离子通道是细胞膜上的一些蛋白质孔道，它能够容许特定的离子如钙、钾离子通道。电位门离子通道可以存在于可兴奋细胞，如血液、骨细胞中。
问答题     请谈谈在可兴奋细胞中电位门离子通道开关的机制。
 
【正确答案】电位门离子通道开关的机制：①当神经冲动传到末鞘时，膜电位降低去极化，末鞘质膜上的电势闸门Ca2+通道打开，由于胞外Ca2+浓度比胞质大1000倍以上，所以Ca2+进入末梢内，使其释放神经递质乙酰胆碱；②释放的乙酰胆碱与肌细胞上的乙酰胆碱受体结合，这些受体构成配体-闸门通道。暂时开放估约1ms，K+由此通道逸出，Na+进入，由于Na+流入多于K+流出，电化学梯度迅速下降，导致肌膜去极化；③当肌膜发生去极化时，肌膜上的对Na+通透性的“电势-闸门”相继开启，产生极化峰(动作电位)扩展到整个肌膜，使胞内Ca+浓度急剧增加，使肌原纤维收缩。
【答案解析】
问答题     现已知鞘磷脂酶D是存在于褐蛛毒液里的一种酶，请根据所学的细胞生物学知识，谈谈鞘磷脂酶D是如何开启细胞膜上的离子通道的。
 
【正确答案】鞘磷脂酶D作为开关蛋白的活性开启蛋白激酶，使开关蛋白蛋白磷酸化而开启。
【答案解析】
问答题   细胞如何维持细胞膜内外的离子及电荷的不均匀分布?
 
【正确答案】主动转运：通过细胞膜内生物泵的主动耗能作用，将物质分子或离子由细胞膜的低浓度一侧向高浓度一侧转运的过程。其特点：转运的物质为水溶性的；中介物为泵；逆电位差，耗能。钠泵活动生理意义：维持膜内外钠钾的不均匀分布；建立势能贮备；细胞内的高钾是细胞代谢反应的必需条件；细胞外高钠对维持细胞内外渗透压的平衡具有重要作用。
【答案解析】
问答题   比较载体蛋白与通道蛋白的特点。
 
【正确答案】载体蛋白是膜上的一种蛋白质，调节着离子主动吸收的一种成分，相当于结合在细胞质膜上的酶，有特异性结合位点，可同特异性底物结合，一种特异性载体只转运一种类型的分子或离子；转运过程具有类似酶与底物作用的饱和动力曲线。在膜的一侧与离子特异性地结合，形成不稳定载体——离子复合物，然后在膜的另一侧把离子释放出来，而载体又回到原来一侧。细胞膜上一定的蛋白质，可以使一定的离子通过。 载体蛋白是多回旋折叠的跨膜蛋白质，它与被传递的分子特异结合使其越过质膜。载体蛋白需要同被运输的离子和分子结合，然后通过自身的构型变化或移动完成物质运输的膜蛋白。载体蛋白促进扩散时同样具有高度的特异性，其上有结合点，只能与某一种物质进行暂时性、可逆的结合和分离。而且，一个特定的载体只运输一种类型的化学物质，甚至一种分子或离子。载体蛋白既参与被动的物质运输，也参与主动的物质运输。由载体蛋白进行的被动物质运输，不需要ATP提供能量。载体蛋白对物质的转运过程具有类似于酶与底物作用的动力学曲线、可被类似物竞争性抑制、具有竞争性抑制等酶的特性。但与酶不同的是：载体蛋白不对转运分子作任何共价修饰。 通道蛋白：通道蛋白是一类横跨质膜，能使适宜大小的分子及带电荷的分子通过简单的自由扩散运动，从质膜的一侧转运到另一侧。通道蛋白可以是单体蛋白，也可以是多亚基组成的蛋白，它们都是通过疏水的氨基酸链进行重排，形成水性通道。通道蛋白本身并不直接与小的带电荷的分子相互作用，这些小的带电荷的分子可以自由地扩散，通过由脂双层中膜蛋白带电荷的亲水区所形成的水性通道。通道蛋白的运输作用具有选择性，所以在细胞膜中有各种不同的通道蛋白。通道蛋白参与的只是被动运输，在运输过程中并不与被运输的分子结合，也不会移动，并且是从高浓度向低浓度运输，所以运输时不消耗能量。
【答案解析】
问答题   比较P-型离子泵、V-型质子泵、F-型质子泵和ABC超家族的异同。
 
