2025年大学《化学生物学》专业题库- 细胞器自噬调控机制的研究

2025年大学《化学生物学》专业题库——细胞器自噬调控机制的研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分）1.下列哪种细胞器自噬形式主要涉及内质网的降解？A.巨自噬B.微自噬C.分子伴侣介导的自噬D.内质网自噬（ER-phagy）2.在自噬体的形成过程中，起关键作用的多聚泛素链主要由哪个酶系统连接？A.E1-E2泛素连接酶B.UBC13-UEV1复合体C.ATG4D.ATG5-ATG12连接酶3.细胞自噬的启动阶段受到哪项核心信号通路的严格调控？A.Wnt信号通路B.Notch信号通路C.mTOR信号通路D.HIF信号通路4.PINK1蛋白在线粒体自噬（Mitophagy）过程中主要发挥什么作用？A.作为E3泛素连接酶B.激活泛素-蛋白酶体系统降解PINK1C.指导线粒体被自噬体包裹D.抑制自噬体与溶酶体的融合5.下列哪个分子是连接泛素和ATG12的E1样酶？A.ATG7B.ATG10C.ATG4D.UBC136.AMPK激活通常会促进自噬，其机制主要是通过什么途径抑制mTOR？A.直接磷酸化mTORB.通过AMPK上游的CaMKK2磷酸化RaptorC.抑制ATG13的表达D.增强ULK1复合物的活性7.自噬体与溶酶体融合后，包裹的细胞器或大分子物质主要在哪个细胞器中被降解？A.内质网B.高尔基体C.溶酶体D.过氧化物酶体8.以下哪项描述了ULK1复合物在自噬启动中的核心作用？A.激活PI3K，产生PtdIns3PB.连接泛素链至自噬前体膜C.激活ATG13D.调节溶酶体酶活性9.SQSTM1（p62）蛋白在细胞器自噬调控中，主要作为以下哪种角色的适配器分子？A.连接自噬体膜与内质网膜B.连接泛素化蛋白与自噬体膜C.连接ULK1复合物与PINK1D.激活VPS34复合物10.靶向自噬通路研发的药物在治疗某些癌症时可能存在的潜在风险是？A.抑制肿瘤细胞的生长和存活B.增强正常细胞的修复能力C.导致肿瘤细胞对化疗药物产生耐药性D.引发严重的免疫排斥反应二、填空题（每空1分，共15分）1.细胞自噬根据底物来源和降解场所的不同，主要可分为______、______和______三种基本类型。2.自噬过程起始阶段的关键调控复合物ULK1（Unc-51likekinase1）通常由______、______、______和______四个亚基组成。3.在泛素介导的自噬调控中，ATG5首先与ATG12形成异二聚体，然后ATG5的C端延伸区通过______机制连接泛素分子，从而标记自噬底物或自噬相关蛋白。4.mTOR（mechanistictargetofrapamycin）信号通路在细胞生长、增殖和自噬调控中扮演着______角色，其活性通常受到营养和能量信号的影响。5.PINK1蛋白在正常线粒体中通常被快速清除，但在线粒体受损时，会积累并开始______，招募接头蛋白如PTEN-inducedputativekinase1（PINK1）-interactingprotein1（PIK1）和DDX1，最终引发线粒体自噬。6.自噬体与溶酶体融合形成自噬溶酶体后，内部含有物质的降解主要依赖于溶酶体内的______和______。7.除了mTOR通路，自噬的启动还受到______通路（如AMPK通路）、______通路（如钙离子信号通路）等多种信号网络的调控。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述mTOR信号通路如何负向调控细胞自噬。