9–11 классы: тест «Дыхательная цепь и окислительное фосфорилирование» с ответами и понятными объяснениями
Два близких понятия часто смешивают. Дыхательная цепь — это перенос электронов по мембранным комплексам с использованием энергии для перемещения протонов. Окислительное фосфорилирование — более широкая связанная система, в которой окисление переносчиков и созданный протонный градиент обеспечивают синтез ATP через АТФ-синтазу.
Содержание статьи7 разделов
Сравнение двух процессов
Дыхательная цепь
Принимает электроны от NADH и FADH2, передаёт их между переносчиками и заканчивает передачей электронов кислороду. Комплексы I, III и IV в митохондриях участвуют в перекачке протонов из матрикса.
Окислительное фосфорилирование
Связывает работу цепи, протонный градиент, хемиосмос и АТФ-синтазу. ATP образуется, когда H+ возвращаются в матрикс через АТФ-синтазу по электрохимическому градиенту.
Основная проверка
Открытые мини-задания без автоматического балла
-
Сравните дыхательную цепь и АТФ-синтазу: что каждая система делает с протонами?
Критерий хорошего ответа: Цепь создаёт градиент, перенося H+ из матрикса; АТФ-синтаза использует их обратный ток в матрикс.
-
Предскажите, что произойдёт с ATP при появлении протонной утечки через внутреннюю мембрану.
Критерий хорошего ответа: Нужно указать рассеяние градиента и снижение эффективности окислительного фосфорилирования.
-
Почему электроны FADH2 обычно дают меньший вклад в протонный градиент, чем электроны NADH?
Критерий хорошего ответа: Укажите вход через комплекс II и обход комплекса I, который является протонным насосом.
Различайте признаки, а не только названия
Что повторить по ошибкам
1, 20–21 — различие цепи и окислительного фосфорилирования; 2–3, 15, 17, 19 — мембрана и протонный градиент; 4–7, 11–12, 16 — перенос электронов; 8–10, 13–14, 18 — хемиосмос, сопряжение и последствия нарушений.
Ключ и объяснения
- 1 — D. Цепь создаёт энергетическую предпосылку — протонный градиент. Окислительное фосфорилирование описывает сопряжение окисления переносчиков с фосфорилированием ADP через хемиосмос.
- 2 — B. Белковые комплексы встроены во внутреннюю мембрану, которая отделяет матрикс от межмембранного пространства. Это позволяет направленно перемещать протоны и сохранять градиент.
- 3 — A. Энергия переноса электронов используется для накопления H+ по другую сторону внутренней мембраны — в межмембранном пространстве. Затем протоны стремятся вернуться в матрикс.
- 4 — C. Кислород завершает электронный поток, принимая низкоэнергетические электроны. Без конечного акцептора перенос по цепи тормозится и восстановленные коферменты накапливаются.
- 5 — B. NADH окисляется на комплексе I, отдавая электроны в цепь. Это одна из причин, почему электроны NADH обычно связаны с большим протонным перекачиванием, чем электроны FADH2.
- 6 — D. FADH2 передаёт электроны через сукцинатдегидрогеназу, то есть комплекс II. Поскольку комплекс II не перекачивает протоны и вход происходит позже, вклад этих электронов в градиент обычно меньше.
- 7 — C. Комплексы I, III и IV используют часть энергии электронного переноса для перемещения протонов. Комплекс II передаёт электроны на убихинон, но сам не перекачивает H+ через мембрану.
- 8 — A. АТФ-синтаза использует энергию протон-движущей силы. Возврат H+ через мембранный канал вызывает конформационные изменения, связанные с синтезом ATP из ADP и фосфата.
- 9 — B. Хемиосмос связывает мембранный градиент с энергетической работой. В митохондриях главным рабочим потоком служит движение H+ через АТФ-синтазу.
- 10 — A. Утечка протонов разобщает создание градиента и его использование для фосфорилирования. Электронный перенос при некоторых условиях ещё может продолжаться, но эффективность сохранения энергии в ATP падает.
- 11 — C. Комплекс IV передаёт электроны на кислород. Его блок останавливает конечный участок потока и со временем препятствует окислению предыдущих переносчиков.
- 12 — D. Важен не просто факт переноса электронов, а то, сколько протонов их путь помогает переместить через мембрану. Электроны FADH2 минуют комплекс I, поэтому обычно создают меньшую протон-движущую силу.
- 13 — B. Цепь и АТФ-синтаза сопряжены через общий градиент. Слишком большой градиент делает дальнейшее перекачивание протонов энергетически невыгодным и ограничивает электронный поток.
- 14 — C. Электроны переходят между переносчиками с изменением энергетического состояния. Часть высвобождаемой энергии преобразуется в работу по переносу H+ против электрохимического градиента.
- 15 — A. Протоны перекачиваются из матрикса через внутреннюю мембрану. Поэтому создаётся как концентрационная, так и электрическая составляющая протон-движущей силы.
- 16 — D. Кислород принимает электроны и протоны и восстанавливается до воды. Это отличает клеточное дыхание от фотосинтетического расщепления воды, где вода может выступать донором электронов.
- 17 — B. Окислительное фосфорилирование мембранозависимо: нужны и переносчики электронов, и АТФ-синтаза, и непроницаемый барьер для H+. Большая площадь внутренней мембраны поддерживает больше таких молекулярных машин.
- 18 — A. Электронный перенос сам по себе не равен синтезу ATP. Энергия должна быть сначала сохранена в градиенте, а затем преобразована АТФ-синтазой.
- 19 — C. Дыхательная цепь создаёт градиент, перекачивая H+ наружу из матрикса. АТФ-синтаза использует обратный поток по градиенту, а не создаёт этот градиент в нормальном режиме синтеза.
- 20 — D. NADH отдаёт электроны, а энергия электронного потока преобразуется сначала в протон-движущую силу. Уже затем этот промежуточный энергетический запас используется для синтеза ATP.
- 21 — A. Разделение функций важно: перенос электронов и перекачка протонов происходят в цепи, а химический синтез ATP катализирует АТФ-синтаза. Это и есть основа механизма сопряжения.
Сохраните материал или отправьте тому, кому он пригодится.