【正确答案】四类ATP驱动的离子和小分子运输泵的比较 类型 运输物质 结构与功能特点 存在的部位 P型 H+，Na+， K+，Ca2+ 通常有大小两个亚基，大亚基被磷酸化， 小亚基调节运输。 H+泵：存在于植物、真菌和细菌的质膜； Na+/K+：动物细胞的质膜；H+/K+泵： 哺乳动物胃细胞表层质膜；Ca2+泵：所有 真核生物的质膜；肌细胞的肌质网膜。 F型 只是H+ 有多个跨膜亚基，建立H+的电化学梯 度，合成ATP。 细菌的质膜、线粒体内膜、叶绿体的类囊 体膜。 V型 只是H+ 多个跨膜亚基，亚基的细胞质部分可将 ATP水解，并利用释放的能量将H+运输 到囊泡中，使之成为酸性环境。 ①植物、酵母和其他真菌的液泡膜；②动 物细胞的溶酶体和内体的膜；③某些分 泌酸性物质的动物细胞质膜(如破骨细 胞和肾管状细胞)。 ABC型 离子和各种 小分子 两个膜结构域形成水性通道，两个细胞 质ATP结合结构域与ATP水解及物质 运输相偶联。不同结构域可以位于同一 个亚基，也可位于不同的亚基。 ①细菌质膜(运输氨基酸、糖和肽)；②哺 乳动物内质网膜(运输与MHC蛋白相关 的抗原肽)；③哺乳动物细胞质膜(运输 小分子、磷脂、小的类脂分子)
【答案解析】
问答题   说明
【正确答案】泵是动物细胞中由ATP驱动的将Na+输出到细胞外同时将K+输入细胞内的运输泵，又称Na+泵或交换泵。实际上是一种Na+/K+ ATPase。Na+/K+ ATPase是由两个大亚基(α亚基)和两个小亚基(β亚基)组成。α亚基是跨膜蛋白，在膜的内侧有ATP结合位点，细胞外侧有乌本苷(ouabain)结合位点；在α亚基上有Na+和K+结合位点。 Na+/K+ ATPase运输分为六个过程：①在静息状态，Na+/K+泵的构型使得Na+结合位点暴露在膜内侧，当细胞内Na+浓度升高时，3个Na+与该位点结合；②由于Na+的结合，激活了ATP酶的活性，使ATP分解，释放ADP，α亚基被磷酸化；③由于α亚基被磷酸化，引起酶发生构型变化，于是与Na+结合的部位转向膜外侧，并向胞外释放3个Na+；④膜外的2个K+同α亚基结合；⑤K+与磷酸化的Na+/K+ ATPase结合后，促使酶去磷酸化；⑥去磷酸化后的酶恢复原构型，于是将结合的K+释放到细胞内。每水解一个ATP，运出3个Na+，输入2个K+。泵工作的结果，使细胞内的Na+浓度比细胞外低10～30倍，而细胞内的K+浓度比细胞外高10～30倍。由于细胞外的Na+浓度高，且Na+是带正电的，所以泵使细胞外带上正电荷。 生物学意义：泵具有三个重要作用，一是维持了细胞Na+的平衡，抵消了Na+的渗透作用；二是在建立细胞质膜两侧Na+浓度梯度的同时，为葡萄糖协同运输泵提供了驱动力；三是Na+泵建立的细胞外电位，为神经和肌肉电脉冲传导提供了基础。
【答案解析】
问答题   比较动物细胞、植物细胞和原生动物细胞应付低渗膨胀的机制有何不同。
 
