Биология, 9–11 классы: тест по теме «Роль митохондрий в энергетическом обмене» с объяснением каждого ответа
Митохондрия важна не как абстрактная «энергетическая станция», а как система компартментов. Матрикс, внутренняя мембрана и межмембранное пространство создают разные условия для последовательных этапов клеточного дыхания. Мини-словарь ниже нужен только как опора: ответы всё равно придётся выводить по связям между структурами и процессами.
Содержание статьи6 разделов
Короткий словарь
- Матрикс
- Внутреннее содержимое митохондрии; здесь протекают пируватдегидрогеназная реакция и цикл трикарбоновых кислот.
- Кристы
- Складки внутренней мембраны, увеличивающие её площадь.
- Дыхательная цепь
- Комплексы внутренней мембраны, передающие электроны и создающие протонный градиент.
- Хемиосмос
- Использование протонного градиента для синтеза АТФ через АТФ-синтазу.
- Конечный акцептор
- При аэробном дыхании кислород принимает электроны в конце цепи и участвует в образовании воды.
20 заданий на связи между строением и энергетическими процессами
Диагностика ошибок по связям
СтруктураВнутренняя мембрана — дыхательная цепь и АТФ-синтаза; матрикс — цикл трикарбоновых кислот.
ПереносчикиNADH и FADH₂ доставляют электроны к цепи, кислород принимает их в конце.
СопряжениеПеренос электронов создаёт протонный градиент, а возврат H⁺ через АТФ-синтазу поддерживает синтез АТФ.
Граница темыГликолиз идёт в цитозоле: митохондрия важна для аэробного продолжения, но не заменяет все этапы обмена.
Задания для развёрнутого ответа
- Проследите путь энергии от NADH до синтеза АТФ во внутренней мембране митохондрии.Критерий хорошего ответа: Есть перенос электронов, перекачка протонов, градиент, АТФ-синтаза и конечный акцептор кислород.
- Объясните, почему повреждение внутренней мембраны может сильнее нарушить окислительное фосфорилирование, чем гликолиз.Критерий хорошего ответа: Сопоставлены локализация дыхательной цепи/АТФ-синтазы и цитозольная локализация гликолиза.
- Почему большое число крист может быть связано с высокой аэробной активностью клетки?Критерий хорошего ответа: Связаны площадь мембраны и число мембранных комплексов без утверждения, что одна только площадь гарантирует высокую скорость.
Ключ и объяснения
- C — Во внутренней мембране. Дыхательная цепь встроена во внутреннюю мембрану митохондрии. Такое расположение позволяет переносить протоны через мембрану и создавать электрохимический градиент.
- A — Создание протонного градиента через внутреннюю мембрану. Энергия переноса электронов используется для перекачки протонов из матрикса. Возврат протонов через АТФ-синтазу обеспечивает энергию для фосфорилирования ADP.
- D — Он служит конечным акцептором электронов в дыхательной цепи. В конце электрон-транспортной цепи кислород принимает электроны и вместе с протонами участвует в образовании воды. Без конечного акцептора поток электронов по цепи резко нарушается.
- B — В цитозоле. Гликолиз локализован в цитозоле и не требует митохондрии. Это важно для понимания: митохондрия обеспечивает большую часть аэробного окисления после гликолиза, но не является местом всех этапов энергетического обмена.
- A — Увеличивают площадь для белков дыхательной цепи и АТФ-синтазы. Складчатость увеличивает площадь внутренней мембраны, на которой расположены комплексы окислительного фосфорилирования. Это создаёт больше мембранной поверхности для энергетических процессов.
- B — Цикл трикарбоновых кислот. Ферменты цикла трикарбоновых кислот в эукариотической клетке находятся главным образом в матриксе. Здесь ацетильные группы окисляются, а энергия сохраняется в NADH, FADH₂ и частично в GTP/ATP.
