2023年生物化学第六章 生物氧化和生物能参考超详细解析超详细解析答案.pdf

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1、1 第六章 生物氧化和生物能 1.为什么说 ATP 是生物能的主要表现形式？ATP 结构有何特点？答：因为生物能是一种能够被生物细胞直接利用的特殊能量形式，为细胞活动提供能量。一般的能量形式并不能直接让生物细胞利用，而 ATP 是可被生物细胞直接利用的一种瞬时自由能供体。结构特点：由一分子腺嘌呤核苷和三个磷酸基组成，含两个高能磷酸键，水解能释放大量自由能。生物能的化学本质就是存储于 ATP 分子焦磷酸键中的化学能。2.生物体内存在哪些重要的高能磷酸物质？它们的主要功能是什么？答：生物体内存在以下几种重要的高能磷酸物质：1、氧磷键型，包括（1）乙酰磷酸：细菌合成乙酸或利用乙酸的中间代谢产物。（2

2、）磷酸烯醇式丙酮酸：糖酵解中重要中间产物。在光反应阶段产生，为暗反应阶段提供能量与相应的酶(PEP 缩合酶)，也是 C4 植物中将 CO2固定的化合物。（3）氨甲酰磷酸：线粒体中氨与二氧化碳在 ATP 供能条件下预先合成的活性氨甲酰基化合物。利于鸟氨酸循环的启动。细胞液中则由谷氨酰氨与二氧化碳在ATP 供能时合成氨甲酰磷酸以启动嘧啶核苷酸的合成。（4）氨酰腺苷酸：氨基酸通过高能磷酸酯与腺苷酸结合被而活化，进而通过氨酰基 tRNA 合成酶，在 tRNA的 3 末端形成氨酰 tRNA，用于肽链的合成。2、氮磷键型，包括（1）磷酸肌酸，（2）磷酸精氨酸：这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。3

3、.根据提供的还原电位数值，判断下列物质失去电子的容易程度。编号 物质 还原电位（1）乙醛-0.60V（2）H2O+0.82V（3）乳酸-0.19V（4）NADPH-0.32V 答：还原电位越小，失去电子趋势越大，还原能力越强，所以由易到难的排序是：（1）（4）（3）（2）2 4.在有相应的酶存在时，在标准状态下，下列反应中哪些可以按箭头所示的方向进行？答：a.苹果酸 NAD+草酰乙酸 NADH H+查表得，E1 (草酰乙酸/苹果酸)=-0.17V，E2 (NAD+/NADHH+)=-0.32V.所以，E =E2 E1 =-0.32V(-0.17V)=-0.15V 0,所以该反应不能进行。b.乙

4、酰乙酸NADHH+-羟丁酸NAD+查表得，E1 (乙酰乙酸/-羟丁酸)=-0.35V，E2 (NAD+/NADHH+)=-0.32V.所以，E =E1 E2 =-0.35V(-0.32V)=-0.03V 0,所以该反应不能进行。c.丙酮酸NADHH+乳酸NAD+查表得，E1 (丙酮酸/乳酸)=-0.19V，E2 (NAD+/NADHH+)=-0.32V.所以，E =E1 E2 =-0.19V(-0.32V)=0.13V 0.由 G =-nF E 0.由 G =-nF E 0,所以该反应可以进行。e.苹果酸丙酮酸 草酰乙酸乳酸 查表得，E1 (草酰乙酸/苹果酸)=-0.17V，E2 (丙酮酸/乳

5、酸)=-0.19V.所以，E =E2 E1 =-0.19V(-0.17V)=-0.02V 0,所以该反应不能进行。f.乙醛延胡索酸 乙酸琥珀酸 查表得，E1 (乙酸/乙醛)=-0.60V，E2 (延胡索酸/琥珀酸)=0.03V.所以，E =E2 E1 =0.03V(-0.60V)=0.63V 0.由 G =-nF E 0,所以该反应可以进行。5.当一对电子从下列一种物质转移到另一种物质时，计算其标准自由能变化。理论上可以分别合成多少分子的 ATP？（pH=7.0,25）（1）由琥珀酸转移到细胞色素 b；（2）由苹果酸转移到 NAD+；（3）由 NADH 转移到细胞色素 c。的一种瞬时自由能供体