2.简述线粒体自噬（Mitophagy）与泛素化过程的关系。3.简述自噬在细胞应激反应（如缺氧、氧化应激）中的作用。4.简述一个调控自噬通路的药物靶点及其潜在应用。四、论述题（每题10分，共30分）1.详细阐述自噬体是如何形成的，并简述其中涉及的关键ATG蛋白及其功能。2.比较分析经典自噬通路与内质网自噬（ER-phagy）在调控机制和分子伴侣使用上的主要异同点。3.结合具体实例，论述细胞器自噬失调与人类疾病（如神经退行性疾病、癌症）发生发展的关系，并简述利用自噬机制进行疾病治疗的可能性与挑战。---试卷答案一、选择题1.D2.B3.C4.C5.A6.B7.C8.A9.B10.C二、填空题1.巨自噬，微自噬，分子伴侣介导的自噬2.ULK1,ATG13,AMPK,MTOR3.泛素连接酶（E1-E2连接酶系统）4.负向调控（或抑制）5.自噬活化（或招募自噬相关蛋白）6.溶酶体酶（或酸性水解酶），水7.AMPK，钙离子三、简答题1.简述mTOR信号通路如何负向调控细胞自噬。答案：mTOR是一个主要的细胞生长和代谢调控因子，其活性受到营养和能量信号的控制。当mTOR通路被激活时（例如在营养充足条件下），mTOR直接磷酸化并抑制ULK1（Unc-51likekinase1）复合物的活性，该复合物是自噬启动的关键调控因子。此外，活化的mTOR还会通过S6K1等下游效应分子抑制其他自噬相关蛋白的表达或活性，从而抑制自噬通路的整体进程。反之，mTOR通路的抑制（如使用雷帕霉素及其类似物）则会解除对ULK1等自噬启动分子的抑制，促进自噬的发生。解析思路：考察对mTOR作为自噬核心负向调控因子的机制理解。需要答出mTOR如何通过抑制ULK1复合物活性以及下游效应分子来阻止自噬起始。2.简述线粒体自噬（Mitophagy）与泛素化过程的关系。答案：线粒体自噬是自噬的一种特殊形式，专门清除受损的线粒体。其调控与泛素化密切相关。在正常线粒体中，PINK1（PTEN-inducedputativekinase1）蛋白被导入线粒体内膜并迅速降解。当线粒体受损时，PINK1无法被有效清除而在内膜上积累，并开始泛素化膜上的多种蛋白底物。泛素链的形成（主要通过UBC13-UEV1复合体和E1-E2酶系统，如ATG7、ATG10、UBC13）招募了接头蛋白（如p62/SQSTM1、OPTN、NDP52），这些接头蛋白含有多个泛素结合域（UBD），可以同时结合泛素链和线粒体膜上的目标蛋白。p62等接头蛋白随后将线粒体与自噬体膜连接起来，引导整个受损线粒体被包裹进自噬体，最终进入溶酶体降解。解析思路：考察对线粒体自噬核心机制——PINK1依赖性途径的理解，重点在于PINK1如何通过泛素化过程招募接头蛋白并连接线粒体与自噬体。3.简述自噬在细胞应激反应（如缺氧、氧化应激）中的作用。答案：细胞在面临缺氧、氧化应激、DNA损伤、营养缺乏等应激条件时，自噬会被激活以应对胁迫。一方面，自噬可以通过清除受损的细胞器（如线粒体、内质网）和积累的蛋白聚集物，减少对细胞的进一步损伤，修复细胞功能。另一方面，自噬可以通过分解大分子物质（如蛋白质、脂质、核酸），为细胞提供急需的氨基酸、葡萄糖等代谢底物，维持细胞在胁迫条件下的基本能量供应和生存。此外，自噬还参与应激诱导的细胞程序性死亡（如铁死亡）或细胞适应性反应的调控。解析思路：考察对自噬在应激条件下“生存”和“清除损伤”双重作用的理解，需要提及自噬对细胞器的处理、对代谢底物的回收利用等。4.简述一个调控自噬通路的药物靶点及其潜在应用。答案：mTOR（mechanistictargetofrapamycin）是调控自噬的重要药物靶点。