【正确答案】动物细胞、植物细胞和原生动物细胞应付低渗膨胀的机制是不同的。动物细胞通过泵出离子维持细胞内低浓度溶质，如、等；植物细胞有细胞壁，避免膨胀和破裂，从而耐受较大的跨膜渗差异；同时植物细胞的质膜中没有，代之的是来建立植物细胞的电化学梯度来应付低渗膨胀。原生动物通过收缩胞定时排出进入细胞过量的水而避免膨胀。对大多数细胞而言，对维持渗透平衡起重要作用。
【答案解析】
问答题   试述胞吞作用的类型与功能。
 
【正确答案】胞吞作用是通过细胞质膜内陷形成胞吞泡将外界物质裹进并输入细胞的过程。根据形成的胞吞泡的大小和胞吞物质，胞吞作用可分为吞噬作用和胞饮作用。 吞噬作用：只限于几种特殊的细胞类型，如变形虫和一些单细胞的真核生物通过吞噬作用从周围环境中摄取营养。在大多数高等动物细胞中，吞噬作用是一种保护措施而非摄食的手段。高等动物具有一些特化的吞噬细胞，包括巨噬细胞和中性粒细胞。它们通过吞噬菌体摄取和消灭感染的细菌、病毒以及损伤的细胞、衰老的红细胞。形成的吞噬泡直径一般大于250nm。 胞饮作用：它是一种非选择性的连续摄取细胞外基质中液滴的内吞过程。吞入的物质通常是液体或溶解物。所形成的小囊泡的直径小于150nm。根据细胞外物质是否吸附在细胞表面，将胞饮作用分为两种类型：液相内吞和吸附内吞。
【答案解析】
问答题   简述叶绿体和线粒体的增殖方式。在提取植物线粒体DNA的实验中，为什么常用在黑暗环境下培养的幼菌?
 
【正确答案】避免光照下形成的叶绿体DNA的干扰。有利于实验进行。
【答案解析】
问答题   为了研究蛋白质输入线粒体的机制，用能够阻止核糖体沿着mRNA移动的放线菌酮处理酵母细胞，然后用电子显微镜检查处理过的细胞，可惊奇地发现核糖体附着在线粒体表面。在没有用放线菌酮处理时，从未见过这种情况的发生。为进一步研究，研究者分离了用放线菌酮处理的线粒体及其附着的核糖体，接着分离了相连的mRNA，并且进行了离体翻译，纯化蛋白质后与正常合成的蛋白质进行比较；结果显示用放线菌酮处理的细胞合成的蛋白质与未用放线菌酮处理的细胞合成的蛋白质之间没有差别。请解释是何原因导致核糖体附着到线粒体的膜上?
 
【正确答案】线粒体蛋白要输入线粒体，需要有线粒体输入信号，这个信号是线粒体蛋白N端的一段氨基酸序列。因为放线菌酮能够阻止核糖体沿着mRNA移动，所以有一些mRNA只被翻译出N端线粒体输入信号后就停止了，形成核糖体-mRNA-肽链复合物。N端信号为线粒体膜上的特殊分子识别，二者结合，使得这个复合物附着在线粒体膜上。
【答案解析】
问答题   ATP合酶既能合成ATP又能水解ATP，这种动作方向是由什么决定的?
 
【正确答案】ATP合酶既能合成ATP又能水解ATP，细胞在消耗ATP的时候，基质中的ATP/ADP的比率会低于平衡点，ATP合酶利用储存在质子梯度中的能最合成ATP以恢复原来的ATP/ADP比率；反之，当电化学质子梯度降到平衡点以下时，ATP合酶就会水解基质中的ATP以恢复这个梯度。也就是说ATP合酶的作用方向由基质中的ATP/ADP的比率决定。
【答案解析】
问答题   如何从组织中分离、鉴定线粒体?
 