6、结构特点由一分子腺嘌呤核苷和三个磷酸基组成含两个高能磷酸键水解能释放大量自由能生物答生物体内存在以下几种重要的高能磷酸物质氧磷键型包括乙酰磷酸细菌合成乙酸或利用乙酸的中间代谢产物磷酸烯合物氨甲酰磷酸线粒体中氨与二氧化碳在供能条件下预先合成的活性氨甲酰基化合物利于鸟氨酸循环的启动细胞液中3 .答：（1）琥珀酸2Cyt.b(Fe3+)延胡索酸2Cyt.b(Fe2+)2H+E =0.07V0.03V=+0.04V.G =-nF E =-2 96500 0.04=-7.7(KJ/mol)合成 ATP 需要+31 KJ/mol，所以不能合成 ATP。（2）苹果酸 NAD+草酰乙酸 NADH H+E =-

7、0.32V（-0.17V）=-0.15V.G =-nF E =-2 96500（-0.15）=+29.0(KJ/mol).合成 ATP 需要+31 KJ/mol，所以不能合成 ATP。（3）NADH2Cyt.b(Fe3+)NAD+2Cyt.b(Fe2+)2H+E =0.25V（-0.32V）=+0.57V.G =-nF E =-2 96500（+0.57）=-110(KJ/mol).合成 ATP 需要+31 KJ/mol，所以理论上可以合成 3 个 ATP。6.腺苷酸环化酶所催化的反应为：ATPcAMP+PPi,其平衡常数Kep=0.065.如果 ATP 水解成 AMP+PPi 时，G 为-3

8、3.4kJ/mol,试计算 cAMP 水解成 AMP 的 G。答：因为 ATP cAMP PPi,Kep=0.065，所以 cAMP PPi ATP（），K=1/Kep 由 G1=-RTlnK=-RTln(1/Kep)=-6.78 KJ/mol.又 ATP AMPPPi（）,G2=-33.4 KJ/mol，cAMP AMP（）因为 ，所以所求的 G =G1+G2=-（6.7833.4）KJ/mol=-40.18 KJ/mol。7.说明电子从NADH 传递给O2的过程中，有关酶和电子载体的作用。答：（1）NADH-泛醌还原酶：由一分子 NADH 还原酶（FMN），两分子铁硫蛋白（Fe-S）和一分

9、子 CoQ 组成，其作用是将（NADH+H+）传递给 CoQ。（2）泛醌（CoQ）：是存在于线粒体内膜上的一种脂溶性醌类化合物。分子中含对苯醌结构，可接受二个氢原子而转变成对苯二酚结构，是一种双递氢体。（3）琥珀酸-泛醌还原酶：由一分子琥珀酸脱氢酶（FAD），两分子铁硫蛋白和两分子 Cyt.b560组成，其作用是将 FADH2传递给 CoQ。（4）细胞色素类：这是一类以铁卟啉为辅基的蛋白质，为单电子传递体。细胞色素可存在于线粒体内膜，也可存在于微粒体。存在于线粒体内膜的细胞色素有Cyt.aa3，Cyt.b（b560，b562，b566），Cyt.c，Cytc1；而存在于微粒体的细胞色素的一种瞬

10、时自由能供体结构特点由一分子腺嘌呤核苷和三个磷酸基组成含两个高能磷酸键水解能释放大量自由能生物答生物体内存在以下几种重要的高能磷酸物质氧磷键型包括乙酰磷酸细菌合成乙酸或利用乙酸的中间代谢产物磷酸烯合物氨甲酰磷酸线粒体中氨与二氧化碳在供能条件下预先合成的活性氨甲酰基化合物利于鸟氨酸循环的启动细胞液中4 有 Cyt.P450和 Cyt.b5。（5）泛醌-细胞色素 c 还原酶：由两分子 Cyt.b（分别为 Cyt.b562和 Cyt.b566），一分子 Cytc.1 和一分子铁硫蛋白组成，其作用是将电子由泛醌传递给 Cyt.c。（6）细胞色素 c 氧化酶：由一分子 Cyt.a 和一分子 Cyt.a3