雷帕霉素及其衍生物（如雷帕霉素靶蛋白抑制剂，mTORinhibitors）可以通过结合mTORC1复合物中的FRB结构域，阻止其与上游激酶FRAP1的结合，从而抑制mTORC1的活性。活化的mTORC1通常通过抑制ULK1复合物来负向调控自噬。因此，mTOR抑制剂能够解除对ULK1的抑制，激活自噬通路。mTOR抑制剂已在临床上用于治疗器官移植后的排斥反应和某些癌症，并显示出一定的抗肿瘤效果。由于自噬在维持细胞稳态中作用广泛，mTOR抑制剂在神经退行性疾病（如阿尔茨海默病、帕金森病）的治疗中也显示出潜力，尽管其应用存在双刃剑效应（既能清除病理蛋白，也可能损害正常细胞）。解析思路：要求能识别一个关键的药物靶点（mTOR），阐述其作用机制（抑制自噬），并列举其潜在的临床应用领域（癌症、神经退行性疾病等）。四、论述题1.详细阐述自噬体是如何形成的，并简述其中涉及的关键ATG蛋白及其功能。答案：自噬体的形成是一个高度有序的过程，主要在细胞质中发生。其核心步骤包括自噬前体（Phagophore）的延伸、封闭以及自噬体的成熟。自噬前体是自噬体的雏形，是一个管状或杯状的双膜结构，其内膜向细胞质内腔膨出。这个过程受到一系列ATG（autophagy-relatedgene）蛋白的精确调控。关键ATG蛋白及其功能如下：*ULK1复合物：作为自噬起始的“引擎”，由ULK1、ATG13、AMPK（α1或α2亚基）和MTOR（作为负向调控因子）组成。在营养缺乏或AMPK激活时，ULK1复合物被激活，进而招募并磷酸化ATG101和FIP200，促进自噬前体的延伸。*PI3K类激酶：哺乳动物中主要的PI3K是PI3KC3（VPS34相关激酶），其招募到自噬前体依赖于FYCO1等衔接蛋白。PI3KC3产生磷脂酰肌醇3-磷酸（PtdIns3P），在自噬前体膜上招募自噬相关蛋白（如WIPI1、LC3）。*ATG12-ATG5连接酶：ATG5首先与ATG12形成异二聚体，然后通过ATG10的作用，ATG5的C端泛素样延伸区被连接上泛素分子（由ATG7催化，UBC13协助）。这个ATG12-ATG5-泛素三元体作为“报告分子”，被ATG16L1（形成ATG16L1复合物）识别并结合，招募更多的自噬相关蛋白到自噬前体膜上，促进膜的闭合。*LC3（微管相关蛋白1A/M1B轻链3）：LC3是自噬过程中最关键的膜蛋白之一。它以两种形式存在：前体LC3-I（定位于内质网）和成熟形式LC3-II（定位于自噬膜内外侧）。在自噬前体形成和扩张过程中，LC3-I通过ATG4从内质网膜转移出来，并在ATG7和E1-E2酶系统的帮助下被泛素化，然后插入自噬前体膜的双层中，LC3-II主要暴露在自噬体膜的外侧。LC3的分布和转化是自噬体形成和成熟的标志性事件，也是重要的调控点。*自噬衔接蛋白：如p62/SQSTM1、OPTN（OPTN）、NDP52（NBR1）等，它们一方面含有泛素结合域（UBD）可以识别泛素化底物或自噬体膜上的LC3，另一方面含有保守的PR域（Peggeddomain），可以与自噬前体膜上的PtdIns3P结合。它们在连接泛素化底物与自噬前体膜中起着关键作用。自噬前体在延伸和扩大后，最终会通过膜融合过程封闭形成一个双膜结构的自噬体。自噬体随后移动到溶酶体附近，与溶酶体融合形成自噬溶酶体，内部的物质被溶酶体酶降解。解析思路：要求系统描述自噬体的形成过程，并详细列出在此过程中起关键作用的ATG蛋白（ULK1复合物、PI3K、ATG12-ATG5连接酶、LC3、衔接蛋白），并准确阐述每个蛋白的功能及其在自噬体形成中的作用环节。2.