- C — NADH и FADH₂. NADH и FADH₂ — восстановленные переносчики электронов. Они отдают электроны соответствующим комплексам дыхательной цепи, после чего окисляются обратно.
- D — Синтез АТФ через АТФ-синтазу снизится. АТФ-синтаза использует энергию потока протонов по электрохимическому градиенту. Если градиент исчезает, у фермента пропадает основной источник движущей силы для окислительного фосфорилирования.
- A — Чтобы сохранять разность электрохимического потенциала между матриксом и межмембранным пространством. Если протоны свободно проходили бы через мембрану в обход АТФ-синтазы, градиент быстро рассеивался бы. Контролируемая проницаемость делает возможным сопряжение переноса электронов и синтеза АТФ.
- B — Поток электронов к кислороду оказался нарушен. Потребление кислорода связано с его восстановлением в конце дыхательной цепи. Если перенос электронов по цепи блокирован, кислород принимает меньше электронов и его расход падает.
- C — Тенденция к накоплению NADH и дефициту NAD⁺ затруднит окислительные реакции. Окисление NADH в дыхательной цепи регенерирует NAD⁺. При длительной блокаде восстановленная форма накапливается, а окисленная становится менее доступной для реакций, где должна принимать электроны.
- D — В них проходит весь гликолиз от глюкозы до пирувата. Гликолиз проходит в цитозоле, поэтому нельзя говорить, что весь энергетический обмен локализован в митохондрии. Митохондрия принимает продукты дальнейшего окисления и обеспечивает дыхательную цепь и окислительное фосфорилирование.
- A — Большее число митохондрий увеличивает суммарную площадь энергетически активных мембран и объём ферментативных компартментов. Больше митохондрий обычно означает большую совокупную способность к окислению субстратов и окислительному фосфорилированию. Это не означает, что каждая клетка обязана иметь фиксированное число митохондрий: их количество и морфология меняются.
- B — Восстановленные переносчики → дыхательная цепь → кислород. NADH и FADH₂ передают электроны дыхательной цепи, а в её конце кислород служит конечным акцептором. Энергия этого переноса используется для формирования протонного градиента.
- C — Окислительное фосфорилирование снизится сильнее, чем сам цитозольный гликолиз. Ключевые компоненты дыхательной цепи и АТФ-синтаза зависят от целостности внутренней мембраны. Гликолиз находится в цитозоле и может продолжаться, хотя общий энергетический баланс клетки существенно изменится.
- D — Потенциально увеличится общее число мембранных комплексов дыхания и АТФ-синтазы. Если плотность комплексов сохраняется, большая площадь позволяет разместить больше белковых машин. Поэтому складчатость крист функционально связана с высокой энергетической активностью митохондрий.
- A — Цикл формирует NADH и FADH₂, которые несут электроны к цепи. Цикл трикарбоновых кислот сохраняет значительную часть энергии окисления в восстановленных переносчиках. Затем NADH и FADH₂ передают электроны дыхательной цепи.
- B — Без конечного акцептора затрудняется дальнейший перенос электронов по дыхательной цепи. Кислород замыкает поток электронов, принимая их в конце цепи. Если он недоступен, компоненты цепи остаются более восстановленными, и перенос электронов с последующей перекачкой протонов тормозится.
- C — Искусственное рассеивание градиента снижает синтез АТФ даже при наличии ADP и фосфата. Если ADP и фосфат присутствуют, но устранение градиента уменьшает синтез АТФ, это прямо указывает на роль протонной движущей силы. Такой результат связывает структуру внутренней мембраны с функцией АТФ-синтазы.
- D — кислород принимает электроны, а энергия переноса связана с созданием протонного градиента. Конечное принятие электронов кислородом позволяет цепи оставаться в рабочем состоянии. Параллельно комплексы цепи используют энергию переноса электронов для перекачки протонов через внутреннюю мембрану.
Поделиться
Сохраните материал или отправьте тому, кому он пригодится.