发布时间 : 星期四 文章生化习题及大纲更新完毕开始阅读
化的反应中不需要ATP，也不需要生物素的参与。但是这个酶的活性测定采用的是一种间接的方式，即将该酶的羧化反应与苹果酸脱氢酶催化的反应偶联，这样就使该酶的测定变得容易了。请指出磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的这种活性测定的生化基础。
8．把少量的草酰乙酸或苹果酸加入到切碎的鸽子胸肌悬浮液中，刺激该制剂消耗氧。令人惊奇的是，当测定氧消耗量时，其氧的消耗量大约是使加入的草酰乙酸或苹果酸完全氧化所需的氧消耗量的7倍。①为什么草酰乙酸或苹果酸的加入会刺激氧的消耗？②为什么氧的消耗量比加入的草酰乙酸或苹果酸完全氧化所需的氧消耗量大得多?
9．在乙酰CoA（它是丙酮酸羧化酶的一种正调节物）缺乏下，丙酮酸羧化酶催化丙酮酸羧化的速度是很低的。如果你刚吃完富含脂肪酸、但低糖类的食物，这种调节特性是如何关闭葡萄糖氧化成CO2和H2O、但却增高脂肪酸衍生的乙酰CoA氧化的速度? 10．红细胞在缺氧下对柠檬酸循环速度有什么影响? 习题：
1．解答：在丙酮酸脱氢酶复合物催化的反应中，氧化型的硫辛酸接受来自焦磷酸硫胺素的一个乙酰基，并被还原为二氢硫辛酸。由于硫辛酸在下次循环中被重新利用，因此它必须重新被氧化。二氢硫辛酸的氧化是由二氢硫辛酸脱氢酶的辅基FAD完成的，而FAD在下次循环中也被利用，它也必须重新被氧化，使NAD+还原为NADH。
2．解答：因为：
－
琥珀酸 →延胡索酸 ＋ 2H+ ＋ 2e E0'＝﹣0.031 V FAD ＋ 2H+ ＋ 2e → FADH2 E0'＝﹢0.03 V
总反应：琥珀酸 ＋ FAD →延胡索酸 ＋ FADH2 △E0'≈0 V
△G0'＝﹣nF△E0'＝﹣2×23062×0＝0
但是，若以NAD+作为该反应的电子载体，其情况是：
－
琥珀酸 →延胡索酸 ＋ 2H+ ＋ 2e E0'＝﹣0.031 V
－
NAD+ ＋ 2H+ ＋ 2e → NADH ＋ H+ E0'＝﹣0.3 15 V
总反应：琥珀酸 ＋ NAD+ →延胡索酸 ＋ NADH ＋ H+ △E0'＝﹣0.3 51 V
△G0'＝﹣nF△E0'＝﹣2×23062×（﹣0.3 51 ）
＝﹢67.3 kJ·mol/L
+
若琥珀酸被NAD氧化，则有一个很大正值的△G0'，这对该反应是很不利的。但是，琥珀酸若被FAD氧化，其△G0'接近于零。
3．解答：通过加入更多的底物（在该反应中，底物是琥珀酸）可以克服竞争性抑制作用。草酰乙酸之所以能克服丙二酸的抑制作用，是因为它能通过柠檬酸循环转变成琥珀酸。 4．解答：为了合成柠檬酸，丙酮酸必须通过丙酮酸羧化酶催化转变成草酰乙酸：
丙酮酸 ＋ CO2 ＋ ATP ＋ H2O → 草酰乙酸 ＋ ADP ＋ Pi
此外，丙酮酸在丙酮酸脱氢酶复合物催化下，氧化脱羧转变成乙酰CoA：
＋＋
丙酮酸 ＋ CoASH ＋ NAD → 乙酰CoA ＋ CO2 ＋ NADH ＋ H
在柠檬酸合酶催化下，草酰乙酸与乙酰CoA缩合，生成柠檬酸：
乙酰CoA ＋ 草酰乙酸 → 柠檬酸 ＋ CoASH
所以由丙酮酸净合成柠檬酸的反应是：
＋＋
2丙酮酸＋ATP＋NAD＋H2O → 柠檬酸＋ADP＋Pi＋NADH＋H
5．解答：乙酰CoA对丙酮酸脱氢酶（PDH）复合物两种组分的不同作用都会导致对丙酮酸转变成乙酰CoA反应的抑制。乙酰CoA是直接抑制该酶复合物的E2组分的活性，而乙酰CoA对该酶复合物的E1组分（丙酮酸脱氢酶）的抑制是间接的，这是通过对该酶复合物的丙酮酸脱氢酶激酶组分的激活实现的。丙酮酸脱氢酶激酶催化丙酮酸脱氢酶磷酸化而使其失活。因此，乙酰CoA的这两种不同的作用与该酶复合物总的活性调节是一致的。
