Question

纳米材料为癌症治疗带来了曙光。科研人员利用纳米材料SW诱导肝癌细胞凋亡开展相关实验。

（1）正常情况下，线粒体内膜上的质子泵能够将______________中的H⁺泵到膜间隙，使得线粒体内膜两侧形成__________________，为ATP的合成奠定了基础。

（2）科研人员使用不同浓度的SW溶液与肝癌细胞混合后，置于_________培养箱中培养48小时后，检测肝癌细胞的线粒体膜电位。（已有实验证明对正常细胞无影响）

组别	实验材料	实验处理	实验结果
线粒体膜电位的相对值	ATP合成酶活性相对值
1	人肝癌细胞	不加入SW	100	100
2	加入SW	59	78

1、2组比较说明SW能___________________________________导致肝癌细胞产生ATP的能力下降，__________肝癌细胞凋亡。

（3）科研人员使用SW处理肝癌细胞，一段时间后，相关物质含量变化如下图所示。

由于细胞中GPDC蛋白的表达量__________________，在实验中可作为标准对照。

VADC为线粒体膜上的通道蛋白，SW处理肝癌细胞后，VADC含量____________，促进CYTC_______________________________，与细胞凋亡因子结合，诱导细胞凋亡。

（4）综上所述，推测SW诱导肝癌细胞凋亡的机理是________________________。

Answer

线粒体基质 跨膜电位（H+浓度差/H+化学势能） CO2 降低肝癌细胞线粒体的膜电位，降低（抑制）ATP合成酶活性 促进 相对稳定 上升 从线粒体基质通过通道蛋白VADC进入细胞质基质 一方面抑制ATP的产生，促进细胞凋亡，另一方面促进CYTC通过线粒体膜上的VADC进入细胞质基质，与细胞凋亡因子结合，诱导细胞凋亡

【解析】

线粒体是有氧呼吸的主要场所，线粒体内膜进行有氧呼吸第三阶段，可产生大量的ATP。分析表格可知，SW能降低肝癌细胞线粒体的膜电位，降低（抑制）ATP合成酶活性。

（1）因线粒体内膜的外侧是膜间隙，线粒体内膜的内侧是线粒体基质，所以正常情况下，线粒体内膜上的质子泵能够将线粒体基质中的H+泵到膜间隙，使得线粒体内膜两侧形成跨膜电位，为ATP的合成奠定了基础。
（2）动物细胞培养时，需要用CO2培养箱，一定量的CO2可维持培养液的PH。所以需将不同浓度的SW溶液与肝癌细胞混合后，置于CO2培养箱中培养48小时后，检测肝癌细胞的线粒体膜电位。2组加入了SW，1组没加入SW，2组的线粒体膜电位的相对值和ATP合成酶活性相对值均低于1组，说明SW能降低肝癌细胞线粒体的膜电位，降低（抑制）ATP合成酶活性，导致肝癌细胞产生ATP的能力下降，促进肝癌细胞凋亡。
（3）分析图示可知，使用SW处理肝癌细胞一段时间后，细胞中GPDC蛋白的表达量相对稳定，在实验中可作为标准对照。VADC为线粒体膜上的通道蛋白，SW处理肝癌细胞后，VADC含量增加，促进CYTC从线粒体基质通过通道蛋白VADC进入细胞质基质，与细胞凋亡因子结合，诱导细胞凋亡。
（4）根据上述分析可知，SW诱导肝癌细胞凋亡的机理为：一方面抑制ATP的产生，促进细胞凋亡，另一方面促进CYTC通过线粒体膜上的VADC进入细胞质基质，与细胞凋亡因子结合，诱导细胞凋亡。