11、 组成，含两个铜离子，可直接将电子传递给氧，故 Cyt.aa3 又称为细胞色素 c 氧化酶，其作用是将电子由 Cyt.c 传递给氧。8.说明线粒体呼吸链电子传递与 ATP 合成的关系。答：在线粒体呼吸链电子传递过程中，释放出大量能量，这些高能电子传递过程的释能反应与 ADP 和磷酸合成 ATP 的需能反应相偶联，从而合成机体所需的主要生物能形式 ATP。9.阐述磷氧比（P/O）的概念及其意义。答：概念：磷氧比（P/O）是指参与反应的磷原子与氧原子之比。意义：由于一个氧原子相当于一对电子，磷氧比（P/O）实质上是表示每传递一对电子所能合成的 ATP 的数目，因此，P/O 比可以反映氧化磷酸化的效

12、率。10.解释电子传递过程中超氧负离子产生的原因及其意义。答：产生的原因：在线粒体呼吸链的电子传递系统中，存在很多种单电子传递体，当单电子传递体将一个电子传递给 O2时，则产生单电子还原产物超氧负离子自由基。意义：超氧负离子自由基是一个高活性自由基，具有很强的破坏性。由于其高反应活性，能够进一步产生其他类型的自由基或者其他对机体有害的物质。11.鱼藤酮是来自植物的一种天然毒素，强烈抑制昆虫和鱼类线粒体NADH 脱氢酶；抗霉素 A 也是一种毒性很强的抗生素，强烈抑制电子传递链中泛醌的氧化。（1）为什么某些昆虫和鱼类摄入鱼藤酮会致死？（2）为什么抗霉素 A 是一种毒药？（3）假设鱼藤酮和抗霉素封闭

13、它们各自的作用部位的作用是等同的，那么哪一个的毒性更利害？答：（1）当生成的 ATP 不能满足生物体对 ATP 的需求时，生物体将死掉。而NADH 脱氢酶被鱼藤酮抑制，降低了电子流经呼吸链的速度，因此减少 ATP 的的一种瞬时自由能供体结构特点由一分子腺嘌呤核苷和三个磷酸基组成含两个高能磷酸键水解能释放大量自由能生物答生物体内存在以下几种重要的高能磷酸物质氧磷键型包括乙酰磷酸细菌合成乙酸或利用乙酸的中间代谢产物磷酸烯合物氨甲酰磷酸线粒体中氨与二氧化碳在供能条件下预先合成的活性氨甲酰基化合物利于鸟氨酸循环的启动细胞液中5 合成。某些昆虫和鱼类只有 NADHO2这条呼吸链，因此这些生物摄入鱼藤酮会致死。（2）抗霉素 A 强烈抑制泛醌的氧化，同样使 ATP 的合成减少，从而不满足机体对 ATP 的需求而使机体致死。（3）由于抗霉素 A 抑制的是泛醌，会封闭了所有电子流向氧的途径，而鱼藤酮只是封闭来自 NADH 的电子流动而不是封闭所有，所以抗霉素 A 的毒性更利害。的一种瞬时自由能供体结构特点由一分子腺嘌呤核苷和三个磷酸基组成含两个高能磷酸键水解能释放大量自由能生物答生物体内存在以下几种重要的高能磷酸物质氧磷键型包括乙酰磷酸细菌合成乙酸或利用乙酸的中间代谢产物磷酸烯合物氨甲酰磷酸线粒体中氨与二氧化碳在供能条件下预先合成的活性氨甲酰基化合物利于鸟氨酸循环的启动细胞液中