6．解答：①丙氨酸降解产生的丙酮酸可以在丙酮酸羧化酶的催化下转变成柠檬酸循环的中间物草酰乙酸。这是哺乳动物的一条主要的回补途径。亮氨酸降解产生的乙酰CoA只能进入柠檬酸循环被降解掉，不能为该循环补充代谢中间物。
②由于乙酰CoA能激活丙酮酸羧化酶，因而它促进了草酰乙酸直接从丙酮酸产生。于
－
是会有更多的草酰乙酸与脂肪酸降解产生的乙酰CoA缩合，生成柠檬酸。其结果是加快了乙酰CoA经柠檬酸循环被氧化和能量转化的速度，导致更多的ATP由脂肪酸降解产生。 7．解答：磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化的反应是：
磷酸烯醇式丙酮酸 ＋ CO2 ＋ H2O → 草酰乙酸 ＋ Pi
苹果酸脱氢酶催化的反应是：
草酰乙酸 ＋ NADH → 苹果酸 ＋ NAD+
从上面的反应可以看出，由磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化产生的草酰乙酸可以被苹果酸脱氢酶定量转化成苹果酸，而这一定量转变导致NADH的定量氧化。因此，只要测定NADH在340 nm处的光吸收减少量即可测定出磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的活性。
8．解答：①细胞的呼吸由三个阶段组成：(a)燃料分子降解成乙酰CoA；(b)乙酰CoA进入柠檬酸循环，在该循环中被氧化成CO2，并使NAD+和FAD还原；(c)NADH和FADH2进入电子传递途径，被分子氧所氧化。由于这三个阶段是紧密偶联的，所以氧的消耗是细胞呼吸头两个阶段活性的一种量度。一分子的乙酰CoA进入柠檬酸循环需要一分子的草酰乙酸。由于草酰乙酸其后在循环中重新产生，所以它起了一种催化剂的作用。在该循环中，所有的中间物都起了这种作用。如果该循环的中间物浓度低于使该循环中的酶饱和所需的水平，那么，更多的中间物的加入将加速每种酶反应，从而加速该循环的运转。
②氧的消耗量比完全氧化加入的草酰乙酸或苹果酸所需要的量要大得多的观察，表明草 酰乙酸或苹果酸在柠檬酸循环中起催化作用。
9．解答： 在肝脏中，脂肪酸的分解代谢增高了乙酰CoA的浓度，它能刺激丙酮酸羧化酶，导致草酰乙酸水平的升高，进而导致加快乙酰CoA进入柠檬酸循环而被氧化的速度。柠檬酸水平的升高抑制了酵解中磷酸果糖激酶的活性，从而关闭了葡萄糖的利用。此外，乙酰CoA浓度的升高抑制了丙酮酸脱氢酶复合物的活性，从而来自酵解产生的丙酮酸的氧化脱羧受到限制。
10．解答：红细胞没有线粒体，不含有柠檬酸循环运转的酶，也不存在以氧为最终电子受体的呼吸链。因此氧的存在与否谈不上有什么影响。 习题：
1．为什么胞液产生的NADH经苹果酸-天冬氨酸穿梭系统跨膜转运进入线粒体所产生的ATP分子数比线粒体本身的NADH所产生的ATP分子数少？
2．大多数脱氢酶对NAD+是专一的，从不同底物上脱下的电子大多数可以集中到同一分子NAD+上，然后以还原型的形式进入呼吸链。但是，线粒体外的NADH必须穿过线粒体内膜才能进入呼吸链被氧化。如果把在C-4用3H标记的NADH加入到含有线粒体和全部胞液酶的鼠肝制剂中，放射性很快出现在线粒体基质中。但是，如果加入在C-7用14C标记的NADH，放射性不会出现在线粒体基质中。关于线粒体外的NADH通过呼吸链被氧化，上述这些观察告诉我们什么样的结论?
