Question

【題目】下圖表示線粒體內膜上發生的部分代謝過程，載體蛋白A可以傳遞有機物分解產生的電子，同時又將H＋運輸到膜間隙，使膜兩側形成H＋濃度差。回答下列問題：

(1)在線粒體內膜上發生的是有氧呼吸的第______階段，其主要的生理意義是____________。

(2)由圖可知，H＋通過結構B以__________(填“主動運輸”或“被動運輸”)的方式進入線粒體基質，并驅動ATP生成。上圖生理過程中發生的能量轉換是__________(用文字和箭頭表示)。

(3)某些早春開花植物的花器官能夠自主產生熱量，使花部溫度明顯高于周圍環境溫度，從而促使生殖發育順利完成。這些植物的花器官細胞線粒體內膜上存在UCP蛋白(H＋通道蛋白)。由圖可知，UCP蛋白的存在能使線粒體內膜合成ATP減少，原因是_______________。試分析早春開花植物的花抵御低溫凍傷的機理是____________________________________。

Answer 1

【答案】三 為生命活動供能 被動運輸 電能（→勢能）→化學能 H+通過UCP蛋白擴散到線粒體基質，導致通過結構B進入線粒體基質的H+減少，ATP合成減少 線粒體產生的ATP減少，有氧呼吸中釋放的熱能比例增大，花器官在短期內能產生大量熱量

【解析】

有氧呼吸主要分為三個階段：

第一階段：在細胞質的基質中，一個分子的葡萄糖分解成兩個分子的丙酮酸，同時脫下4個[H]；在葡萄糖分解的過程中釋放出少量的能量，其中一部分能量用于合成ATP，產生少量的ATP。這一階段不需要氧的參與，是在細胞質基質中進行的。

第二階段：丙酮酸進入線粒體的基質中，兩分子丙酮酸和6個水分子中的氫全部脫下，共脫下20個[H]，丙酮酸被氧化分解成二氧化碳；在此過程釋放少量的能量，其中一部分用于合成ATP，產生少量的能量。這一階段也不需要氧的參與，是在線粒體基質中進行的。

第三階段：在線粒體的內膜上，前兩階段脫下的共24個[H]與從外界吸收或葉綠體光合作用產生的6個O2結合成水；在此過程中釋放大量的能量，其中一部分能量用于合成ATP，產生大量的能量。這一階段需要氧的參與，是在線粒體內膜上進行的。

(1)由分析可知，在線粒體內膜上發生的是有氧呼吸的第三階段，在此過程中釋放大量的能量，其中一部分能量用于合成ATP，產生大量的能量，其主要的生理意義是為生命活動供能。

(2)通過圖示可知，電子經A、B、C傳遞時釋放的能量用于將H+跨膜運輸到膜間隙，使膜兩側形成H+濃度差，伴隨著H+順濃度梯度轉運產生ATP，因此H＋通過結構B以被動運輸的方式進入線粒體基質，并驅動ATP生成；上圖生理過程中發生的能量轉換是電子中儲存的電能（→分子濃度差產生的勢能）→ATP中儲存的化學能；

(3) 由圖可知，AOX蛋白可使電子繞過B、C，直接傳遞給O2，將減少一條電子傳遞路徑與O2結合，因此，此電子傳遞路徑將會導致線粒體內膜產生的ATP減少。由于UCP蛋白可以使H+由膜間隙跨膜運輸到線粒體基質，消弱了原本形成H+濃度梯度(降低了形成的濃度差)，所以UCP蛋白的存在使線粒體內膜合成ATP減少。研究表明，AOX或UCP蛋白表達量在生熱開始時急速上調。據以上信息分析，早春開花植物的花通過AOX或UCP蛋白，使線粒體產生的ATP減少，有氧呼吸中釋放的熱能比例增大，花器官在短期內能產生大量熱量，從而抵御低溫凍傷，促進生殖發育順利完成