【正确答案】可用差速离心法。因为细胞中各种细胞器或颗粒的大小、密度不一样，因此可以通过差速离心的方法得到不同的组分。具体做法是：先将组织做成匀浆，然后对匀浆进行差速离心，离心分离前先得到细胞核，然后是线粒体。如果一次离心得到的线粒体不够纯净，可以进行第二次甚至第三次。至于具体的离心速度和最后对线粒体组分的鉴定可以上网查些相关资料和数据，并且通过具体实验确定最佳方案。
【答案解析】
问答题   植物叶肉细胞中既然存在大量的叶绿体的产能细胞，为什么还需要线粒体呢?
 
【正确答案】叶绿体虽然能将光能转化为ATP，但叶绿体膜对ATP不是通透的，因而不能供给细胞质生命活动所需。而线粒体膜对ATP是通透的，因而是供能细胞器。
【答案解析】
问答题   细胞质的基质中合成的某些蛋白质转移到线粒体的功能部位，这一现象支持哪种关于半自主性细胞器的学说?为什么?
 
【正确答案】这一现象支持非共生起源学说。因为这个现象说明线粒体功能实行需要核编码的蛋白的辅助。 非共生起源学说是一种对线粒体和叶绿体起源的假说，认为真核细胞的前身是一个进化上比较高等的好氧菌，通过细菌细胞膜的内陷、扩张和分化逐渐形成了绿粒体和叶绿体的雏形，因此又称为原生质膜内陷说。非共生起源学说还认为，在进化的最初阶段，原核细胞的基因组进行复制并不伴有细胞分裂，而是在基因组附近的质膜内陷形成双层膜，从而将基因组包围在内，从而解释了真核细胞核被膜的形成分化的渐进过程，而这正是内共生起源学说无法解释的问题。但是这一学说的证据不多，也有很多无法解释的面。
【答案解析】
问答题   简述线粒体的结构与功能。
 
【正确答案】线粒体是一种普遍存在于真核细胞中的细胞器，各种生命活动所需的能量大部分都是靠线粒体中合成的ATP提供的，因此有细胞的“动力工厂”之称。 线粒体的结构：线粒体是由内外两层彼此平行的单位膜套叠而成的封闭的囊状结构。外膜起界膜作用，内膜向内折叠成嵴，外膜和内膜将线粒体分隔成两个区室：一个是内外膜之间的腔隙即膜间隙；另一个是内膜所包围的空间即基质。与线粒体功能有关的上千种生物大分子都分别组装或分布于不同的膜系结构和空间。功能：线粒体是物质最终彻底氧化分解的场所，其主要功能是进行三羧酸循环及氧化磷酸化合成ATP，为细胞生命活动提供直接能量。此外，线粒体还参与细胞中氧自由基的形成，调节细胞氧化还原电位和信号转导，调节细胞凋亡、细胞内多种离子的跨膜转运及电解质稳态平衡，包括线粒体对细胞中Ca2+稳态调节等有关。
【答案解析】
问答题   详细讨论线粒体与细胞凋亡的关系。
 
【正确答案】线粒体具有介导细胞生和死的功能，这是因为线粒体具有氧化磷酸化、传递电子、储存Ca2+、能量代谢、抗活性氧化等重要生理作用，它为细胞的各种生命活动提供基础能量。而现代研究发现，线粒体的作用比这更为多样和复杂。已发现多种细胞的诱导因子(铅、汞、射线、热环境、肿瘤坏死因子)均可作用于线粒体，使其微环境发生变化，进而造成其结构和功能发生变异后介导或启动细胞死亡过程。其中线粒体跨膜电位(MTP)降低是凋亡级联反应过程中最先发生的重要事件之一，MTP降低标志线粒体膜结构发生改变，内膜通透性增强，膜间孔非生理性开放，基质中的溶质分子、离子和某些蛋白质过度释放，内膜H+梯度平衡失常甚至消失。这些改变促使线粒体释放激活细胞凋亡的某些分子进入细胞质，鉴于此，认为线粒体以MTP和膜间孔介导细胞凋亡。 凋亡细胞因各种原因造成线粒体发生渗透性肿胀时，有利于细胞色素c及其他小分子物质的释放。其中细胞色素c是细胞生存的必须分子又是细胞死亡的启动分子，它进入胞浆，通过凋亡蛋白酶激活因子(APAF)激活胞浆中的半胱氨酸酶，造成半胱氨酸蛋白水解家族发生级联反应，最终导致了细胞凋亡的发生，而线粒体储存的Ca2+进入胞浆中使得细胞质内Ca2+浓度增加，能启动多种凋亡相关途径。 此外，来源于神经鞘磷脂水解的神经酰胺作用于线粒体后，可介导细胞凋亡。凋亡诱导因子(AIF)通常位于线粒体内，由核基因组编码。在细胞凋亡发生过程中，AIF从线粒体转移出来并进入细胞核，引起DNA片段化和染色体凝集并边缘化；使线粒体释放凋亡蛋白细胞色素c和Caspase-9；MTP降低和PS膜外暴露。上述线粒体与细胞凋亡发生的关系和作用的机制尚有待更深入的研究。
【答案解析】
问答题   怎样理解线粒体和叶绿体是细胞能量转换的细胞器?
 
