Question

【題目】為了研究真核細胞能量供應的調節機制，科研工作者進行了相關研究。

（1）圖1是細胞中葡萄糖和亮氨酸的代謝過程模式圖，虛線框中的代謝途徑是發生在線粒體中______________階段的反應。

（2）亮氨酸可通過②過程轉化成________，然后進入檸檬酸循環完成物質的氧化分解，也可通過③__________過程生成蛋白質。

（3）細胞中L酶可感知葡萄糖的含量，在高濃度葡萄糖條件下，L酶將與亮氨酸和ATP結合（如圖2），促進tRNA與亮氨酸結合，進而完成蛋白質合成。L酶對高濃度葡萄糖的感知，增強___________（填圖1中序號）過程，抑制__________（填圖1中序號）過程。

（4）基于前期大量研究，科研人員對L酶與亮氨酸和ATP的結合（圖2）提出兩種假設。假設Ⅰ：亮氨酸和ATP競爭結合L酶的位點2；假設Ⅱ：L酶的位點2與ATP結合影響L酶位點1與亮氨酸的結合。為驗證假設，科研人員針對位點1和位點2分別制備出相應突變體細胞L1和突變體細胞L2，在不同條件下進行實驗后檢測放射性強度，檢測結果如圖3、4所示。

①由圖3可知，只添加10μmol[3H]ATP，野生型放射性相對值為_____，說明各組測得的放射性強度都以野生型放射性強度為基數。加入10μmol[3H]ATP+10 mmolATP可明顯降低野生型放射性相對值，原因是____________________________________。

②上述實驗結果，支持假設_______，說明理由_____________________________。

（5）進一步研究發現，在缺乏葡萄糖條件下，L酶會發生磷酸化，導致其空間結構發生變化。綜合以上研究結果，請解釋在缺乏葡萄糖的條件下細胞能量供應的具體機制___________。

Answer 1

【答案】有氧呼吸第二 乙酰輔酶A 脫水縮合 ③ ② 100% （高濃度）10 mmol無放射性ATP與（低濃度）10μmol[3H] ATP競爭結合L酶 Ⅱ 與野生型相比，添加10μmol[3H]ATP的突變體細胞L1，放射性相對值無明顯變化，添加10μmol[3H]亮氨酸的突變體細胞L1，放射性相對值明顯降低，說明ATP與位點2結合，ATP與亮氨酸不存在競爭位點2的關系。與野生型相比，添加10μmol[3H]亮氨酸的突變體細胞L2，放射性相對值都明顯降低，說明在位點2突變的情況下亮氨酸不能與位點1結合。綜合分析說明ATP與L酶位點2的結合，促進了亮氨酸與L酶位點1的結合。 答案1：細胞中L酶可感知葡萄糖的含量，在低濃度葡萄糖條件下， L酶位點2發生磷酸化，無法與ATP結合，進而降低了L酶位點1與亮氨酸的結合，從而抑制了③過程，亮氨酸更多進入②過程，參與氧化分解釋放能量。

答案2：細胞中L酶可感知葡萄糖的含量，在低濃度葡萄糖條件下， L酶位點1發生磷酸化，導致無法與亮氨酸的結合，從而抑制了③過程，亮氨酸更多進入②過程，參與氧化分解釋放能量。

【解析】

1、識圖分析可知，圖1是細胞中葡萄糖和亮氨酸的代謝過程模式圖，虛線框中的代謝途徑是發生在線粒體中的途徑，圖中葡萄糖在細胞質基質中發生有氧呼吸的第一階段反應，形成丙酮酸，丙酮酸穿膜進入線粒體，參與有氧呼吸的第二階段，生成二氧化碳和乙酰輔酶A，參與檸檬酸循環反應；圖中亮氨酸可以通過②過程轉化成乙酰輔酶A參與檸檬酸循環反應，或者在細胞質基質中參與③過程在核糖體上發生脫水縮合反應生成蛋白質。

2、結合題意分析圖2可知，細胞中L酶可感知葡萄糖的含量，在高濃度葡萄糖條件下，L酶將與亮氨酸和ATP結合（如圖2），促進tRNA與亮氨酸結合，進而完成蛋白質合成。可見，L酶對高濃度葡萄糖的感知，增強圖1中③過程，抑制圖1中②過程亮氨酸轉化成乙酰輔酶A的過程。

（1）根據以上分析可知，圖1中丙酮酸在有氧條件下進入線粒體，參與有氧呼吸的第二階段的反應。

（2）根據以上分析可知，圖1中亮氨酸可通過②過程轉化成乙酰輔酶A，也可通過③脫水縮合生成蛋白質。

（3）根據以上分析可知，圖2中在高濃度葡萄糖條件下，L酶將與亮氨酸和ATP結合（如圖2），促進tRNA與亮氨酸結合，進而完成蛋白質合成。L酶對高濃度葡萄糖的感知，增強圖1中③過程，抑制圖1中②過程亮氨酸轉化成乙酰輔酶A的過程。

（4）①識圖分析可知，圖3中只添加10μmol[3H]ATP，野生型放射性相對值為100%，圖3中加入10μmol[3H]ATP+10 mmolATP組與只添加10μmol[3H]ATP組相比，可明顯降低野生型放射性相對值，這是由于（高濃度）10μmol[3H]ATP+10 mmolATP組中無放射性ATP與（低濃度）只添加10μmol[3H]ATP組中10μmol[3H] ATP競爭結合L酶，導致放射性降低。

②分析圖3結果可知，與野生型相比，添加10μmol[3H]ATP的突變體細胞L1，放射性相對值無明顯變化，添加10μmol[3H]亮氨酸的突變體細胞L1，放射性相對值明顯降低，說明ATP與位點2結合，ATP與亮氨酸不存在競爭位點2的關系。與野生型相比，添加10μmol[3H]亮氨酸的突變體細胞L2，放射性相對值都明顯降低，說明在位點2突變的情況下亮氨酸不能與位點1結合。綜合以上分析說明ATP與L酶位點2的結合，促進了亮氨酸與L酶位點1的結合。因此圖3、圖4結果支持假設Ⅱ：L酶的位點2與ATP結合影響L酶位點1與亮氨酸的結合。

（5）根據題意，進一步研究發現，在缺乏葡萄糖條件下，L酶會發生磷酸化，導致其空間結構發生變化。結合以上第（4）問的分析可知，細胞中L酶可感知葡萄糖的含量，在低濃度葡萄糖條件下， L酶位點2發生磷酸化，無法與ATP結合，進而降低了L酶位點1與亮氨酸的結合，結合圖1可知從而抑制了③亮氨酸合成蛋白質的過程，使得亮氨酸更多進入②過程轉化為乙酰輔酶A，參與檸檬酸循環，氧化分解釋放能量。