學習以下材料,回答(1)~(5)題。
逆向TCA循環
在絕大部分生物體內,三羧酸循環(TCA循環)是能量代謝的主要途徑,其不僅為生命活動提供能量,而且是聯系糖類、脂質、蛋白質三大營養物質代謝和轉化的樞紐。糖類等物質分解生成的丙酮酸在一些列酶的作用下生成乙酰輔酶A,進入TCA循環。TCA循環首先由乙酰輔酶A與草酰乙酸縮合生成檸檬酸,經過脫氫等復雜過程,最終生成CO2、少量ATP等物質,釋放少量能量,并且重新生成草酰乙酸的循環反應過程。但在某些細菌體內這一過程可以反向進行,即逆向TCA循環,其過程如下圖所示,在能量及ATP參與下通過逆向TCA循環將CO2等物質合成氨基酸、糖類和脂質分子。
研究發現細菌H生存所用的資源取決于環境。如果環境中存在豐富的蛋白質,細菌H便會將其加以利用,作為生長所需的原料。生活在深海熱液噴口的細菌H可從氫氣與硫的反應中獲取能量。深海熱液噴口能夠釋放大量CO2,細菌H可以特殊的方式調控一些關鍵酶的水平,因而在CO2供應充足(比大氣中的CO2濃度高1000倍)的情況下可優先使用CO2作為碳源。細菌H細胞中含有大量的檸檬酸合酶,高水平的檸檬酸合酶推動化學反應生成乙酰輔酶A分子,后者形成丙酮酸進而退出逆向TCA循環,而丙酮酸會進一步被轉化為脂質、糖類和氨基酸(如圖所示)。通過這種方式,環境中高濃度的CO2推動循環向CO2轉化為乙酰輔酶A的方向進行,從而產生逆向TCA循環。如果CO2濃度不夠高,將導致循環中乙酰輔酶A生成階段受阻。因此,只要環境條件許可,細胞可持續利用高水平的CO2。
研究還發現細菌H不是唯一能夠進行逆向TCA循環的細菌,逆向TCA循環可能在富含CO2的原始大氣環境中發揮著固定CO2的作用。此項研究展示了萬物之源的微生物如何在曾經充滿CO2的地球大氣之下維持生存,為物種起源提供了新的線索。
(1)對照圖中細菌H的逆向TCA循環,推知丙酮酸在真核細胞的 線粒體基質線粒體基質中經TCA循環被分解,產生的 【H】【H】參與有氧呼吸第三階段。
(2)據文中信息,細菌H屬于生態系統組成成分中的 生產者和分解者生產者和分解者,下列關于細菌H及逆向TCA循環的敘述中,合理的是 BDBD(選填下列選項字母)。
A.細菌H沒有線粒體,因此不能進行TCA循環
B.細菌H體內逆向TCA循環中物質合成的能量來源于氫氣與硫的反應
C.逆向TCA循環中一些關鍵酶催化乙酰輔酶A合成,導致檸檬酸積累
D.地球上最初的微生物可能類似細菌H具有逆向TCA循環的能力
E.逆向TCA循環所產生的用于各種生命活動的ATP多于TCA循環
(3)為研究逆向TCA循環過程,科研人員為細菌H供給不同比例的 未標記的氨基酸(糖類、脂質)未標記的氨基酸(糖類、脂質)和13C(一種穩定同位素)標記的CO2,通過檢測產物中 13C的比例13C的比例,進而明確細菌使用何種碳源。
(4)文中提及決定細菌H能夠完成逆向TCA循環的關鍵酶是 檸檬酸合酶檸檬酸合酶,該酶能夠催化TCA循環向兩個相反方向進行的環境條件是 CO2濃度高低CO2濃度高低。
(5)若將逆向TCA循環應用于微生物工業生產,提出可能的方法 將逆向TCA循環中的關鍵酶基因導入大腸桿菌等工程菌中,利用CO2合成有機物,生產工業原料、飼料、食品等。(或“培養細菌H控制溫度、CO2氣體濃度等條件,通過發酵工程獲得相關產物將逆向TCA循環中的關鍵酶基因導入大腸桿菌等工程菌中,利用CO2合成有機物,生產工業原料、飼料、食品等。(或“培養細菌H控制溫度、CO2氣體濃度等條件,通過發酵工程獲得相關產物。
【考點】有氧呼吸的過程和意義;生態系統的組成成分.
