Question

【題目】肝癌在我國的發(fā)病率高，容易復發(fā)，遠期療效不滿意。研究人員對肝癌細胞的結(jié)構(gòu)及代謝進行了相關(guān)的研究。癌細胞有無限增殖的特點，腫瘤惡性增殖往往快于血管新生的速度，隨著細胞數(shù)目增多和體積增大，惡性實體腫瘤內(nèi)部逐漸形成慢性營養(yǎng)缺乏的微環(huán)境，因此腫瘤細胞需要通過調(diào)整細胞代謝才能繼續(xù)生存。

（1）線粒體是調(diào)控細胞代謝最重要的細胞器，通過不斷地分裂和融合調(diào)控自身功能，并對外界刺激做出適應性反應。下圖是細胞呼吸及線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進入線粒體徹底氧化分解。線粒體內(nèi)膜上分布的呼吸鏈復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由圖可知線粒體外膜上的Mfn1/Mfn2蛋白、內(nèi)膜融合蛋白_________的作用實現(xiàn)了線粒體膜的融合，線粒體的長度明顯變長。細胞質(zhì)基質(zhì)中DRP1的S616位點磷酸化，DRP1定位于線粒體外膜上，促進__________________。

（2）已有研究發(fā)現(xiàn)肝癌腫瘤中心區(qū)域細胞中線粒體融合增強，線粒體長度明顯長于邊緣區(qū)域細胞，這些變化與肝癌細胞適應營養(yǎng)缺乏有關(guān)。為研究在營養(yǎng)缺乏時線粒體融合對肝癌細胞糖代謝的調(diào)控，研究者用肝癌細胞進行了實驗，實驗結(jié)果如下表：

	細胞耗氧速率	線粒體ATP產(chǎn)生量	胞外乳酸水平	線粒體嵴密度	呼吸鏈復合體的活性	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：營養(yǎng)缺乏組	5．6	1．4	0．28	17．5	2．39	0．25
丙組：營養(yǎng)缺乏+抑制DRP1S637磷酸化	3．1	0．8	0．38	9．8	1．22	1．22

注：線粒體嵴的密度=嵴的數(shù)目/線粒體長度 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)實驗結(jié)果并結(jié)合（2），完善肝癌細胞在營養(yǎng)缺乏條件下的代謝調(diào)途徑：肝癌細胞在營養(yǎng)缺乏時，__________________使線粒體融合增強，從而使線粒體嵴密度增加、呼吸鏈復合體的活性增加，有氧呼吸增強；同時因__________________而導致無氧呼吸減弱，細胞產(chǎn)能效率提高，從而適應營養(yǎng)缺乏環(huán)境。

Answer 1

【答案】細胞質(zhì)基質(zhì) 可以增大膜面積，為酶的附著提供更多位點 OPA1 線粒體分裂 抑制肝癌細胞的線粒體融合 基質(zhì)中DRP1S637位點磷酸化增強 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)生場所在細胞質(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（場所：線粒體內(nèi)膜）。無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，丙酮酸進入線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)生在線粒體內(nèi)膜，所以線粒體內(nèi)膜上分布的呼吸鏈復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。

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

（2）DRP1S637磷酸化促進線粒體外膜上的Mfn1/Mfn2蛋白結(jié)合，從而促進線粒體的融合，丙組抑制DRP1S637磷酸化，實質(zhì)上抑制肝癌細胞線粒體的融合。根據(jù)實驗結(jié)果并結(jié)合（2），肝癌細胞在營養(yǎng)缺乏條件下，為了適應環(huán)境，線粒體融合增強，首先基質(zhì)中DRP1S637磷酸化增強，促進線粒體融合，線粒體嵴密度增加、呼吸鏈復合體的活性增加，有氧呼吸增強，細胞耗氧速率增加、線粒體ATP產(chǎn)生量增加，乳酸脫氫酶含量降低，無氧呼吸速率下降，胞外乳酸水平減少，細胞的產(chǎn)能效率提高，從而適應營養(yǎng)缺乏的環(huán)境。