過(guò)調(diào)整細(xì)胞代謝才能繼續(xù)生存。

（1）線(xiàn)粒體是調(diào)控細(xì)胞代謝最重要的細(xì)胞器，通過(guò)不斷地分裂和融合調(diào)控自身功能，并對(duì)外界刺激做出適應(yīng)性反應(yīng)。下圖是細(xì)胞呼吸及線(xiàn)粒體融合和分裂的示意圖：

①葡萄糖在_________中分解為[H]和A，物質(zhì)A進(jìn)入線(xiàn)粒體徹底氧化分解。線(xiàn)粒體內(nèi)膜上分布的呼吸鏈復(fù)合體是參與有氧呼吸第三階段的酶，內(nèi)膜向內(nèi)折疊形成嵴的意義是_________________________。

②由圖可知線(xiàn)粒體外膜上的Mfn1/Mfn2蛋白、內(nèi)膜融合蛋白_________的作用實(shí)現(xiàn)了線(xiàn)粒體膜的融合，線(xiàn)粒體的長(zhǎng)度明顯變長(zhǎng)。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中DRP1的S616位點(diǎn)磷酸化，DRP1定位于線(xiàn)粒體外膜上，促進(jìn)__________________。

（2）已有研究發(fā)現(xiàn)肝癌腫瘤中心區(qū)域細(xì)胞中線(xiàn)粒體融合增強(qiáng)，線(xiàn)粒體長(zhǎng)度明顯長(zhǎng)于邊緣區(qū)域細(xì)胞，這些變化與肝癌細(xì)胞適應(yīng)營(yíng)養(yǎng)缺乏有關(guān)。為研究在營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)線(xiàn)粒體融合對(duì)肝癌細(xì)胞糖代謝的調(diào)控，研究者用肝癌細(xì)胞進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表：

	細(xì)胞耗氧速率	線(xiàn)粒體ATP產(chǎn)生量	胞外乳酸水平	線(xiàn)粒體嵴密度	呼吸鏈復(fù)合體的活性	乳酸脫氫酶量
甲組：常規(guī)培養(yǎng)組	4．2	1．0	0．35	10．1	0．91	1．01
乙組：營(yíng)養(yǎng)缺乏組	5．6	1．4	0．28	17．5	2．39	0．25
丙組：營(yíng)養(yǎng)缺乏+抑制DRP1S637磷酸化	3．1	0．8	0．38	9．8	1．22	1．22

注：線(xiàn)粒體嵴的密度=嵴的數(shù)目/線(xiàn)粒體長(zhǎng)度 乳酸脫氫酶是能催化丙酮酸生成乳酸的酶

丙組抑制DRP1S637磷酸化的目的是___________________________。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合（2），完善肝癌細(xì)胞在營(yíng)養(yǎng)缺乏條件下的代謝調(diào)途徑：肝癌細(xì)胞在營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)，__________________使線(xiàn)粒體融合增強(qiáng)，從而使線(xiàn)粒體嵴密度增加、呼吸鏈復(fù)合體的活性增加，有氧呼吸增強(qiáng)；同時(shí)因__________________而導(dǎo)致無(wú)氧呼吸減弱，細(xì)胞產(chǎn)能效率提高，從而適應(yīng)營(yíng)養(yǎng)缺乏環(huán)境。

Answer 1

【答案】細(xì)胞質(zhì)基質(zhì) 可以增大膜面積，為酶的附著提供更多位點(diǎn) OPA1 線(xiàn)粒體分裂 抑制肝癌細(xì)胞的線(xiàn)粒體融合 基質(zhì)中DRP1S637位點(diǎn)磷酸化增強(qiáng) 乳酸脫氫酶含量降低

【解析】

有氧呼吸第一階段是葡萄糖在酶的作用下分解為丙酮酸和[H]，發(fā)生場(chǎng)所在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)；有氧呼吸第二階段為丙酮酸和水在酶的作用下分解為[H]和二氧化碳（線(xiàn)粒體基質(zhì)）；有氧呼吸第三階段為[H]和氧氣在酶的作用生成水（場(chǎng)所：線(xiàn)粒體內(nèi)膜）。無(wú)氧呼吸第二階段丙酮酸和[H]在酶的作用下生成酒精、二氧化碳或者乳酸。

（1）①葡萄糖在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中分解為[H]和丙酮酸，物質(zhì)A是丙酮酸，丙酮酸進(jìn)入線(xiàn)粒體徹底氧化分解為二氧化碳和水；有氧呼吸第三階段發(fā)生在線(xiàn)粒體內(nèi)膜，所以線(xiàn)粒體內(nèi)膜上分布的呼吸鏈復(fù)合體是參與有氧呼吸第三階段的酶，內(nèi)膜向內(nèi)折疊形成嵴的意義是可以增大膜面積，為酶附著提供更多位點(diǎn)。

②線(xiàn)粒體外膜上的Mfn1/Mfn2蛋白和內(nèi)膜融合蛋白OPA1的作用實(shí)現(xiàn)了線(xiàn)粒體膜的融合，線(xiàn)粒體的長(zhǎng)度明顯變長(zhǎng)；從圖中可以看出，細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中DRP1的S616位點(diǎn)磷酸化，DRP1定位于線(xiàn)粒體外膜上，促進(jìn)線(xiàn)粒體的分裂。

（2）DRP1S637磷酸化促進(jìn)線(xiàn)粒體外膜上的Mfn1/Mfn2蛋白結(jié)合，從而促進(jìn)線(xiàn)粒體的融合，丙組抑制DRP1S637磷酸化，實(shí)質(zhì)上抑制肝癌細(xì)胞線(xiàn)粒體的融合。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合（2），肝癌細(xì)胞在營(yíng)養(yǎng)缺乏條件下，為了適應(yīng)環(huán)境，線(xiàn)粒體融合增強(qiáng)，首先基質(zhì)中DRP1S637磷酸化增強(qiáng)，促進(jìn)線(xiàn)粒體融合，線(xiàn)粒體嵴密度增加、呼吸鏈復(fù)合體的活性增加，有氧呼吸增強(qiáng)，細(xì)胞耗氧速率增加、線(xiàn)粒體ATP產(chǎn)生量增加，乳酸脫氫酶含量降低，無(wú)氧呼吸速率下降，胞外乳酸水平減少，細(xì)胞的產(chǎn)能效率提高，從而適應(yīng)營(yíng)養(yǎng)缺乏的環(huán)境。