比较分析经典自噬通路与内质网自噬（ER-phagy）在调控机制和分子伴侣使用上的主要异同点。答案：经典自噬通路（Macroautophagy）和内质网自噬（ER-phagy）都是自噬的一种形式，用于清除细胞内的特定组分，但它们在底物种类、调控机制和使用的分子伴侣上存在显著差异。相同点：*都涉及自噬体的形成，过程包括自噬前体的延伸、封闭和成熟。*都需要核心自噬相关基因（ATG）的参与，尽管具体的ATG蛋白侧重有所不同。*都涉及自噬体与溶酶体的融合。*LC3蛋白在两者中都扮演着关键角色，作为自噬膜的标记物和调控因子。不同点：*底物与场所：经典自噬通路处理的是细胞质中的蛋白质、蛋白聚集体、整个细胞器（如线粒体、过氧化物酶体）以及整个内质网。ER-phagy则专门选择性地降解内质网膜或腔内的组分，如受损或冗余的内质网膜片段、内质网蛋白聚集体。*调控机制侧重点：经典自噬的启动受到mTOR、AMPK、钙离子等多种信号通路的精细调控，ULK1复合物是关键的起始节点。ER-phagy的调控机制更为多样，除了受到整体细胞应激的影响，还与内质网自身的稳态维持机制密切相关。例如，BAG6（Bcl-2-associatedathanogene6）是ER-phagy的关键调控因子，它通过与需要被降解的底物（如XBP1s）结合，并招募ATG16L1和LC3，启动自噬体形成，但其本身不依赖于经典的泛素-ATG5途径来招募LC3。*分子伴侣的使用：经典自噬通路通常依赖于泛素化机制来标记底物。泛素链通过ATG5-ATG12连接酶和泛素-E1-E2连接酶系统（特别是UBC13）形成，并招募到自噬前体膜上，由接头蛋白（如p62、OPTN、NDP52）识别泛素链并将其连接到自噬体膜上。而ER-phagy对泛素化的依赖程度因底物和通路亚型而异。对于某些底物（如XBP1s），BAG6作为衔接蛋白参与，不依赖泛素链。对于另一些底物，可能也使用泛素化作为招募信号，但使用的接头蛋白和泛素化模式与经典自噬不同。此外，内质网特有的分子伴侣（如Derlin-1、reticulon/scandomainproteins）也可能参与ER-phagy底物的识别和运输过程。总的来说，经典自噬和ER-phagy在共享自噬体形成基本机制的同时，在底物特异性、调控网络和分子识别策略上展现出明显的差异，体现了自噬系统对不同细胞组分的精细化清除策略。解析思路：要求能够清晰区分两种自噬类型的主要区别（底物、场所、核心调控因子、泛素依赖性），并能比较它们在分子机制（特别是衔接蛋白和泛素化使用）上的异同。3.结合具体实例，论述细胞器自噬失调与人类疾病（如神经退行性疾病、癌症）发生发展的关系，并简述利用自噬机制进行疾病治疗的可能性与挑战。答案：细胞器自噬作为维持细胞稳态的重要机制，其失调（包括自噬不足或自噬过度）与多种人类疾病的发生发展密切相关。与神经退行性疾病的关系：许多神经退行性疾病（如阿尔茨海默病、帕金森病、亨廷顿病）的特征是神经元内出现异常蛋白聚集物（如淀粉样蛋白β斑块、路易小体、亨廷顿蛋白聚集体）。自噬在清除这些蛋白聚集体中起着关键作用。自噬功能障碍导致异常蛋白清除受阻，聚集物在神经细胞内积累，引发神经毒性，导致神经元功能损伤和死亡。例如，在阿尔茨海默病中，自噬体无法有效清除淀粉样蛋白前体蛋白（APP）的加工产物Aβ；在帕金森病中，线粒体自噬（Mitophagy）缺陷导致受损线粒体清除减少，产生过量ROS和炎症，加剧神经元损伤。因此，增强自噬清除能力被认为是治疗这些疾病的一种策略。与癌症的关系：自噬在癌症中的作用具有两面性，既可能抑制肿瘤生长（通过清除恶性变性的细胞器、维持营养饥饿下的生存），也可能促进肿