【正确答案】线粒体和叶绿体是细胞内两种产能细胞器是因为叶绿体通过光合作用把光能转化为化学能，并贮藏于糖类、脂肪和蛋白质等大分子的有机物中。线粒体高效地将细胞内的有机物转化为细胞生命活动的直接能源，是糖类、脂肪和蛋白质最终氧化释放能量的场所。虽然线粒体和叶绿体是细胞内产能细胞器，但细胞的能量主要是靠线粒体提供的。
【答案解析】
问答题   线粒体和叶绿体在细胞内呈现怎样的动态特征。
 
【正确答案】线粒体和叶绿体均是高度动态的细胞器，表现在：沿细胞骨架进行运动，产生位置和分布变化、形态变化，以及融合和分裂介导的体积和数目变化等。 除线粒体的大小和形态随细胞生命活动变化而变化外；线粒体在细胞内的分布与细胞内的能量需求密切相关，线粒体可通过马达蛋白和细胞骨架运动，向能量需求集中的区域集中；细胞中线粒体的数目随物种不同而不同，同一种生物体内不同分化类型细胞的线粒体数目也不同；线粒体在细胞中通过频繁分裂和融合来调控其形态和数目；小颗粒状线粒体可融合成线条状或片层状线粒体，片层状线粒体也可分裂成小颗粒状线粒体。 植物细胞的叶绿体分布会随光环境变化而变化，当光较弱时，汇集到细胞向光面，以多吸收光能，当光很强时，则避开受光面，以避免强光伤害；其叶绿体的移动和锚定与微丝骨架密切相关，叶绿体和微丝骨架之间通过连接蛋白联系，随微丝骨架的动态变化而在细胞内发生移动；叶绿体的内、外膜向外延伸形成管状凸出(基质小管)，不同的叶绿体通过基质小管相互联系，以在叶绿体间进行物质和信息交流，但在叶肉细胞内罕见叶绿体间融合。
【答案解析】
问答题   试比较线粒体与叶绿体在基本结构方面的异同。
 
【正确答案】相同点：①二者均有两层单位膜包被；②外膜均具有较高的通透性，而内膜的通透性差，内膜上均含有大量的转运载体蛋白，内膜包含的基质中均含有执行各自功能、需要的多种酶蛋白；③含有的ATP合成酶的基本结构类似；④基质中含有环状的DNA、RNA和核糖体。 线粒体与叶绿体膜和区室的结构域不同点见下表： 线粒体与叶绿体在基本结构方面的不同点 膜或区室 线粒体 叶绿体 外膜 标志酶：单胺氧化酶 厚7nm，通透性强，有孔蛋白 厚5.5 nm，通透性强，有孔蛋白 内膜 标志酶：细胞色素氧化酶 蛋白质：脂=0.9 蛋白质：脂=0.7 通透性差 通透性差 向内折成嵴 少向内折成管状或小泡状 内表面有ATP合成酶颗粒 内表面光滑 有各种类型的运输蛋白 仅仅是交换转运蛋白 是电子传递和氧化磷酸化部位 是脂合成的部位 类囊体酶 无 光反应的部位 外表面有CF1-ATP，光合磷酸化部位 膜间隙 标志酶：腺苷酸激酶 建立H+质子梯度 基质 含各种酶系、mtDNA、核糖体 含有一些酶、ctDNA、核糖体、 tRNA和蛋白质表达因子 tRNA和蛋白质表达因子 TCA循环场所 卡尔文循环场所 类囊体腔 无 水的光解 建立H+质子梯度
【答案解析】
问答题   为什么说三羧酸循环是真核细胞能量代谢的中心?
 