3．与电子传递链的其他组分不同，泛醌往往被称为辅酶(CoQ)。它什么样的特征使得它的行为象一种辅酶？泛醌什么部位经受氧化还原？它的类异戊二烯侧链有什么样的功能?
4．有功能的电子转移系统可以用纯化的电子传递链的组分和膜颗粒重新构成。根据下面的每套组分确定最后的电子受体。假定O2存在。
①NADH、CoQ、复合物Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ；
②NADH、CoQ、细胞色素c、复合物Ⅱ和Ⅲ；
③琥珀酸、CoQ、细胞色素c、复合物Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ； ④琥珀酸、CoQ、细胞色素c、复合物Ⅱ和Ⅲ。
5．把一种广泛使用的处方止痛药Demerol（地美罗）加入到处在呼吸状态的线粒体悬
＋
浮液中，[NADH]/[NAD]和[CoQ]/[CoQH2]的比例增高。哪个部位电子传递复合物被Demerol抑制
6．如果呼吸复合物Ⅱ和Ⅳ在有氧的条件下，在琥珀酸、CoQ和细胞色素c存在下一起保温，将会发生什么样的氧化还原反应?在这一反应系统中，你预期检测到还原型的细胞色素c的量有大的升高吗？为什么?
7．鱼藤酮是一种非常有效的杀虫剂和鱼的毒剂。在分子水平上，它的作用方式是阻止电子从NADH脱氢酶的FMN传递到CoQ上。抗霉素A是CoQH2氧化的强烈抑制剂。 ①为什么昆虫和鱼吸收鱼藤酮后会死亡?
②为什么抗霉素A是动物的一种毒剂?
③假定鱼藤酮和抗霉素A在呼吸链上抑制它们各自部位方面具有同等的效果，那么哪一种是更为有效的毒剂呢?
＋
8．请叙述由无氧代谢向有氧代谢转变时 [NADH]/[NAD]和[ATP]/[ADP] 发生变化的原因以及由此产生的代谢效应。 9．虽然ATP的合成需要Pi，但ATP合成的速度主要取决于ADP的浓度而不是Pi。为什么? 10．缬氨霉素(Valinomycin)是一种由链霉菌产生的抗菌素。把它加入到活跃呼吸的线粒体中，发生如下几种现象：ATP的产生减少，氧消耗速度增高，热被释放，跨线粒体内膜的pH梯度增高。缬氨霉素是氧化磷酸化的解偶联剂还是抑制剂？请根据该抗菌素对线粒体内膜转运K+的能力予以解释。
11．褐色脂肪是存在于幼年动物颈部和背部的一种脂肪组织，它含有极为众多的线粒体，因而使得这种组织呈褐色的外表。在某些越冬动物和冷适应动物中也能找到褐色脂肪。在褐色脂肪的线粒体中，当NADH被氧化时，每消耗1个氧原于所产生的ATP低于1分子。褐色脂肪组织线粒体的这种低P/O比产生的机制是怎样的？这种低P/O比的生理功能是什么? 习题解答：
1．解答：在苹果酸-天冬氨酸穿梭系统中，胞液草酰乙酸的还原消耗了一个由苹果酸氧化释放到基质中的质子。因此，对于每个被氧化的胞液NADH来说，给质子梯度的贡献减少了一个质子。这就是说，由胞液转移而来的每分子NADH 的电子经电子传递链转移所“泵”出的质子只有9个，比线粒体本身产生的NADH少贡献一个质子。因此，每分子胞液NADH氧化所产生的ATP是2.25ATP而不是2.5ATP。（对此题的回答考虑了穿梭过程中质子的损失。）
2．解答：两种放射性标记的NADH具有如下的结构：
