1. 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
【考点】
细胞膜的结构特点; 其它细胞器及分离方法; 细胞的生物膜系统;
【答案】

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1. 秀丽隐杆线虫是生物学研究的模式生物,其平均寿命为19天。秀丽隐杆线虫随着日龄增长往往出现蛋白质清除功能障碍,导致体内蛋白质累积。为研究蛋白质过度累积与寿命之间的关系,进行了系列实验。
(1) 在秀丽隐杆线虫细胞内,蛋白质可在(细胞器)中降解,降解产生的可被细胞重复利用。
(2) 泛素化是蛋白质降解的另一途径,被贴上泛素(一种小分子蛋白质)“标签”的蛋白质(即泛素化蛋白)可被蛋白酶体识别并降解。分别提取野生型和长寿型不同日龄线虫的总蛋白,用胰蛋白酶分解后,统计泛素化肽段的数量。与1日龄相比,其他日龄线虫中数量上调和下调的泛素化肽段占改变的泛素化肽段的百分比如图1所示。图中数据显示,表明秀丽隐杆线虫的衰老与蛋白质泛素化水平的下降有关。

(3) 用去泛素化酶抑制剂处理1日龄和10日龄野生型线虫,检测线虫泛素化蛋白质的含量,电泳结果如图2所示。由实验结果推测,线虫蛋白质泛素化水平下降,原因可能是随着线虫日龄增长,去泛素化酶的作用效果
(4) 研究者进一步锁定了两个抗衰靶标基因IFB-2和EPS-8(IFB-2蛋白的累积可能导致肠道完整性的丧失,EPS-8蛋白的累积造成肌动蛋白过度聚合),敲除IFB-2或EPS-8基因均可显著延长线虫寿命。综合以上实验结果,完善蛋白质过度累积与线虫衰老的关系图(用箭头和文字)。

线虫日龄增长→→线虫衰老

实验探究题 困难