Question

【题目】线粒体是细胞中重要的细胞器，下图表示线粒体产生能量的部分过程。其中A、B、C表示在线粒体内膜上进行电子传递的蛋白质。

（1）在线粒体内膜上发生的是有氧呼吸的第________阶段，电子经一系列传递后最终被O2接受，生成________。电子经A、B、C传递时释放的能量用于将H+跨膜运输到______，使膜两侧形成H+浓度差，伴随着H+顺浓度梯度转运产生ATP。

（2）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AOX或UCP蛋白。由图可知，AOX蛋白可使电子绕过B、C，直接传递给O2，此电子传递路径将会导致线粒体内膜产生的ATP_______（增多、减少）。UCP蛋白的存在使线粒体内膜合成ATP减少，原因是_______。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_________，从而抵御低温冻伤，促进生殖发育顺利完成。

（3）在动物细胞线粒体内膜上也存在UCP蛋白，作用机理同上。科研人员通过实验研究不同组大鼠在不同饲料饲喂后体内UCP基因的mRNA表达量变化（以峰面积表示表达量；UCP1、UCP2、UCP3基因分别主要在褐色脂肪组织、白色脂肪组织及骨骼肌中表达），结果如下图所示。（肥胖抵抗指吃高脂肪食物而不发生肥胖的现象。）

①据图可知，与基础饮食组相比，高脂饮食肥胖组UCP1～3基因的表达情况是_____。

②由实验结果可知，高能量摄入的条件下，高脂饮食肥胖抵抗组大鼠UCP基因的表达量_____基于UCP的作用及研究结果推测，高脂饮食肥胖抵抗组大鼠在高能量摄入的条件下，未出现肥胖现象的原因是___________。

Answer 1

【答案】三 H2O 膜间隙 减少 UCP蛋白可以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） 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 UCP1基因表达量基本不变，UCP2和UCP3基因的表达量均降低 提高 UCP基因的表达量高，能量以热能形式释放比例增加（ATP生成效率降低），同时增加机体能量消耗

【解析】

有氧呼吸：

第一阶段 C6H12O6(葡萄糖) 4[H]（还原氢）+2C3H4O3（丙酮酸）+少量能量，场所细胞质基质中。

第二阶段 2C3H4O3（丙酮酸）+6H2O（水）20[H]（还原氢）+6CO2(二氧化碳)+ 少量能量；场所：线粒体基质中。

第三阶段 24[H]（还原氢）+6O2（氧气）12H2O(水)+大量能量；场所：线粒体内膜。

总反应式 C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+大量能量

（1）有氧呼吸的第三阶段的场所在线粒体内膜上。电子经一系列传递后最终被O2接受，O2和[H]结合生成H2O。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。

（2）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。

（3）①由图可知，高脂饮食肥胖组与基础饮食组相比，UCP1基因表达量基本不变，UCP2和UCP3基因的表达量均降低。

②柱形图中高脂饮食肥胖抵抗组大鼠UCP基因的表达量高于另外两组，使得能量更多以热能形式散失，因此增加了机体对能量的消耗，从而不发生肥胖。