Question

【題目】細菌紫膜質是一種膜蛋白，ATP合成酶能將H+勢能轉化為ATP中的化學能。科學家分別將細菌紫膜質和ATP合成酶重組到脂雙層（一種由磷脂雙分子層組成的人工膜）上，在光照條件下，觀察到如下圖所示的結果。請回答：

（1）H+以____________方式通過細菌紫膜質進入脂質體內部，而從脂質體內部轉移到外部則是以__________通過ATP合成酶完成的

（2）從ATP合成酶在脂雙層的位置來看，說明膜蛋白是_________分子（填“親水性”、“親脂性”、“兩性”）；從ATP合成酶的功能來看，說明某些藻蛋白具有________、___________的功能。

（3）圖丙中ADP和Pi形成ATP所需的能量來源于__________、人工膜能通過H+的跨膜轉運形成ATP的前提是脂雙層____________，2，4一二硝基苯酚是一種能隨意進出脂雙層的弱電解質，在H+濃度高的溶液中以分子態形式存在，在H+濃度低的溶液中則電離出H+以離子態形式存在。若將丙圖所示人工膜轉移至含2，4二硝基苯酚的溶液中，ATP的合成速率將___________。

Answer 1

【答案】主動運輸 協助擴散 兩性 生物催化劑作用 物質運輸 H+通過人工膜所釋放的勢能 不允許H+隨意出入細胞 顯著下降

【解析】

根據圖示分析可得，想要獲得ATP，需要在脂雙層上同時具備細菌紫膜質和ATP合成酶兩種物質的存在。

（1）根據圖示可知，H+從膜外運送到膜內，從低濃度向高濃度運輸，且在此過程中需要光提供能量，故其進入脂質體內部的方式屬于主動運輸，但從脂質體內部轉移到外部沒有消耗能量，是以協助擴散通過ATP合成酶完成的。

（2）ATP合成酶貫穿在脂雙層，說明膜蛋白是兩性分子；從ATP合成酶的功能來看，一方面它作為酶的形式催化ATP的形成，另一方面，它以一個載體的身份來轉運H+，說明某些藻蛋白具有催化和運輸的功能。

（3）通過題干信息“ATP合成酶能將H+勢能轉化為ATP中的化學能”，可得圖丙中ADP和Pi形成ATP所需的能量來源于H+通過人工膜所釋放的勢能。人工膜能通過H+的跨膜轉運形成ATP的前提是能夠保證其勢能，那么脂雙層要保證其對于H+的運輸有控制力，不允許H+隨意出入細胞。依據題干信息，2，4一二硝基苯酚是一種能隨意進出脂雙層的弱電解質，在H+濃度高的溶液中以分子態形式存在，在H+濃度低的溶液中則電離出H+以離子態形式存在。若將丙圖所示人工膜轉移至含2，4二硝基苯酚的溶液中，所處的外界環境中H+濃度較低，就會電離出H+以離子太形式存在，使得膜內外的H+濃度而產生的勢能降低，最終使得ATP的合成速率將顯著下降。