下列何構造之損傷最可能導致其內部酵素釋放至細胞質,且酸水解酶(acid hydrolase)被活化?
詳細解析
本題觀念
本題考的是細胞器膜受損後,細胞內物質會發生什麼變化。溶小體(lysosome)是細胞內的消化與分解場所,腔內含有多種酸水解酶(acid hydrolase),包括可分解蛋白質的 cathepsins。這些酵素平時被溶小體膜隔離,並在酸性環境中維持活性;當溶小體膜通透化或破裂,酵素便會釋放到細胞質,造成細胞內成分分解,甚至引發溶小體相關的細胞死亡。
解題時要把「膜損傷」和「膜內儲存的物質」連在一起。溶小體膜破壞對應酸水解酶外漏;粒線體外膜通透化對應 cytochrome c 釋放與凋亡訊號;質膜破壞則主要造成離子、水分平衡失控與細胞內容物外漏。核膜受損會影響細胞核與細胞質之間的區隔,但核膜不是酸水解酶的儲存位置。
選項分析
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A 核膜(nuclear membrane):錯誤。 核膜包圍細胞核,負責維持核質與細胞質的區隔,並透過核孔調節物質進出。核膜受損可能造成染色質或核內容物分布異常,但核膜內並不儲存題目所說的酸水解酶。
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B 質膜(plasma membrane):錯誤。 質膜破損會使細胞內外的離子與水分平衡失控,並讓細胞內容物外漏;嚴重時可導致細胞腫脹與破裂。酸水解酶的主要隔離位置是溶小體,不是質膜,因此 B 不是最符合描述的構造。
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C 溶小體膜(lysosomal membrane):正確。 溶小體腔內含有約 50 種分解性酸水解酶。膜通透性增加或膜破裂後,cathepsins 等酵素會逸入細胞質,失去原本的膜性區隔,進一步分解細胞成分並促進細胞死亡。因此 C 是答案。
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D 粒線體膜(mitochondrial membrane):錯誤。 粒線體外膜通透化的典型結果是釋放 cytochrome c 等膜間隙蛋白,啟動 caspase 級聯與內在性凋亡,也可能伴隨能量代謝失衡。這與溶小體酸水解酶釋放是不同的細胞死亡路徑。
答案解析
題目提供兩個關鍵線索:「內部酵素釋放至細胞質」以及「酸水解酶被活化」。酸水解酶集中在溶小體內,溶小體膜就是維持這些酵素與細胞其他部分分隔的屏障;膜受損後,酵素進入細胞質並可在適當環境中分解蛋白質、脂質與其他細胞成分。故答案為 C 溶小體膜。
四個選項可用功能對照記憶:核膜維持核質區隔,質膜維持細胞內外屏障,溶小體膜隔離酸水解酶,粒線體膜維持能量代謝及凋亡訊號的區隔。看到「酸水解酶外漏」時,優先想到溶小體膜通透化;看到「cytochrome c 釋放」時,才想到粒線體外膜通透化。
核心知識點
- 溶小體:含多種酸水解酶,負責細胞內物質的分解與回收。
- 溶小體膜通透化:使 cathepsins 等酵素進入細胞質,可能造成細胞內水解與溶小體相關細胞死亡。
- 酸水解酶:在酸性環境中作用較佳,平時被溶小體膜隔離。
- 粒線體外膜通透化:釋放 cytochrome c,啟動 caspase 與內在性凋亡,不是酸水解酶外漏。
- 質膜受損:首先造成離子與水分平衡失控、細胞腫脹及內容物外漏。
- 解題關聯:酸水解酶對溶小體,cytochrome c 對粒線體,離子平衡對質膜。
參考資料
- Lysosomes — NCBI Bookshelf
- 細胞器膜損傷與細胞死亡教學資料
- 溶小體膜通透化與細胞死亡(PMID: 30125440)
- 溶小體成分與水解酶釋放(PMID: 28002019)
- 粒線體外膜通透化與 cytochrome c 釋放(PMID: 20683470)