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非选择题-实验题 较难0.4 引用2 组卷265
学习以下材料,回答(1)~(4)题。
溶酶体快速修复机制
溶酶体是细胞的“消化车间”,内含多种水解酶。研究发现溶酶体还具有参与细胞免疫、清除受损细胞组分等功能。溶酶体损伤是许多疾病的标志,尤其像阿尔茨海默病等神经退行性疾病。为此,科研人员对溶酶体修复机制进行了探索。
溶酶体膜通透化(LMP)是溶酶体损伤的重要标志,严重的LMP会引发溶酶体自噬。研究者利用生物素标记,通过蛋白质组学方法筛选溶酶体受损后膜表面特异性富集的蛋白质,来研究与溶酶体损伤修复相关的蛋白,并弄清了溶酶体损伤的快速修复机制,即PITT途径(如图1)。一般的情况下,内质网和溶酶体几乎不接触,而当溶酶体发生膜损伤时,外溢的Ca2+迅速招募PI4K2A激酶,从而在受损的溶酶体膜上产生较高水平的PI4P。而PI4P招募ORP使内质网广泛包裹受损溶酶体,并介导PS转移进溶酶体。与此同时,PI4P还可以招募OSBP,将胆固醇转运到受损溶酶体。胆固醇含量升高可以提高溶酶体膜的稳定性。而PS的积累会激活ATG2将大量脂质运送到溶酶体,修复溶酶体膜。
研究表明PITT途径的关键酶缺失,会导致严重的神经退行性疾病和早衰,该途径的发现为我们研究与溶酶体功能障碍相关的衰老和疾病提供了新思路。

   

(1)真核细胞中的膜结构共同构成了______。当溶酶体受损时,内质网将其包裹,体现了内质网膜具有______的结构特点。
(2)为筛选与溶酶体损伤修复相关的蛋白,将生物素连接酶T靶向连接在溶酶体表面,再用物质L引发溶酶体损伤,实验组处理如图2。对照组步骤Ⅰ和步骤Ⅱ的处理分别为______(选填选项前的字母)。选择______的蛋白质作为候选蛋白。
a.+生物素       b.+L        c.不处理

   

注:生物素连接酶T可将临近的蛋白质标记上生物素
(3)研究人员利用红色荧光标记溶酶体,利用绿色荧光标记内质网,通过显微镜观察溶酶体与内质网的作用情况(图3),根据文中信息预期3、4组荧光的结果(“A”或“B”)填入表格。

分组

材料

处理

结果

1

正常细胞

不处理

A

2

正常细胞

+L

B

3

敲除PI4K2A基因细胞

不处理

______

4

敲除PI4K2A基因细胞

+L

______

   

(4)根据本文信息,在答题卡上完善溶酶体修复的PITT途径_________
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知识点:细胞器的结构、功能及分离方法生物膜系统的组成、功能及应用验证性实验与探究性实验生物膜的结构特点 答案解析 【答案】很抱歉,登录后才可免费查看答案和解析!
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学习以下资料,回答(1)~(4)题
溶酶体损伤通过PITT途径修复
溶酶体是单层膜围绕、内含有多种酸性水解酶的细胞器,溶酶体膜上嵌有质子泵,能借助水解ATP将H+泵入,并具有多种载体蛋白和高度糖基化的膜蛋白。研究表明,溶酶体损伤参与了衰老和疾病的发生。因此,维持溶酶体的完整性及水解能力有助于延缓衰老并推迟疾病发生。然而,研究者对细胞监测和修复溶酶体损伤的途径仍不清楚。
最近,研究发现受损溶酶体膜表面特异性地富集PI4P脂质信号的相关蛋白,包括生产PI4P的激酶PI4K2,以及多个PI4P的效应蛋白 (ORP9/10/11) ,表明受损溶酶体表面可能激发了新的PI4P信号通路。
进一步研究发现,PI4P直接推动了ORP家族效应蛋白的招募,这些ORP蛋白一端结合溶酶体上面的 PI4P,另一端结合在内质网上,从而介导了内质网和受损溶酶体之间的膜互作。在内质网-溶酶体互作位点,ORP蛋白还介导内质网和溶酶体之间的脂质交换,进而把溶酶体上的PI4P转换成胆固醇和磷脂酰丝氨酸的脂质(PS)。胆固醇可以显著提高细胞膜的稳定性以及强度。但在没有胆固醇的情况下,溶酶体上PS的富集也可以极大地促进溶酶体的修复。研究者认为,PS的转运本身不足以修复溶酶体漏洞,因为转运一个PS到溶酶体的同时,溶酶体上就会丢失一个PI4P分子。因此,PS的富集并不能增加溶酶体上的脂质数量。因此推测PS可能激活了另外的大规模脂质转运蛋白来填补溶酶体漏洞。
深入研究发现,脂质转运蛋白ATG2可以被溶酶体上的PS激活,在溶酶体修复中起着关键作用。
研究者将这一全新溶酶体修复机制命名为PITT途径。PITT途径可以被多种疾病相关的溶酶体损伤所激活,表明它是一种通用的溶酶体质量控制机制。PITT途径的发现是理解和治疗与溶酶体功能障碍相关的衰老和疾病的重要一步。
(1)溶酶体膜的主要成分是___________。 ORP蛋白介导了内质网和受损溶酶体之间的膜互作体现了生物体膜具有___________性。
(2)依据资料信息,举例说明溶酶体膜的功能_________
(3)研究发现,激酶PI4K2被激活后能特异性修复溶酶体,为验证这一结论,用野生型细胞株WT构建了PI4K2敲除细胞株P-KO,加入L药物诱导溶酶体膜损伤后,检测溶酶体损伤率结果如图。实验结果证实了结论,请P-KO的结果将补充在答题卡_________

   

(4)综合以上信息,以文字和箭头的方式,阐述PITT途径修复溶酶体的机制_________

   

2022年9月7日,《Nature》期刊刊登了关于“细胞修复溶酶体损伤新机制”的文章。溶酶体损伤是衰老和许多疾病的一个标志,特别是神经退行性疾病,如阿尔茨海默病。溶酶体膜能将溶酶体内的水解酶与细胞质基质分隔开。当溶酶体膜受损时,一种名为PI4K2A的蛋白质会迅速聚集在受损的溶酶体上,从而使内质网像一条毯子一样包裹着溶酶体,最终达到修复溶酶体的效果。请回答下列问题:
(1)为了研究溶酶体等各种细胞器的组成成分与功能,需要将这些细胞器分离开来,一般采用的方法是_____________
(2)科学研究发现,溶酶体中的水解酶与分泌蛋白合成、加工和运输的途径基本相同。溶酶体水解酶的合成、加工和运输依次经过的细胞器有______________________。为了研究溶酶体中水解酶的合成和运输过程,可以采用_____________的科学方法。
(3)当溶酶体膜受损后,内质网膜和溶酶体膜能相互融合,说明生物膜具有_____________的特点。
(4)溶酶体能吞噬并杀死侵入细胞的病毒或病菌,除此之外,还具有_____________功能,而为了实现这一功能,溶酶体中应该含有能分解_____________(写出两种具体化合物)等的酶。
(5)溶酶体水解酶的最适pH约为5.0左右,而细胞质基质的pH约为7.0左右。少量的溶酶体水解酶泄露到细胞质基质中,并不会引起细胞损伤,其原因是__________________

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