Question

【題目】肝癌在我國的發病率高，容易復發，遠期療效不滿意。研究人員對肝癌細胞的結構及代謝進行了相關的研究。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，隨著細胞數目增多和體積增大，惡性實體腫瘤內部逐漸形成慢性營養缺乏的微環境，因此腫瘤細胞需要通過調整細胞代謝才能繼續生存。

（1）線粒體是調控細胞代謝最重要的細胞器，通過不斷地分裂和融合調控自身功能，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A進入線粒體徹底氧化分解。線粒體內膜上分布的呼吸鏈復合體是參與有氧呼吸第三階段的酶，內膜向內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、內膜融合蛋白_________的作用實現了線粒體膜的融合，線粒體的長度明顯變長。細胞質基質中DRP1的S616位點磷酸化，DRP1定位于線粒體外膜上，促進__________________。

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

	細胞耗氧速率	線粒體ATP產生量	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：常規培養組	4．2	1．0	0．35	10．1	0．91	1．01
乙組：營養缺乏組	5．6	1．4	0．28	17．5	2．39	0．25
丙組：營養缺乏+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___________________________。根據實驗結果并結合（2），完善肝癌細胞在營養缺乏條件下的代謝調途徑：肝癌細胞在營養缺乏時，__________________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，細胞產能效率提高，從而適應營養缺乏環境。

Answer 1

【答案】細胞質基質 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]，發生場所在細胞質基質；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）；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葡萄糖在細胞質基質中分解為[H]和丙酮酸，物質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生在線粒體內膜，所以線粒體內膜上分布的呼吸鏈復合體是參與有氧呼吸第三階段的酶，內膜向內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蛋白和內膜融合蛋白OPA1的作用實現了線粒體膜的融合，線粒體的長度明顯變長；從圖中可以看出，細胞質基質中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蛋白結合，從而促進線粒體的融合，丙組抑制DRP1S637磷酸化，實質上抑制肝癌細胞線粒體的融合。根據實驗結果并結合（2），肝癌細胞在營養缺乏條件下，為了適應環境，線粒體融合增強，首先基質中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，細胞的產能效率提高，從而適應營養缺乏的環境。