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大学细胞生物学上册《线粒体与叶绿体》练习题

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本单元考点（5 个）

线粒体的结构与氧化磷酸化叶绿体的结构与光合作用线粒体与叶绿体的半自主性线粒体和叶绿体的内共生起源蛋白质向线粒体/叶绿体的导入

本单元练习题（27 题）

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1. 叶绿体类囊体膜上进行的光反应中，水的光解发生在类囊体膜____（填"内侧"或"外侧"），释放的H⁺使该侧H⁺浓度升高，形成的跨膜质子电化学梯度驱动ATP合酶合成ATP；若某种试剂破坏此质子梯度，则光合磷酸化停止，但电子传递和放氧反应____（填"仍能"或"不能"）继续进行。

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2. 某研究小组构建了三个融合基因，分别在大肠杆菌中表达后导入分离培养的哺乳动物细胞：甲蛋白由线粒体基质蛋白N端前60个氨基酸（含典型两亲性α螺旋导肽）与胞质酶X融合；乙蛋白为去除N端导肽的完整线粒体基质蛋白与X的融合；丙蛋白为正常胞质酶X本身（无任何前导序列）。用稳定同位素标记检测三个蛋白在细胞内的定位与成熟情况，下列推断正确的是： A. 甲、乙、丙都能进入线粒体基质，且导肽均被基质加工蛋白酶切除 B. 甲能进入线粒体基质并被切除导肽，乙、丙不能进入线粒体而留在胞质 C. 甲、乙均能进入线粒体基质并切除N端序列，丙留在胞质 D. 丙能通过膜通道进入线粒体基质，甲、乙留在胞质

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3. 在叶绿体类囊体中，设非循环电子传递每流经4个电子可产生2个NADPH和2个ATP；循环电子传递每流经4个电子只产生2个ATP。卡尔文循环每固定1分子CO2需要消耗3个ATP和2个NADPH。若通过循环电子传递补充ATP缺口，且循环电子传递产生的ATP恰好补足、不多不少，问将6分子CO2固定为1分子葡萄糖时，非循环与循环电子传递途径共流经多少个电子？

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4. 内共生起源学说认为，线粒体和叶绿体分别起源于被原始真核细胞吞噬的好氧细菌和蓝细菌。该学说获得的分子生物学证据包括：二者拥有自己的环状双链DNA，核糖体为70S型，膜成分及分裂方式与细菌相似。据此回答：（1）线粒体内膜上的____（填写‘核糖体’或‘电子传递链’）组成成分由线粒体自身基因组部分编码，这一现象是内共生起源学说中‘半自主性’的直接体现；（2）与细菌一致的是，线粒体和叶绿体蛋白质合成的起始氨基酸均为____；（3）下列不属于支持内共生起源学说的证据的是____（填写选项字母）。A. 线粒体DNA为环状且不与组蛋白结合 B. 线粒体核糖体沉降系数为70S C. 线粒体基因的密码子用法与核基因完全一致 D. 线粒体通过二分裂方式增殖

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5. 某植物细胞中，叶绿体RuBisCO大亚基由叶绿体基因组编码并在叶绿体基质核糖体上合成，小亚基由核基因编码、在细胞质核糖体上合成后再转运入叶绿体。已知该细胞某一代中，叶绿体基因组含6个大亚基基因拷贝，核基因组含4个小亚基基因拷贝。若每个基因拷贝以相同效率表达，每个大亚基蛋白需经叶绿体核糖体翻译110个氨基酸，每个小亚基蛋白需经细胞质核糖体翻译123个氨基酸，问：合成一个完整RuBisCO全酶（8个大亚基+8个小亚基）共需叶绿体核糖体和细胞质核糖体分别催化多少个氨基酸的掺入？由此说明该蛋白质的合成体现了线粒体与叶绿体的何种特性？

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6. 叶绿体类囊体膜上，设非循环电子传递中每流经1对电子，经电子传递链泵入类囊体腔的H⁺共为12个；ATP合酶每跨膜流过4个H⁺合成1分子ATP。若某段时间内共有2对电子流经该电子传递链，且忽略其他H⁺来源与去路，计算此期间由该质子梯度驱动合成的ATP分子数。

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7. 某研究人员用药物特异性抑制叶绿体基质中的翻译过程，而细胞质核糖体的蛋白质合成不受影响。请依据叶绿体半自主性相关知识填空：（1）叶绿体中参与光反应的ATP合酶CF₁的γ亚基由叶绿体基因编码并在____（填写合成场所）合成，故该药物的直接作用将使此亚基无法生成；（2）然而CF₁的α、β亚基由核基因编码，在细胞质核糖体上合成后经转运肽介导输入叶绿体，此过程不受该药物影响，说明叶绿体蛋白质组的维持需要____（填写基因组来源，答基因组协作关系）的协同表达；（3）由此可推断，受药物处理后叶绿体自身编码的蛋白质____（填写“能”或“不能”）继续合成。