【正确答案】三羧酸循环的起始物乙酰辅酶A，不仅是糖类分解的产物，还可来自甘油、脂肪酸和某些氨基酸代谢，因此它是糖、脂肪、蛋白质三种主要有机物在体内彻底氧化的共同代谢途径。体内大多数有机物是通过三羧酸循环而分解的。 由三羧酸循环脱氢过程中产生的氢经过呼吸传递体传递，在此过程中伴随电子传递和质子的跨线粒体内膜转运，最终在膜间隙中累积质子，建立质子动力势，驱动ATP合成，而ATP是真核生物体内进行各种生命活动的直接能量来源。所以说三羧酸循环是真核细胞能量代谢的中心。
【答案解析】
问答题   电子传递链与氧化磷酸化之间有何关系?
 
【正确答案】电子传递链是线粒体内膜上由呼吸传递体组成的电子传递总轨道。呼吸传递体能把代谢物脱下的电子有序地传递给氧，呼吸传递体有两大类：氢传递体与电子传递体。氢传递体包括一些脱氢酶的辅助因子，主要有NAD+、FMN、FAD、UQ等。它们既传递电子，也传递质子；电子传递体包括细胞色素系统和某些黄素蛋白、铁硫蛋白。呼吸链传递体传递电子的顺序是：代谢物→NAD+→FAD→UQ→细胞色素系统→O2。 氧化磷酸化是指电子从NADH或FADH2经电子传递链传递给分子氧生成水，并偶联ADP和Pi生成ATP的过程。它是需氧生物合成ATP的主要途径。电子沿呼吸链由低电位流向高电位是个逐步释放能量的过程。 线粒体内膜上的电子传递链将生物的氧化作用和磷酸化作用联系起来，即生物氧化作用形成的电子可以通过电子传递链传递，在电子传递过程中同时发生一系列的氧化还原反应，呼吸链中的质子载体可将质子由基质转移到膜间隙中，建立跨内膜的质子电化学梯度，当质子通过ATP合成酶上的质子通道由膜间隙流到线粒体基质中时，催化ADP磷酸化形成ATP。在氧化磷酸化中，磷酸化所需要能量由氧化作用供给，氧化作用形成的能量通过磷酸化作用储存。
【答案解析】
问答题   试比较线粒体的氧化磷酸化与叶绿体的光合磷酸化的异同点。
 
【正确答案】氧化磷酸化与光合磷酸化的相同点：①需要通过电子传递链中的质子载体建立跨膜的H+浓度梯度；②需要完整膜结构维持跨膜的H+浓度梯度；③ATP的生成都是质子动力势驱动的H+流过ATP合成酶推动的；④ATP合成酶复合体的结构十分相似，都具有F1头部和F0基部，且F1催化ATP形成。氧化磷酸化与光合磷酸化的不同点见下表。 氧化磷酸化与光合磷酸化的不同点 不同点 氧化磷酸化 光合磷酸化 细胞器 线粒体 叶绿体 定位 线粒体内膜 类囊体膜 电子传递系统 呼吸链 PSⅠ、PSⅡ 电子供体 NADH或FADH2 H2O的光解 电子终受体 O2 NADP+ 最终产物 ATP和H2O NADPH、ATP和O2 传递电子对 1对 1对 造成的H+质子浓度差 膜间隙(高)/基质(低) 类囊体腔(高)/基质(低) 电子跨膜次数 3次 2次 偶联因子 F1-F0-ATP酶 F1-F0-ATP酶 机理 化学渗透 化学渗透 偶联因子定位取向 向内朝向基质 向外朝向基质 H+质子流向 向内流向类囊体腔 向外流向膜间隙 产生ATP所需的H+数 2个 3个 1对电子传递过程中产生的跨膜H+数 10 4
【答案解析】
问答题   光系统中捕光复合物和反应中心复合物的结构与功能的关系如何?
 