【答案】線粒體基質;【H】;生產者和分解者;BD;未標記的氨基酸(糖類、脂質);13C的比例;檸檬酸合酶;CO2濃度高低;將逆向TCA循環中的關鍵酶基因導入大腸桿菌等工程菌中,利用CO2合成有機物,生產工業原料、飼料、食品等。(或“培養細菌H控制溫度、CO2氣體濃度等條件,通過發酵工程獲得相關產物
【解答】
【點評】
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發布:2024/6/11 8:0:9組卷:64引用:1難度:0.3
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1.將生長發育狀況相同的某經濟作物分為兩組,Ⅰ組用遮光網處理以降低光照強度,Ⅱ組不做處理,分別測定凈光合速率的日變化情況,結果如圖.
(1)在ab段,Ⅰ組植株葉肉細胞內合成[H]的場所有
(2)與e點相比,f點時葉綠體內ATP的含量
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2.研究表明,癌細胞和正常分化細胞在有氧條件下產生的ATP總量沒有明顯差異,但癌細胞從內環境中攝取并用于細胞呼吸的葡萄糖是正常細胞的若干倍。如圖是癌細胞在有氧條件下葡萄糖的部分代謝過程,據圖分析回答問題:
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3.閱讀下列材料,并回答問題。
線粒體蛋白AOX和UCP在植物開花生熱中的功能
有些植物的花器官在開花期能夠在短期內迅速產生并累積大量熱能,使花器官溫度顯著高于環境溫度,即“開花生熱現象”。開花生熱可以促使植物生殖發育順利完成。
與高等動物相同,高等植物細胞的有氧呼吸過程能釋放熱量。有氧呼吸的第三階段,有機物中的電子經UQ(泛醌,脂溶性化合物)、蛋白復合體(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)的作用,傳遞至氧氣生成水,電子傳遞過程中釋放的能量用于建立膜兩側H+濃度差,使能量轉換成H+電化學勢能,此過程稱為細胞色素途徑。最終,H+經ATP合成酶運回線粒體基質時釋放能量。此能量用于ATP合成酶催化ADP和Pi形成ATP。如圖1所示(“e-”表示電子,“→”表示物質運輸及方向,“”表示相關化學反應)。這種情況下生熱緩慢,不是造成植物器官溫度明顯上升的原因。
圖1中的AOX表示交替氧化酶(蛋白質),是一種植物細胞中廣泛存在的氧化酶,在此酶參與下,電子可不通過蛋白復合體Ⅲ和Ⅳ,而是直接通過AOX傳遞給氧氣生成水,大量能量以熱能的形式釋放。此途徑稱為AOX途徑。相較于細胞色素途徑,有機物中電子經AOX途徑傳遞后,最終只能產生極少量ATP。
荷花(N.nucifera)在自然生長的開花階段,具有開花生熱現象。花器官呼吸作用顯著增強,氧氣消耗量大幅提高,使得花器官與周圍環境溫差逐漸增大。研究人員測定了花器官開花生熱過程中不同途徑的耗氧量,如圖2所示。當達到生熱最高峰時,AOX途徑的呼吸作用比生熱前顯著增強,可占總呼吸作用耗氧量的70%以上。
線粒體解偶聯蛋白(UCP)是位于高等動、植物線粒體內膜上的一類離子轉運蛋白(圖1虛線框中所示)。UCP可以將H+通過膜滲漏到線粒體基質中,從而驅散跨膜兩側的H+電化學勢梯度,使能量以熱能形式釋放。有些植物開花生熱時,UCP表達量顯著上升,表明UCP蛋白也會參與調控植物的開花生熱。
(1)有氧呼吸的第一、二也會釋放熱量,但不會引起開花生熱。原因是經這兩個階段,有機物中的能量大部分
A.已轉移到ATP中
B.儲存在[H]中
C.轉移至CO2中
(2)圖1所示膜結構是
(3)運用文中信息分析,在耗氧量不變的情況下,若圖1所示膜結構上AOX和UCP含量提高,則經膜上ATP合成酶催化形成的ATP的量
(4)之前有人認為在荷花(N.nucifera)花器官的開花生熱中,經UCP產生的熱量不少于AOX途徑產熱。請結合本文內容分析,若上述說法正確,在“總呼吸”曲線仍維持圖2狀態時,請判斷細胞色素途徑和AOX途徑耗氧量應有怎樣的變化,并說明理由。
(5)基于本文內容,下列敘述能體現高等動、植物統一性的是
A.二者均有線粒體
B.二者均可借助UCP產熱
C.二者均可分解有機物產生ATP
D.二者均有細胞色素途徑和AOX途徑發布:2025/1/5 8:0:1組卷:74引用:1難度:0.7