Question

【題目】為了研究ATP合成過(guò)程中能量轉(zhuǎn)換機(jī)制，科學(xué)家利用提純的大豆磷脂、某種細(xì)菌膜蛋白（Ⅰ）和牛細(xì)胞中的ATP合成酶（Ⅱ）構(gòu)建ATP體外合成體系，如圖所示。

請(qǐng)回答問(wèn)題：

（1）科學(xué)家利用人工體系模擬了在________（細(xì)胞器）膜上合成ATP的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。

（2）科學(xué)家利用人工體系進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，如下表。

組別	人工體系			H+通過(guò)Ⅰ的轉(zhuǎn)運(yùn)	H+通過(guò)Ⅱ 的轉(zhuǎn)運(yùn)	ATP
	大豆磷脂構(gòu)成的囊泡	Ⅰ	Ⅱ
1	＋	＋	＋	有	有	產(chǎn)生
2	＋	－	＋	無(wú)	無(wú)	不產(chǎn)生
3	＋	＋	－	有	無(wú)	不產(chǎn)生

注：“＋”、“－”分別表示人工體系中組分的“有”、“無(wú)”。

①比較第1組和第2組的結(jié)果可知，Ⅰ可以轉(zhuǎn)運(yùn)H+進(jìn)入囊泡。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，第1組囊泡內(nèi)pH比囊泡外低1．8，說(shuō)明囊泡內(nèi)的H+濃度_____________囊泡外。

②當(dāng)?shù)?/span>1組人工體系加入丙酮后，不再產(chǎn)生ATP，其原因可能是丙酮破壞了囊泡膜，導(dǎo)致囊泡內(nèi)的H+ ______________。

③比較第1組和第3組的結(jié)果可知，伴隨_______________的過(guò)程，ADP和Pi合成ATP。、

（3）上述實(shí)驗(yàn)表明，人工體系產(chǎn)生ATP的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程是光能→ _____________→ATP中的化學(xué)能。

Answer 1

【答案】葉綠體的類囊體薄膜和線粒體的內(nèi)膜 高于 滲漏 H+通過(guò)Ⅱ向囊泡外順濃度轉(zhuǎn)運(yùn) H+電化學(xué)勢(shì)能

【解析】

有氧呼吸的過(guò)程：
第一階段：在細(xì)胞質(zhì)的基質(zhì)中。
反應(yīng)式：1C6H12O6（葡萄糖）2C3H4O3（丙酮酸）+4[H]+少量能量（ 2ATP）
第二階段：在線粒體基質(zhì)中進(jìn)行。
反應(yīng)式：2C3H4O3（丙酮酸）+6H2O20[H]+6CO2+少量能量（ 2ATP）
第三階段：在線粒體的內(nèi)膜上，這一階段需要氧的參與，是在線粒體內(nèi)膜上進(jìn)行的。
反應(yīng)式：24[H]+6O212H2O+大量能量（34ATP）

圖示H+進(jìn)入囊泡通過(guò)膜蛋白（Ⅰ），需要光，說(shuō)明該囊泡模擬的是葉綠體的類囊體薄膜； H+通過(guò)II出囊泡，形成ATP，說(shuō)明模擬的是線粒體的內(nèi)膜。

（1）根據(jù)圖形分析可知該圖模擬的是葉綠體的類囊體薄膜和線粒體的內(nèi)膜上合成ATP的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。

（2）①比較第1組和第2組的結(jié)果可知，Ⅰ可以轉(zhuǎn)運(yùn)H+進(jìn)入囊泡。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，第1組囊泡內(nèi)pH比囊泡外低1.8，說(shuō)明囊泡內(nèi)的H+濃度高，即囊泡內(nèi)的H+濃度高于囊泡外。

②當(dāng)?shù)?/span>1組人工體系加入丙酮后，不再產(chǎn)生ATP，可能是丙酮破壞了囊泡膜，導(dǎo)致囊泡內(nèi)的H+滲漏，失去了H+濃度差，無(wú)法合成ATP。

③比較第1組和第3組的結(jié)果可知，伴隨H+通過(guò)Ⅱ向囊泡外順濃度轉(zhuǎn)運(yùn)的過(guò)程，ADP和Pi合成ATP。

（3）比較第1組和第2組實(shí)驗(yàn)可知在沒(méi)有H+通過(guò)Ⅰ的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程存在的情況下，即使ATP合成酶（Ⅱ）存在，也沒(méi)有ATP生成，再聯(lián)系③的推理可知，人工體系產(chǎn)生ATP的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程是光能→H+電化學(xué)勢(shì)能→ATP中的化學(xué)能。