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8. 某叶绿体类囊体腔蛋白前体在胞质核糖体上合成，全长300个氨基酸，其中N端转运肽45个氨基酸。该前体转运入叶绿体基质阶段，由基质Hsp70牵引，每牵引3个氨基酸消耗1分子ATP；被基质加工蛋白酶切除转运肽后，成熟蛋白再经类囊体Sec途径转入腔内，此阶段每转运15个氨基酸消耗1分子ATP。请计算：完成1个该蛋白前体从胞质到类囊体腔的全程导入，共消耗ATP的分子数，并指出全程是否需要跨膜电化学势梯度（膜电位）驱动。

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9. 人类线粒体ATP合酶（复合体Ⅴ）共由16种多肽亚基组成，其中ATP6和ATP8两种亚基由线粒体自身基因组编码并在基质核糖体上合成，其余亚基均由核基因编码、在细胞质核糖体上合成后经转运进入线粒体。据此可知，该酶中由核基因组编码的亚基占总亚基数的比例为____，这体现了线粒体作为半自主性细胞器，其绝大多数蛋白质仍受细胞核基因控制的特点。

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10. 某真核细胞中，线粒体琥珀酸脱氢酶（复合体Ⅱ）由4个亚基组成，其全部亚基均由细胞核基因编码，在细胞质核糖体上合成后运入线粒体；而复合体Ⅰ的7个线粒体自身编码亚基则由线粒体基因组编码、在线粒体基质核糖体上合成。若用药物仅破坏线粒体基因组的转录，则下列叙述正确的是： A. 复合体Ⅱ与复合体Ⅰ的组装均立即完全受阻 B. 复合体Ⅱ的组装不受影响，复合体Ⅰ因缺乏线粒体编码亚基而无法正常组装 C. 复合体Ⅰ可改由核基因代偿编码全部亚基而正常组装 D. 该药物同时阻断复合体Ⅱ亚基从细胞质向线粒体的转运

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11. 某人体细胞中，线粒体内膜上ATP合酶共由2种基因组协同编码的16个多肽亚基组成，其中2个亚基由线粒体基因组编码并在基质核糖体上合成，其余14个亚基由细胞核基因编码、在细胞质核糖体上合成后经转运进入线粒体。此外已知人类线粒体基因组共编码13种蛋白质。若将“线粒体自身编码的蛋白质种类数占线粒体基因组所编码全部蛋白质种类数”定义为线粒体对该酶的自给率，请计算该ATP合酶的线粒体自给率（用百分数表示，保留一位小数），并回答：该数据说明线粒体在蛋白质来源上具有什么特点？

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12. 线粒体基质蛋白前体在细胞质中合成后进入线粒体，下列关于其导入过程的叙述正确的是：A. 前体以折叠完好的三级结构直接穿过线粒体外膜　B. 导肽位于前体C端，富含疏水氨基酸　C. 前体通过导肽被识别，在解折叠状态下经内外膜接触位点进入基质，随后导肽被基质加工肽酶切除　D. 前体进入线粒体不消耗任何能量

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13. 某线粒体内膜上，NADH每提供一对电子经呼吸链传递至O₂时，共将10个H⁺从基质泵至膜间隙。该线粒体ATP合酶的c环由8个c亚基组成，c环每旋转360°需跨膜回流8个H⁺，同时合成并释放3个ATP。此外，基质中每合成1个ATP还需额外消耗1个H⁺用于将Pi运入基质。求：(1) 该ATP合酶每合成1个ATP实际消耗的跨膜回流H⁺数；(2) 每分子NADH氧化经氧化磷酸化可净生成的ATP分子数（结果保留两位小数）。

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14. 细胞质中合成的线粒体基质蛋白前体，其导向线粒体的关键结构特征是：A. N端含信号肽酶可切除的导肽，富集带正电荷氨基酸和丝氨酸，无酸性氨基酸　B. C端含疏水性跨膜停止转移序列　C. N端含KDEL样滞留信号　D. 全长均匀分布疏水氨基酸以形成β桶

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15. 支持线粒体内共生起源的关键证据之一是：线粒体拥有自己的环状 DNA 和____核糖体，能够独立进行转录和翻译；同时其内膜上分布着与细菌质膜功能相似的电子传递链。此外，线粒体以____方式增殖，与细菌的二分裂相似，说明其保留了半自主性。

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16. 下列关于线粒体和叶绿体内共生起源学说的证据或推论中，错误的是（　） A. 两者都含有自身环状双链DNA，且复制与转录翻译相对独立于细胞核 B. 两者核糖体均为70S型，更接近细菌而非真核细胞质中的80S核糖体 C. 内共生学说认为两者被真核宿主细胞吞噬后，外膜源自宿主形成的吞噬泡膜，内膜源自共生原核细胞的质膜 D. 两者能独立合成自身所需的全部蛋白质，无需细胞核基因参与，故其基因组可视为完全自主

