王镜岩-生物化学(第三版)配套练习及详解第六章 新陈代谢总论与生物氧化

第六章 新陈代谢总论与生物氧化

I 主要内容

一、生物氧化的概念及特点

生物体是一个开放体系，它需要与周围环境之间不断地进行物质的和能量的交换，以获取所需要的能量和物质，同时将代谢中产生的废物排出，即新陈代谢作用。

糖、脂、蛋白质等有机物质在生物体氧化分解，并释放能量的作用称为生物氧化。生物氧化根据物质氧化过程中，氢或电子直接受体的不同分为有氧氧化和无氧氧化两种类型。生物氧化的本质与体外进行的氧化作用相同，都是脱氢、去电子或与氧化合的过程。生物氧化与体外氧化相比，主要具有三方面特点：

（1）生物氧化是在常温、常压、近中性的pH及有水的环境下进行；（2）生物氧化是在一系列酶的催化下，分步进行的，每一步都释放出一定的能量，但所释放的总能量与体外进行的同类反应相同；（3）生物氧化中释放的能量，除一部分直接以热能形式释放出来外，还有一部分可以化学能的形式贮存在ATP、磷酸肌酸等高能化合物中，并可用于体内的各类需能反应。

二、生物氧化的能量学

    1．自由能变化与平衡常数的关系

ΔG0′= -RT1nKeq′= -2.303RTlgKeq′(R：气体常数；K：绝对温度)

R＝8.314J/mol.K  K = -273K

    2．自由能变化与氧化还原电位势的关系

    ΔG0′= -nFΔE′ (n：电子数；F：法拉第常数，F＝96.86KJ/伏)

三、呼吸链(电子传递链)的组成

代谢物上的氢经脱氢酶激活脱落之后，经一系列传递体的传递，最终被传递给分子氧并与之化合水的全部体系称为呼吸链也称呼吸电子传递链。呼吸链根据原初氢受体的不同，分为NADH呼吸链和FADH2呼吸链。

1．呼吸链中传递体的排列顺序

2．呼吸链(电子传递)的抑制剂

    I：鱼藤酮，安密妥；II抗霉素A；III：氰化物，一氧化碳

四、氧化磷酸化机制

    1．ATP形成的部位和P／O比。

    2．氧化磷酸化的机理

化学渗透联学说是英国的P. Mitchell在1961年首次提出，1964年进行修正的一个理论。1978年诺贝尔化学奖。

（1）呼吸链中递氢体和电子传递体间隔交替排列在线粒体内膜的内侧和外侧，两者有其特有的定位。

（2）递氢体起着质子泵的作用，当递氢体从线粒体内膜的内侧接受氢之后，它可以将其中质子送出膜外，电子交给后面的电子传递体继续向后传递。      

    （3）由于线粒体内膜对质子的非自由通过性，泵出膜外的质子不能自由地返回膜内，从而导致膜外侧的质子浓度高于内侧，形成跨膜的质子电化学梯度。氢或电子在传递过程中所放出的能量即以这种形式存在。 

