Question

2．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，经离心后将外膜与由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24[H]+6O₂$\stackrel{酶}{→}$12H₂O+大量能量．
（2）线粒体内膜上的F₀-F₁颗粒物是ATP合成酶（如图2），其结构由突出于膜外的亲水头部和嵌入膜内的疏水尾部组成，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，在有跨膜H⁺浓度梯度条件下，含F₀-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，外膜涨破的原理是渗透作用．用差速离心方法能将外膜与内膜及其他结构分开．

Answer 1

分析 1、有氧呼吸分为三个阶段：第一阶段，在细胞质基质，葡萄糖分解为丙酮酸和[H]，释放少量能量；第二阶段，在线粒体基质，丙酮酸分解为二氧化碳和[H]，释放少量能量；第三阶段，前两个阶段产生的[H]与氧气结合生成水，产生大量的能量．
2、分析题图：F₀-F₁颗粒物即ATP合成酶由亲水的F₁（头部）与疏水的F₀（尾部）组成，其功能是在跨膜H⁺浓度梯度推动下合成ATP．

解答 解：（1）有氧呼吸第三阶段是前两阶段产生的[H]与O₂结合生成水，释放大量能量的过程．
（2）由图2所示知，F₀-F₁颗粒物即ATP合成酶由亲水的F₁（头部）与疏水的F₀（尾部）组成，其功能是在跨膜H⁺浓度梯度推动下合成ATP；用尿毒破坏内膜小泡将F₁颗粒与含F₀的小泡分开，在跨膜H⁺浓度梯度推动下含F₀的小泡不能合成ATP，则证明F₁颗粒的功能是催化ATP合成．
（3）渗透作用原理是当细胞液浓度低于外界溶液浓度时，细胞会持续不断的吸水；当细胞液浓度高于细胞液浓度时，细胞失水皱缩；根据外膜与内膜包裹的基质的大小、密度、质量等不同，可以利用差速离心的方法将它们分开．
故答案为：
（1）三    24[H]+6O₂$\stackrel{酶}{→}$12H₂O+大量能量
（2）疏水    有跨膜H⁺浓度梯度     F₀-F₁  F₀
（3）渗透作用    差速离心

点评 本题考查有氧呼吸过程中的物质变化、ATP合成酶的作用机制和线粒体结构的相关知识，意在考查考生从图表中获取有效信息，并运用这些信息结合所学知识解决相关生物学问题的能力和运用所学知识，通过分析与综合等方法对ATP合成酶的作用机制进行解释、推理，做出合理判断的能力．