题目内容

【题目】甲醛是一种无色、有强烈刺激性气味的气体,不仅广泛存在于空气中,也是所有生物细胞代谢的产物,生物体内检测到的甲醛称为“内源甲醛”。内源甲醛在神经细胞内的过度积累,会抑制细胞的活力,使之萎缩变圆,进而造成神经细胞不断损害和丢失,导致神经退行性疾病,如阿尔茨海默症(AD)。

(1)为检测甲醛在细胞中的分布,体外培养小鼠脑微血管内皮细胞株,采用甲醛荧光探针(红色)分别检测细胞中溶酶体和线粒体(均用绿色荧光标记)。甲醛探针的红色荧光与溶酶体的绿色荧光几乎完全重合,而不与线粒体的绿色荧光重合,说明______。预测在细胞培养液内加入0.1 mmol/L的甲醛,可以观察溶酶体内的甲醛红色荧光强度______。

(2)溶酶体是细胞内具_______(单/双)层膜包被的小泡,内含多种酸性水解酶,其主要功能有____________。近年来的研究发现,AD患者脑细胞的胞质内存在大量溶酶体水解酶,预示溶酶体功能的损害与AD早期进展有关。为检测AD的发生是否与溶酶体内甲醛代谢异常有关,研究者进行了以下实验:

① 对大鼠进行双侧颈动脉不完全结扎手术用来构建脑部氧化应激损伤(会引起AD)动物模型,然后测定溶酶体和胞质内甲醛含量,结果如下图所示。对照组1不做任何处理。对照组2的处理是__________,设置这组的目的是___________。

测定结果显示:________________。说明:________________。

②正常情况下,甲醛会被转运出神经细胞,以减少对细胞的伤害。为了探究溶酶体是否参与将甲醛转运出细胞的过程,研究人员用药物诱导使溶酶体膜的通透性增加,导致溶酶体内容物的释放,12h后分别测定细胞内外的甲醛含量。测定结果表明溶酶体结构被破坏后,从溶酶体中释放出的甲醛无法有效地运送到细胞外。请推测实验组的测定结果并填写在下表内空白处:

组别

胞质内荧光强度

细胞培养液中的甲醛荧光强度

实验组

__________

_________

对照组

++

+++

注:“+”数量代表荧光强度的强弱

(3)综合上述研究,请你针对甲醛代谢异常导致的神经退行性疾病提出治疗思路__________ 。

【答案】内源甲醛在细胞中溶酶体有分布,在细胞中线粒体无分布 增强 单 能分解衰老、损伤的细胞器,吞噬并杀死入侵细胞的病毒或病菌 除不结扎双侧颈动脉外, 其余过程与实验组相同 排除手术对实验结果的干扰 实验组的甲醛浓度显著高于对照组1和对照组2,且溶酶体内甲醛浓度显著高于细胞内 内源甲醛主要分布于溶酶体 +++ ++ 可通过注射一定浓度的甲醛消除剂来降低体内甲醛浓度,从而缓解甲醛代谢异常导致的神经退行性疾病。

【解析】

由题意可知,内源甲醛主要分布于细胞中的溶酶体,此外溶酶体还具有转运甲醛的功能,如果溶酶体结构被破坏后,从溶酶体中释放出的甲醛无法有效地运送到细胞外,导致甲醛在细胞内蓄积,会抑制细胞的活力,使之萎缩变圆,进而造成神经细胞不断损害和丢失,导致神经退行性疾病。

(1)甲醛探针的红色荧光与溶酶体的绿色荧光几乎完全重合,而不与线粒体的绿色荧光重合,说明内源甲醛在细胞中溶酶体有分布,在细胞中线粒体无分布。在细胞培养液内加入0.1mmol/L的甲醛,甲醛进入溶酶体内,导致溶酶体内的甲醛浓度增大,因此可以观察到溶酶体内的甲醛红色荧光强度增强。

(2)溶酶体是细胞内具有单层膜包被的小泡,内含多种酸性水解酶,能分解衰老、损伤的细胞器,吞噬并杀死入侵细胞的病毒或病菌。

①为了排除手术对实验结果的干扰,可增设一组假手术处理作为对照组2,即除不结扎双侧颈动脉外,其余过程与实验组相同。由题图可知,实验组(手术组)的甲醛浓度显著高于对照组1和对照组2(假手术组),且溶酶体内甲醛浓度显著高于细胞内,说明内源甲醛主要分布于溶酶体。

②药物处理后,甲醛释放到溶酶体外,且溶酶体结构被破坏后,从溶酶体中释放出的甲醛无法有效地运送到细胞外,导致甲醛在细胞内蓄积。因此,与对照组相比,实验组的细胞内甲醛荧光强度显著升高,而培养液内甲醛浓度显著降低。

(3)综合上述研究可知,溶酶体具有储存和转运甲醛的功能,如果溶酶体出现结构与功能的异常,会导致甲醛代谢失调,造成认知损害。可通过注射一定浓度的甲醛消除剂来降低体内甲醛浓度,从而缓解甲醛代谢异常导致的神经退行性疾病。

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