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17. 某植物细胞的线粒体内膜上呼吸链复合体Ⅳ（细胞色素c氧化酶）由13个亚基组成，其中3个由线粒体基因组自身编码，其余10个亚基由细胞核基因编码、在细胞质核糖体上合成后转运进入线粒体组装。若该细胞内线粒体基因组共编码37个基因，请计算：(1) 复合体Ⅳ中由核基因编码的亚基占该复合体全部亚基的比例；(2) 线粒体基因组中不参与编码复合体Ⅳ亚基的基因数目。

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18. 线粒体内膜上，电子沿呼吸链传递所释放的能量将H⁺从基质泵至膜间隙，形成跨膜H⁺电化学梯度，ATP合酶利用该梯度的势能合成ATP，这一偶联机制称为____学说；H⁺跨膜回流同时驱动内膜上ADP与Pi合成ATP的过程称为____。

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19. 光合作用的光反应在叶绿体的具体部位是（　　） A. 叶绿体基质 B. 类囊体膜 C. 叶绿体内膜 D. 基粒间基质

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20. 下列关于线粒体与叶绿体半自主性的叙述，正确的是： A. 二者含有的全部蛋白质均由自身基因组编码并在基质中合成 B. 二者的核糖体对氯霉素敏感，说明其蛋白质合成系统更接近原核细胞 C. 二者基因组可编码自身所需的全部蛋白，故脱离细胞核也能长期独立生存 D. 增殖所需的所有膜蛋白都只能由细胞核基因编码，自身基因不参与膜蛋白合成

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21. 某课题组比较三种细胞器的遗传与膜系统特征后发现：甲细胞器含环状双链DNA，核糖体为70S型，内膜上存在与细菌呼吸链同源的电子传递复合体；乙细胞器含环状双链DNA，核糖体亦为70S型，类囊体膜上存在与蓝细菌光合系统同源的反应中心；丙细胞器无自身DNA，仅以单层膜包裹水解酶。依据内共生起源学说，下列判断正确的是（　） A. 甲起源于被吞噬的好氧细菌，乙起源于被吞噬的蓝细菌，丙不符合内共生起源特征 B. 甲起源于被吞噬的蓝细菌，乙起源于被吞噬的好氧细菌 C. 甲、乙、丙三者均起源于内共生事件 D. 甲与丙均为内共生起源，只有乙为细胞内膜系统内陷形成

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22. 某绿藻的叶绿体ATP合酶由9种多肽组成，其中CF₁部分的5种多肽全部由细胞核基因编码，在细胞质核糖体上合成；其余4种多肽由叶绿体基因组编码、在叶绿体基质核糖体上合成。由此可见，该ATP合酶中由叶绿体自身基因编码的多肽占总多肽数的比例为____；这一事实表明叶绿体是____性细胞器（填'半自主'或'完全自主'）。

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23. 线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所，其氧化磷酸化发生于内膜。电子沿呼吸链传递所释放的能量将H⁺从基质泵至膜间隙，形成跨膜H⁺电化学梯度，ATP合酶利用该梯度势能将ADP和Pi合成ATP。这一能量偶联机制称为____学说；完成上述H⁺泵送与ATP合成所需结合H⁺的蛋白质复合体分别位于线粒体的____上。

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24. 叶绿体中被膜以内的胶状物质称为____（填结构名称），卡尔文循环在其中进行；该循环中每固定3分子CO₂并生成1分子三碳糖磷酸，共需消耗____分子NADPH和____分子ATP。

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25. 在叶绿体类囊体膜的循环光合磷酸化中，设每流经4个电子，经电子传递链泵入类囊体腔的H⁺共为8个；ATP合酶每跨膜流过3个H⁺合成1分子ATP。若某段时间内循环电子传递共流经24个电子，且泵入的H⁺全部用于合成ATP，求该时段共合成多少分子ATP？

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26. 某研究组基于内共生起源学说建立线粒体基因组演化的定量模型：被原始真核细胞吞噬的好氧细菌祖先，其环状双链DNA上共有3200个基因。此后经内共生基因转移，其中96%的基因转移至细胞核基因组中；线粒体自身仅保留了37个基因用于编码呼吸链组分及tRNA等；其余基因在演化过程中丢失。请计算：(1)转移至细胞核的基因数目；(2)线粒体基因组保留基因占祖先基因总数的百分比（保留率，结果保留两位小数）；(3)演化过程中丢失的基因数目。

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27. 某植物中，叶绿体中的RNA聚合酶由4种亚基组成，其中2种亚基由叶绿体基因组编码并在基质核糖体上合成，另外2种亚基由细胞核基因编码、在细胞质核糖体上合成后转运入叶绿体。若用药物选择性降解该植物细胞的所有叶绿体基因组DNA，则下列关于该叶绿体RNA聚合酶的表述正确的是： A. 4种亚基均无法合成，酶完全缺失 B. 仅核编码的2种亚基能合成，酶因缺少叶绿体编码亚基而无法组装成有功能的全酶 C. 4种亚基均能照常合成，酶活性不受影响 D. 核编码亚基转入叶绿体后可替代叶绿体编码亚基的功能，酶仍有活性

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