   （4）膜外的质子经ATP合成酶的作用，返回内侧，质子在返回内膜内侧的过程中释放的能量直接推动ADP的磷酸化形成ATP。

3．氧化磷酸化的解偶联剂和抑制剂

    A．解偶联剂：2，4—二硝基苯酚和质子载体等。

    B．抑制剂：寡霉素和各种离子载体。

4．线粒体和线粒体ATPase(F1F0—ATP)的结构

    F1：可溶性组分，含有分解和合成ATP的亚基。

    F0：与膜结合的脂溶性组分，含有组成质子通道的亚基。

II 习   题

    一、解释名词

1．生物氧化：

    2．有氧呼吸与无氧呼吸：

    3．呼吸链

4．氧化磷酸化

    5. P/O比  

    6.末端氧化酶  

二、是非题: 判断下列每句话的意思正确与否，对的画“√”，错的画“×”，并说明理由。

1．物质在空气中燃烧和在体内的生物氧化的化学本质是完全相同的。

2．生物界NADH呼吸链应用最广。

3．当一个体系的熵值减少到最小时该体系处于热力学平衡状态。

4．在生物氧化体系内，电子受体不一定是氧，只要它具有比电子供体较正的E0′时呼吸作用就能进行。

5．各种细胞色素组分，在电子传递体系中都有相同的功能。

6．呼吸链中氧化还原电位跨度最大的一步是在细胞色素aa3-O2之间。

7．呼吸链细胞色素氧化酶的血红素辅基Fe原子只形成5个配位键，另一个配位键的功能是与O2结合。

8．解偶联剂的作用是解开电子传递和磷酸化的偶联关系，并不影响ATP的形成。

9．鱼藤酮不阻止苹果酸氧化过程中形成的NADH+H+通过呼吸链生成ATP

    10．寡霉素对氧消耗的抑制作用可被2，4-二硝基苯酚解除。

11．6—磷酸葡萄糖含有高能磷酸基团，所以它是高能化合物。

12．从低等单细胞生物到最高等的人类，能量的释放、贮存和利用都以ATP为中心。

13．ATP虽然含有大量的自由能，但它并不是能量的贮存形式。

14．ATP在高能化合物中占有特殊地位，它起着共同的中间体的作用。

15．有机物的自由能决定于其本身所含基团的能量，一般是越稳定越不活泼的化学键常具有较高的自由能。

16．磷酸肌酸是ATP高能磷酸基的贮存库，因为磷酸肌酸只能通过这唯一的形式转移其磷酸基团。

三、填空题

    1．生物体内形成ATP的方式有:⑴__________________、⑵___________________和⑶________________________。

2．代谢物在细胞内的生物氧化与在体外燃烧的主要区别是              、             和                               。

3．生物氧化主要通过代谢物的             反应实现的，H2O是通过                

形成的。

4．化学反应过程中，自由能的变化与平衡常数有密切的关系，ΔG0′＝          。

6．在氧化还原反应中，自由能的变化与氧化还原势有密切的关系，ΔG0＝          。

7．典型的生物界普遍存在的生物氧化体系是由            、          和          三部分组成的。

8．典型的呼吸链包括             和             两种，这是根据接受代谢物脱下的氢的             不同而区别的。

9．化学渗透学说主要论点认为：呼吸链组分定位于             内膜上，其递氢体起

             作用，因而造成内膜两侧的              差，同时被膜上           合成酶所利用、促使ADP磷酸化形成ATP。

10．NADH通常转移          和           给O2，释放能量生成          ；而NADPH通常转移           和            给某些氧化态前体物质，参与          代谢。

11．线粒体内膜外侧的α-磷酸甘油脱氢酶的辅酶是               ；而线粒体内膜内侧的α-磷酸甘油脱氢酶的辅酶是              。

12．NADH脱氢酶是一种           蛋白，该酶的辅基是            。

13．线粒体ATPase是由           和           两部分组成。

14．唯有细胞色素       和         辅基中的铁原子有         个结合配位键，它还保留一个游离配位键，所以能和           结合，还能和         、         结合而受到抑制。

15．绿色植物生成ATP的三种方式是              、             和            。

16．在NADH呼吸链中有三个部位可以形成ATP，这三个部位分别是         、       

和           部位之间。

17．NADH呼吸链有三个部位氢或电子的传递可以受到某些化学物质的抑制，这三个部位依次是：           、           和            ，其中具有致死性的部位是         。

18．在含有糖酵解、柠檬酸循环和氧化磷酸化酶活性的细胞匀浆液中，彻底氧化一摩尔丙酮酸、NADH、葡萄糖和磷酸烯醇式丙酮酸各产生           、          、          、和           摩尔ATP。

四、选择题

1．乙酰CoA彻底氧化过程的P／O比值是：

       A  1 B  2 

       C  3 D  4

2．生物体能够利用的最终能源是：

        A  磷酸肌酸 B  ATP

        C  太阳光 D  有机物的氧化

3．在生物化学反应中，总能量变化符合下列哪一项?

