Biology Problem Reader

Mitochondria and autophagy

Question

线粒体是细胞中最重要的细胞器之一,其在细胞内不断分裂、融合、衰老、清除,实现自我更新,这一过程由多种蛋白质精确调控完成。请回答: (1)线粒体是__________的主要场所,其内膜向内折叠形成嵴,从而可以___________,有利于酶的附着。线粒体中还有少量的DNA和_____________,能合成一部分自身需要的蛋白质。 (2)真核细胞中一些衰老的线粒体会被消化清除,这种清除行为称为细胞自噬。下图甲和图乙表示真核细胞自噬的一种信号调控过程,其中AKT和mTor是抑制细胞自噬的两种关键蛋白激酶。 据图可知,当营养物质充足时,物质X与特异性受体结合激活AKT,该酶被激活一方面可促进__________________,另一方面可促进__________________,同时激活了mTor,从而抑制_________________;当环境中营养物质缺乏时,mTor失活,细胞会启动自噬过程,其意义是____________________,可见细胞自噬还是细胞存活的自我保护机制。 (3)由于衰老的线粒体通过细胞自噬被清除,为保证细胞供能,线粒体的分裂在真核细胞内经常发生。研究发现,线粒体的分裂与内质网有关,过程如下图丙所示。 ①马达蛋白与Ca$^{2+}$结合后能才能启动运动,研究发现,细胞内Ca$^{2+}$离子主要储存在内质网中,在细胞溶胶中浓度极低,据此推测,受到调控信号的刺激后,内质网________________,进而启动运动牵引线粒体在细胞内移动。 ②据图可知,线粒体移动到特定位置后,___________形成细管状结构缠绕线粒体,使线粒体局部缢缩,同时募集细胞质中游离的__________,在缢缩部位形成蛋白复合物,不断收缩使线粒体分裂。

Answer

需氧呼吸 增大膜面积 核糖体(RNA和核糖体) 葡萄糖进入细胞 葡萄糖氧化分解供能 细胞自噬的发生 通过细胞自噬产生小分子有机物,为细胞生命活动提供能量 释放Ca$^{2+}$离子,促进Ca$^{2+}$离子与马达蛋白结合 内质网(膜) M蛋白与D蛋白

Explanation

(1)线粒体是有氧呼吸的主要场所,其内膜向内折叠形成嵴,从而可以增大内膜面积,有利于酶的附着。线粒体中还有少量的DNA和核糖体(RNA和核糖体),能合成一部分自身需要的蛋白质。 (2)分析图甲可知:当营养物质充足时,物质X与特异性受体结合,激活AKT来抑制凋亡,激活的该酶一方面可促进葡萄糖进入细胞,并且进一步促进葡萄糖分解生成的丙酮酸和[H]进入线粒体产生大量ATP,另一方面可激活mTor,从而抑制细胞自噬的发生。据图乙所示,当环境中营养物质缺乏时,mTor失活,细胞会启动细胞自噬过程,为细胞生命活动提供能量。 (3)①研究发现,细胞内Ca$^{2+}$离子主要储存在内质网中,在细胞质基质中浓度较低,而马达蛋白表面有Ca$^{2+}$离子结合位点。据此推测,受到调控信号的刺激后,内质网释放Ca$^{2+}$离子,使细胞质基质内Ca$^{2+}$离子浓度升高,Ca$^{2+}$离子与马达蛋白结合,进而使线粒体在细胞内移动。 ②由图可知,内质网(膜)形成细管状结构缠绕线粒体,使线粒体局部收缩,同时募集细胞质中游离的M蛋白与D蛋白,在收缩部位形成蛋白复合物,不断收缩使线粒体断开。

Analysis

从题意和“酵母细胞自噬的信号调控过程”示意图中获取有效信息,将这些信息与所学知识有效地联系起来,进行分析、解答相关问题便可。分析丙图:内质网(膜)形成细管状结构缠绕线粒体,使线粒体局部收缩,同时募集细胞质中游离的M蛋白与D蛋白,在收缩部位形成蛋白复合物,不断收缩使线粒体断开。

Commentary

解答此题需以“题图中的文字信息和箭头指向”为切入点,据此围绕细胞器的结构与功能、有氧呼吸过程、细胞凋亡的内涵等相关知识,结合题意对各问题进行分析解答。