问答题 在一个含有完整线粒体的反应系统中,先后加入琥珀酸、ADP和Pi、氧化磷酸化抑制剂(寡霉素),以及DNP(2,4-二硝基苯酚),测得相应的氧消耗和ATP合成情况,结果如下(图1和图2)。(1)请对这两个图所显示的结果给予解释,并阐述线粒体电子传递和氧化磷酸化的关系;(2)说明DNP的作用实质。
【正确答案】(1)氧消耗速度显示电子传递速度,ATP合成速度显示氧化磷酸化。ADP和Pi是氧化磷酸化的底物,琥珀酸是产生FADH2的底物。
图1:氧消耗曲线显示,在含有线粒体(完整电子传递链)的反应系统中加入ADP/Pi,电子传递速度没有什么变化;当加入琥珀酸,氧消耗大幅度增加。说明电子传递需要电子供体(底物)。加入呼吸链的抑制剂CN-完全抑制了电子传递。ATP合成曲线和氧消耗曲线一致,说明只有ADP和Pi是不能合成ATP的,ATP的合成依赖于电子传递的进行。
图2:ATP合成曲线显示,仅有琥珀酸时,ATP无法合成,只有当ATP合成底物ADP和Pi也加入时,才合成ATP。加入氧化磷酸化抑制剂寡霉素可以抑制氧化磷酸化,但同时氧消耗也同步降低,说明氧化磷酸化对电子传递有重要影响。
“ATP的合成依赖于电子传递的进行、反过来又作用于电子传递”的现象说明线粒体电子传递和氧化磷酸化之间存在偶联关系。
(2)DNP为解偶联剂,可以使氧化磷酸化和电子传递两个过程分离。因为DNP是一种疏水性物质,可以在膜中自由移动;它又是一种弱酸,可以解离出质子,将内膜外侧的质子运回膜内侧,这就破坏了跨膜质子梯度,从而使线粒体的氧化磷酸化因为没有驱动力而不能进行。DNP存在时电子传递可以照常进行,因此氧消耗继续增加。
【答案解析】