Question

下图表示线粒体内膜上发生的部分代谢过程，载体蛋白A可以传递有机物分解产生的电子，同时又将H^＋运输到膜间隙，使膜两侧形成H^＋浓度差。回答下列问题：

(1)在线粒体内膜上发生的是有氧呼吸的第______阶段，其主要的生理意义是____________。

(2)由图可知，H^＋通过结构B以__________(填“主动运输”或“被动运输”)的方式进入线粒体基质，并驱动ATP生成。上图生理过程中发生的能量转换是__________(用文字和箭头表示)。

(3)某些早春开花植物的花器官能够自主产生热量，使花部温度明显高于周围环境温度，从而促使生殖发育顺利完成。这些植物的花器官细胞线粒体内膜上存在UCP蛋白(H^＋通道蛋白)。由图可知，UCP蛋白的存在能使线粒体内膜合成ATP减少，原因是_______________。试分析早春开花植物的花抵御低温冻伤的机理是____________________________________。

Answer

三 为生命活动供能 被动运输 电能（→势能）→化学能 H+通过UCP蛋白扩散到线粒体基质，导致通过结构B进入线粒体基质的H+减少，ATP合成减少 线粒体产生的ATP减少，有氧呼吸中释放的热能比例增大，花器官在短期内能产生大量热量

【解析】

有氧呼吸主要分为三个阶段：

第一阶段：在细胞质的基质中，一个分子的葡萄糖分解成两个分子的丙酮酸，同时脱下4个[H]；在葡萄糖分解的过程中释放出少量的能量，其中一部分能量用于合成ATP，产生少量的ATP。这一阶段不需要氧的参与，是在细胞质基质中进行的。

第二阶段：丙酮酸进入线粒体的基质中，两分子丙酮酸和6个水分子中的氢全部脱下，共脱下20个[H]，丙酮酸被氧化分解成二氧化碳；在此过程释放少量的能量，其中一部分用于合成ATP，产生少量的能量。这一阶段也不需要氧的参与，是在线粒体基质中进行的。

第三阶段：在线粒体的内膜上，前两阶段脱下的共24个[H]与从外界吸收或叶绿体光合作用产生的6个O2结合成水；在此过程中释放大量的能量，其中一部分能量用于合成ATP，产生大量的能量。这一阶段需要氧的参与，是在线粒体内膜上进行的。

(1)由分析可知，在线粒体内膜上发生的是有氧呼吸的第三阶段，在此过程中释放大量的能量，其中一部分能量用于合成ATP，产生大量的能量，其主要的生理意义是为生命活动供能。

(2)通过图示可知，电子经A、B、C传递时释放的能量用于将H+跨膜运输到膜间隙，使膜两侧形成H+浓度差，伴随着H+顺浓度梯度转运产生ATP，因此H＋通过结构B以被动运输的方式进入线粒体基质，并驱动ATP生成；上图生理过程中发生的能量转换是电子中储存的电能（→分子浓度差产生的势能）→ATP中储存的化学能；

(3) 由图可知，AOX蛋白可使电子绕过B、C，直接传递给O2，将减少一条电子传递路径与O2结合，因此，此电子传递路径将会导致线粒体内膜产生的ATP减少。由于UCP蛋白可以使H+由膜间隙跨膜运输到线粒体基质，消弱了原本形成H+浓度梯度(降低了形成的浓度差)，所以UCP蛋白的存在使线粒体内膜合成ATP减少。研究表明，AOX或UCP蛋白表达量在生热开始时急速上调。据以上信息分析，早春开花植物的花通过AOX或UCP蛋白，使线粒体产生的ATP减少，有氧呼吸中释放的热能比例增大，花器官在短期内能产生大量热量，从而抵御低温冻伤，促进生殖发育顺利完成