【正确答案】光系统是进行光吸收的功能单位，由叶绿素、类胡萝卜素、脂和蛋白质组成的复合物。每一个光系统含有两个主要成分：捕光复合物和光反应中心复合物。 捕光复合物由捕光色素即大多数叶绿素a，所有的叶绿素b、类胡萝卜素以及它们结合的蛋白组成的复合物。它们只能吸收光，然后将吸收的光子传递给反应中心色素。 光反应中心复合物由中心色素、原初电子供体和原初电子受体组成。其中，反应中心色素为处于特殊状态的叶绿素a，可将光能转化为化学能。 二者共同组成了光合作用单位，以进行光合作用。具体过程是：捕光复合物的功能像是一种天线，将捕获的光能传递给反应中心色素，激发反应中心色素到激发态，导致反应中心色素发生电荷分离，产生高能电子传递给原初电子受体，同时从原初电子供体处获得一个电子，完成光能向电能的转变。
【答案解析】
问答题   氧化磷酸化偶联机制的化学渗透假说的主要论点是什么?有什么证据?
 
【正确答案】英国生物化学家P.Mitchell于1961年提出的解释氧化磷酸化偶联机理的假说。该学说认为：在电子传递过程中，伴随着质子从线粒体内膜的里层向外层转移，形成跨膜的氢离子梯度，这种势能驱动了氧化磷酸化反应，合成了ATP。这一学说得到公认并获得了1978年诺贝尔奖。化学渗透学说可以很好地说明线粒体内膜中电子传递、质子电化学梯度建立、ADP磷酸化的关系。 化学渗透假说的主要论点：线粒体内膜上呼吸链各组分的分布是不对称的，在高能电子沿着呼吸链电子传递的过程中，通过线粒体内膜上呼吸链组分间氢与电子的交替传递，使H+从内膜内侧向外侧定向转移。由于线粒体内膜对H+高度不通透，造成内膜两侧跨膜质子梯度，形成质子动力势。其中蕴藏的能量驱使H+穿过ATP合酶，驱动ADP与Pi形成ATP。 化学渗透学说的主要证据：电子传递所形成的电子流能够将H+从线粒体内膜逐出到线粒体膜间隙；携带质子过膜的载体如2，4-二硝基苯酚(DNP)和缬氨霉素可解除氧化和磷酸化的偶联过程，使电子传递照常进行而不生成ATP。DNP的作用机制是作为H+的载体将其运回线粒体内部，破坏质子梯度的形成。由电子传递产生的能量以热被释出；实际测算膜间隙的pH较线粒体基质中低1.4个单位；人工构建的含ATP合酶和细菌视紫红质的脂质体。在提供光、ADP、Pi和H+条件下可形成ATP。
【答案解析】
问答题   试比较光合碳同化三条途径的主要异同点。
 