A  受反应的能障影响 B  因辅助因子而改变

C  和反应物的浓度成正比 D  与反应机制无关

4．氰化物引起的缺氧是由于

A  中枢性肺换气不良 B  干扰氧的运输

C  微循环障碍 D  细胞呼吸受抑制

5．下列关于生物氧化的叙述正确的是：

         A  呼吸作用只有在有氧时才能发生。

         B  2，4-二硝基苯酚是电子传递的抑制剂。

         C  生物氧化在常温常压下进行。

         D  生物氧化快速而且是一次放出大量的能量。

6．胞浆中产生的NADH通过下列哪种穿梭进入线粒体，彻底氧化只能生成2个ATP

         A  α-磷酸甘油穿梭 B  柠檬酸穿梭

         C  苹果酸穿梭 D  草酰乙酸穿梭

7．下列关于电子传递链的叙述正确的是：

  A  电子从NADH传至02自由能变化为正 B电子传递的继续进行依赖于氧化磷酸化

  C  电子从NADH传至02形成2分子ATP D  解偶联剂不影响电子从NADH传至02

8．已知AG0 = - 2.303RT1gKeq′，下列反应的自由能是：A + B = C；[A]=[B]=[C]=10mol／L

  A  4.6RT    B  -4.6RT

  C  2.3RT    D  -2.3RT

9．琥珀酸脱氢生成延胡索酸(延胡索酸／琥珀酸；E0′＝+0.03V)，假如将琥珀酸加到硫酸高铁和硫酸亚铁(Fe3+／Fe2+；E0′= +0.77V)的平衡混合物中：

  A  硫酸高铁的浓度增加    B  硫酸高铁和延胡索酸的浓度增加

  C  硫酸高铁和硫酸亚铁的浓度比不变   D  硫酸亚铁和延胡索酸的浓度增加

10．寡霉素存在时，加入2，4—二硝基苯酚下列哪种情况发生：

  A  阻断电子传递    B  恢复电子传递

  C  合成ATP    D  分解ATP

11．用琥珀酸作呼吸底物和Pi一起加入到线粒体的悬浮液中，下列推断错误的是：

  A  若加ADP，则耗氧增加。

  B  假如有寡霉素存在，ADP的加入不会使耗氧增加。

  C  假如有2，4—二硝基苯酚存在，寡霉素使耗氧增加。

  D  假如有2，4—二硝基苯酚存在，ADP不会使耗氧增加。

    12．肌肉中能量的主要贮存形式是下列哪一种?

A  ATP B  磷酸烯酵式丙酮酸

C  cAMP  D  磷酸肌酸

五、问答与计算

1．什么是生物氧化？生物氧化有什么主要特点？

2．给大白鼠注射2，4—二硝基苯酚，鼠体温升高，为什么?

3．将DCCD加入到线粒体制剂中，ATP合成和电子传递的速度都减少，加入2，4—二硝基苯酚电子传递速度恢复正常，说明这是为什么。

4．指出下列过程中的P/O理论值:⑴异柠檬酸→琥珀酸；⑵二硝基酚存在时，-酮戊二酸-→琥珀酸；⑶琥珀酸-→草酰乙酸.

5．由于超氧基和H 202的形成会破坏细胞膜中的磷脂，在西方国家，有人认为这是导致  衰老的因素，为延迟衰老，他们服用超氧化物歧化酶药片以便尽快使这些有害物质转化，你认为这种方法对吗?为什么?

6．pH7.0，25℃时ATP水解成ADP十Pl，ΔG0=30.5kJ/mol

    (1)计算反应的平衡常数。

    (2)在细胞内该反应处于平衡吗?