线粒体内膜对NADH是不可通透的，这可通过7-C-NADH不出现在线粒体中的观察而得到支持。但是来自线粒体外的NADH上的还原当量却可以通过苹果酸-天冬氨酸穿梭被转移到线粒体中。在这个穿梭过程中，来自4-3H-NADH上的还原当量(以NADH烟酰胺环C-4位的氧负离子形式)转移给草酰乙酸，后者经苹果酸脱氢酶还原为苹果酸。这样得到的3H-标记的苹果酸跨线粒体内膜被转运。一旦进入到线粒体基质中，3H-氢负离子便转给NAD+，形成有标记的线粒体内的NADH。然后NADH即可通过呼吸链而被氧化。
3．解答：泛醌有许多辅酶特征：它是低分子量物质；它是一种必须从食物中获得的物质；它不是蛋白质，但它是酶促反应(复合物I、Ⅱ和Ⅲ)的辅助因子；它能以游离的或与蛋白质结合的形式出现，它的功能是集中还原当量(象NAD+一样)。泛醌的苯醌部位参与氧化还原反应，能够接受和供出H+和电子。它的长长的类异戊二烯侧链使得其整个分子在膜脂层中是可溶的，因而允许它在半流动的膜中扩散。这一特性是很重要的。因为这使得泛醌能从复合物I或Ⅱ把电子传递到复合物Ⅲ，而这三个复合物都被包埋在线粒体内膜中。
4．解答：①复合物Ⅲ是最后的电子受体。细胞色素c的缺乏阻止了电子进一步通过。②没有电子通过，因为缺乏复合物Ⅰ。③O2是最后的电子受体。④细胞色素c是最终的电子受体。
5．解答：复合物Ⅰ与Demerol相互作用阻碍电子从NADH向CoQ转移。NADH浓度
＋
的增高是由于它不能被氧化成NAD。CoQ浓度的升高是由于电子从CoQH2传递给O2，而CoQ则不再还原成CoQH2。
6．解答：当复合物Ⅱ、Ⅳ在题中给定的条件下保温，电子传递只是部分发生，即琥珀酸氧化成延胡素酸，该反应产生的FADH2经复合物Ⅱ传递给CoQ，被还原的CoQ(CoQH2)上的电子不能继续往下传递。
在该反应系统中，还原型的细胞色素c的量不会升高。因为在该反应系统中缺乏复合物Ⅲ(CoQ-细胞色素c氧化还原酶)，CoQH2上的电子不能越过复合物Ⅲ直接传递给细胞色素c。这表明在整个呼吸链系统中，电子的传递有着严格的顺序，只能以电势递增的趋势传递，不
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能越过传递链中间某组分往下传递。
7．解答：①由于鱼藤酮抑制了NADH脱氢酶，阻止电子从FMN传递到CoQ，其结果是降低了ATP产生的速度。如果这一传递部位完全被抑制，ATP不能满足生理上的需要，因而会造成生物死亡。
②抗霉素A强烈地抑制CoQH2的氧化。由于电于传递与ATP产生是紧密偶联的，因此电子传递的抑制就会对ATP的产生造成抑制。象鱼藤酮一样，抗霉素A也是一种毒剂，因为不能满足生物对ATP的需要。
③虽然鱼藤酮强烈地抑制NADH脱氢酶，如果电子来源是FADH2，那么电子传递链仍然保留部分的运转。但是，若电子传递链被抗霉素A抑制，电子传递链就会完全停止运转，因为CoQH2的氧化是电子源NADH和FADH2进入呼吸链被氧化的共同步骤。因此，即使鱼藤酮和抗霉素A在它们各自抑制部位上具有相同的抑制效果，但是两者比较，抗霉素A则是更为有效的毒物。
8．解答：由无氧代谢向有氧代谢转变时，容许ATP经由氧化磷酸化产生。ADP的磷酸化