【正确答案】二氧化碳同化，简称碳同化，是指植物利用光反应中形成的同化力(ATP和NADPH)，将CO2转化为碳水化合物的过程。二氧化碳同化是在叶绿体的基质中进行的，有许多种酶参与反应。高等植物的碳同化途径有三条，即C3途径(卡尔文循环)、C4途径(哈奇一斯莱克)途径和CAM景天科酸代谢途径。三者最终都可将二氧化碳固定。植物的光合碳同化途径具有多样性，这也反映了植物对生态环境多样性的适应。C3途径是最基本的碳同化途径，其他两种途径都必须通过C3途径才能把二氧化碳固定为碳水化合物。同时，也只有这条途径才具备合成淀粉等产物的能力，C4途径和CAM途径可以说是对C3途径的补充。其异同点见下表。 C3植物、C4植物和CAM植物的结构、生理特征比较 特征 C3植物 C4植物 CAM植物 CO2最初固定酶 1，5-二磷酸核酮糖羧化酶 磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶 磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶 CO2最初接受体 1，5-二磷酸核酮糖 磷酸烯醇式丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸 CO2固定的最初产物 3-磷酸甘油酸 草酰乙酸 草酰乙酸 CO2固定的最初场所 所有叶绿体中可以发生 叶肉细胞 所有叶绿体中可以发生 CO2固定的发生时间 白天 白天 夜间 是否发生脱羧反应 不发生 在维管束鞘细胞中发生，产 生的CO2进入C3途径 在CO2固定细胞中发生，产 生的CO2进入C3途径 结构特征 BSC不发达，不含叶绿体，其 周围叶肉细胞排列疏松 BSC含叶绿体，其周围叶肉 细胞排列紧密呈“花环型” 结构 BSC不发达，不含叶绿体，含 较多线粒体，叶肉细胞的液 泡大
【答案解析】
问答题   为什么说线粒体和叶绿体是半自主性细胞器?
 
【正确答案】半自主性是指自身含有遗传表达系统(自主性)；但编码的遗传信息十分有限，其RNA转录、蛋白质翻译、自身构建和功能发挥等必须依赖核基因组编码的遗传信息(自主性有限)。 叶绿体和线粒体自主性的表现在：不仅有自己的DNA，还有自己的核糖体。虽然叶绿体和线粒体有自己的DNA，还有RNA(mRNA、tRNA、rRNA)、核糖体、氨基酸活化酶等，但是信息量有限，只能起部分控制作用。已知线粒体基因组仅能编码约20种线粒体膜和基质蛋白并在线粒体核糖体上合成；叶绿体仅有60多种特有的蛋白质是在叶绿体内合成的。但参与组成线粒体和叶绿体的蛋白质各有上千种之多。显而易见，线粒体和叶绿体的绝大多数蛋白质是由核基因编码，在细胞质核糖体上合成，然后转移至线粒体或叶绿体内。而大部分叶绿体和线粒体的蛋白质是核基因编码，有些是叶绿体和线粒体基因和核基因共同编码的。细胞核与发育成熟的线粒体和叶绿体之间存在着密切的、精确的、严格调控的生物学机制。在二者协同作用的关系中，细胞核的功能更重要，一方面它提供了绝大部分遗传信息；另一方面它具有关键的控制功能。也就是说，线粒体和叶绿体的自主程度是有限的，它们对核遗传系统有很大的依赖性。因此，线粒体和叶绿体的生长和增殖是受核基因组及其自身的基因组两套遗传系统的控制，所以称为半自主性细胞器。
【答案解析】
问答题   线粒体与叶绿体的内共生起源学说有哪些证据?
 
【正确答案】国内共生起源学说：叶绿体起源于细胞内共生的蓝藻。 内共生起源学说的不足之处：从进化角度，如何解释在代谢上明显占优势的共生体反而将大量的遗传信息转移到宿主细胞中；不能解释细胞核是如何进化来的，即原核细胞如何演化为真核细胞；线粒体和叶绿体的基因组中存在内含子，而真细菌原核生物基因组中不存在内含子，如果同意内共生起源学说的观点，那么线粒体和叶绿体基因组中的内含子从何发生。 内共生起源学说的主要论据：基因组在大小、形态和结构方面与细菌相似；有自己完整的蛋白质合成系统，能独立合成蛋白质，蛋白质合成机制有很多类似细菌而不同于真核生物；两层被膜有不同的进化来源，外膜与细胞的内膜系统相似，内膜与细菌质膜相似，以分裂的方式进行繁殖，与细菌的繁殖方式相同；能在异源细胞内长期生存，说明线粒体和叶绿体具有的自主性与共生性的特征；线粒体的祖先很可能来自反硝化副球菌或紫色非硫光合细菌；发现介于胞内共生蓝藻与叶绿体之间的结构——蓝小体，其特征在很多方面可作为原始蓝藻向叶绿体演化的佐证。
【答案解析】