Question

为了研究ATP合成过程中能量转换机制，科学家利用提纯的大豆磷脂、某种细菌膜蛋白（Ⅰ）和牛细胞中的ATP合成酶（Ⅱ）构建ATP体外合成体系，如图所示。

请回答问题：

（1）科学家利用人工体系模拟了在________（细胞器）膜上合成ATP的能量转换过程。

（2）科学家利用人工体系进行了相关实验，如下表。

组别	人工体系	H^+通过Ⅰ的转运	H^+通过Ⅱ 的转运	ATP
大豆磷脂构成的囊泡	Ⅰ	Ⅱ
1	＋	＋	＋	有	有	产生
2	＋	－	＋	无	无	不产生
3	＋	＋	－	有	无	不产生

注：“＋”、“－”分别表示人工体系中组分的“有”、“无”。

①比较第1组和第2组的结果可知，Ⅰ可以转运H⁺进入囊泡。进一步研究发现，第1组囊泡内pH比囊泡外低1．8，说明囊泡内的H⁺浓度_____________囊泡外。

②当第1组人工体系加入丙酮后，不再产生ATP，其原因可能是丙酮破坏了囊泡膜，导致囊泡内的H⁺ ______________。

③比较第1组和第3组的结果可知，伴随_______________的过程，ADP和Pi合成ATP。、

（3）上述实验表明，人工体系产生ATP的能量转换过程是光能→ _____________→ATP中的化学能。

Answer

叶绿体的类囊体薄膜和线粒体的内膜 高于 渗漏 H+通过Ⅱ向囊泡外顺浓度转运 H+电化学势能

【解析】

有氧呼吸的过程：
第一阶段：在细胞质的基质中。
反应式：1C6H12O6（葡萄糖）2C3H4O3（丙酮酸）+4[H]+少量能量（ 2ATP）
第二阶段：在线粒体基质中进行。
反应式：2C3H4O3（丙酮酸）+6H2O20[H]+6CO2+少量能量（ 2ATP）
第三阶段：在线粒体的内膜上，这一阶段需要氧的参与，是在线粒体内膜上进行的。
反应式：24[H]+6O212H2O+大量能量（34ATP）

图示H+进入囊泡通过膜蛋白（Ⅰ），需要光，说明该囊泡模拟的是叶绿体的类囊体薄膜； H+通过II出囊泡，形成ATP，说明模拟的是线粒体的内膜。

（1）根据图形分析可知该图模拟的是叶绿体的类囊体薄膜和线粒体的内膜上合成ATP的能量转换过程。

（2）①比较第1组和第2组的结果可知，Ⅰ可以转运H+进入囊泡。进一步研究发现，第1组囊泡内pH比囊泡外低1.8，说明囊泡内的H+浓度高，即囊泡内的H+浓度高于囊泡外。

②当第1组人工体系加入丙酮后，不再产生ATP，可能是丙酮破坏了囊泡膜，导致囊泡内的H+渗漏，失去了H+浓度差，无法合成ATP。

③比较第1组和第3组的结果可知，伴随H+通过Ⅱ向囊泡外顺浓度转运的过程，ADP和Pi合成ATP。

（3）比较第1组和第2组实验可知在没有H+通过Ⅰ的转运过程存在的情况下，即使ATP合成酶（Ⅱ）存在，也没有ATP生成，再联系③的推理可知，人工体系产生ATP的能量转换过程是光能→H+电化学势能→ATP中的化学能。