Question

10．线粒体是有氧呼吸的主要场所，科学家在研究线粒体组分时，首先将线粒体放在低渗溶液中获得涨破的外膜，经离心后将外膜与线粒体内膜包裹的基质分开．再用超声波破坏线粒体内膜，破裂的内膜自动闭合成小泡，然后用尿素处理这些小泡，实验结果如图1所示．请分析回答：

（1）研究发现，在适宜成分溶液中，线粒体含F₀-F₁内膜小泡能完成有氧呼吸第三阶段的反应，其反应式为[H]+O₂$\stackrel{酶}{→}$H₂O+能量．
（2）线粒体内膜上的F₀-F₁颗粒物是ATP合成酶（见图2），其结构由突出于膜外的亲水头部和嵌入膜内的亲脂尾部组成，其功能是在跨膜H⁺浓度梯度推动下合成ATP．为了研究ATP合成酶的结构与合成ATP的关系，用尿素破坏内膜小泡将F₁颗粒与小泡分开，检测处理前后ATP的合成．若处理之前，在条件下，含F₁颗粒内膜小泡能合成ATP；处理后含F₀颗粒内膜小泡不能合成ATP，说明F₁颗粒的功能是催化ATP的合成．
（3）将线粒体放入低渗溶液中，外膜涨破的原理是外膜面积小与能膜面积．用差速离心方法能将外膜与内膜及其它结构分开．线粒体基质中可能含有a、b、e、f（填选项前的字母）．
a．DNAb．丙酮酸c．葡萄糖d．染色质e．核苷酸f．RNA聚合酶．

Answer 1

分析 1、线粒体是双膜结构的细胞器，内膜向内凹陷形成嵴，增大膜面积；由于外膜面积比内膜面积小，因此线粒体放在低渗溶液中，首先涨破的是线粒体外膜．
2、线粒体是有氧呼吸的主要场所，有氧呼吸第一阶段发生在细胞质基质中，发生的反应是葡萄糖酵解形成丙酮酸和还原氢，同时产生少量能量；第二阶段发生在线粒体基质中，是丙酮酸和水反应产生二氧化碳和还原氢，同时释放少量能力；第三阶段发生在线粒体内膜上，还原氢与氧气反应产生水，同时释放大量能量．
2、线粒体是半自主复制的细胞器，含有少量的DNA和RNA，能进行DNA分子的复制、转录和翻译过程．

解答 解：（1）线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段的场所，因此粒体含F₀-F₁内膜小泡能完成有氧呼吸第三阶段反应，反应式是[H]+O₂$\stackrel{酶}{→}$H₂O+能量．
（2）磷脂双分子层构成膜的基本骨架，由题意知，ATP合成酶结构由突出于膜外的亲水头部，则嵌入膜内的尾部是亲脂部分；由题意知，该实验的目的是验证F₁颗粒的功能是催化ATP的合成．实验的自变量是膜泡是否含有F₁，如果F₁颗粒的功能是催化ATP的合成，则若处理之前，在条件下，含F₁的颗粒内膜小泡能合成ATP；处理后含F₀粒内膜小泡不能合成ATP，说明F₁颗粒的功能是催化ATP的合成．
（3）由于外膜面积比内膜面积小，因此线粒体放在低渗溶液中，首先涨破的是线粒体外膜；由于外膜、内膜及其他结构的密度不同，因此可以用差速离心法将其分开；线粒体基质含有少量DNA、RNA，是有氧呼吸第二阶段的场所，因此含有的物质是DNA、丙酮酸、核苷酸、RNA聚合酶；葡萄糖不能进行线粒体进行氧化分解，染色体存在于细胞核中，线粒体中没有核糖体．
故答案为：
（1）三[H]+O₂$\stackrel{酶}{→}$H₂O+能量
（2）亲脂   F₁   F_O
（3）外膜面积小与能膜面积   差速离心   a、b、e、f

点评 本题的知识点是线粒体的结构、结构特点和功能，有氧呼吸的过程、场所及物质变化，旨在考查学生理解所学知识的要点，把握知识的内在联系，形成知识网络，并学会应用相关知识进行推理、解答问题．