＋
增高了[ATP]/[ADP]的比例，进而增高[NADH]/[NAD]，因为高的ATP质量作用比降低电子的传递速度。[ATP]和[NADH]的增高抑制它们在糖酵解和柠檬循环中的靶酶，从而降低这些代些过程的强度。
9．解答：在细胞内，Pi的稳态浓度比ADP的稳态浓度高得多。当ADP浓度作为ATP消耗的结果而升高时，Pi的浓度只有很小的变化。因此，Pi不能作为一种调节物。然而ADP却处于限速浓度，ATP合成的速度受ADP浓度的控制。ATP合成的这种控制方式叫做受体控制或呼吸控制。
10．解答：缬氨霉素的加入所产生的效应与解偶联剂的作用是基本一致的。在进行呼吸的线粒体中，当电子传递时，H+质子从基质转移到外侧，产生H+质子梯度和跨膜的电位。用来合成ATP的大部分自由能来自这种电位。缬氨霉素与K+结合形成一种复合物，该复合物穿过线粒体内膜，当一个H+质子通过电子传递而被转移时，一个K+离子亦作相反的转移。结果是膜两侧的正电荷总是平衡的，跨膜的电位亦消失了。于是就导致没有足够的质子推动力推动ATP的合成。换句话说：电子传递和磷酸化作用的偶联被解除了。与ATP合成效率减少相反，电子传递速度显著升高。其结果是H+梯度、氧消耗量以及热量散失都增大。
缬氨霉素是一种专一于K+的离子载体，它增大了线粒体内膜对K+的可渗透性。破坏了跨膜的电位，但未破坏跨膜的pH梯度。解偶联剂，例如2,4-二硝基苯酚，它们能够引起H+的渗漏，不仅破坏了跨膜的电位，而且也破坏了跨膜的pH梯度。
11．解答：褐色脂肪线粒体的低P/O比表明存在着一种天然的解偶联机制，使电子传递与 ATP的合成相分离。电子沿呼吸链传递产生的电化学梯度不能都用来推动ATP的合成，大部分的能量以热的形式散失，用以维持体温。一种生物的热散失是与它的表面积成正比的。幼年动物表面积/体积比例大于成年动物。因此，每单位体重需要产生更多的热来维持它们的体温。褐色脂肪的这种低P/O比表明每产生1分子的ATP需要氧化更多的燃料分子。这种氧化释放出热。 习题：
1．将患有某种肝病的人的糖原样品与Pi、正常的糖原磷酸化酶以及正常的脱支酶一起保温。在这一反应中，所形成的葡萄糖-1-磷酸与葡萄糖的比例是100︰1。该病人最有可能缺乏什么样的酶？
2．肌肉糖原磷酸化酶完全缺乏个体（McArdle's disease，麦卡德尔氏病）由于肌肉痉挛不能强力运动。这种病人的运动将导致细胞内ADP和Pi的增加比正常者高得多，而且在这些病人的肌肉中乳酸不会积累。请解释麦卡德尔氏病这种化学上的不平衡。
3．一分子的膳食葡萄糖完全氧化产生32分子的ATP。若该葡萄糖在它被分解代谢之前以糖原储存，其后又被降解用于氧化产生ATP。计算这一迂回路线所造成的能量损失份额。
4．糖原储积病（GSDs）由于专一性酶的缺乏影响糖原储存和血糖之间的平衡。请指出这类病人下述每种情况的糖原储存量和血糖量：①Von Gierke's((糖原储积病Ⅰ型，或称肝肾型糖原储积病,GSDⅠ)缺乏葡萄糖-6-磷酸酶；②Cori's(糖原储积病Ⅲ型)缺乏淀粉-1,6-葡萄糖苷酶（脱支酶）。
5．在哺乳动物中，生物需要葡萄糖的信号是分泌肾上腺素和胰高血糖素。这两种激素刺激