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。
第十三章 糖原代谢和糖的异生作用
内容提要
当动物食入丰富的含糖物质后，过量的葡萄糖便以糖原的形式储存起来。但是，当饥饿时，储存的糖原降解以满足机体组织对葡萄糖的需要。
糖原的降解涉及糖原磷酸化酶。该酶在不消耗ATP的情况下催化糖原的磷酸解，产生的葡萄糖-1-磷酸在磷酸葡萄糖变位酶催化下转变成葡萄糖-6-磷酸，后者或是进入糖酵解反应顺序或是在葡萄糖磷酸酶催化下生成葡萄糖，进入血液，为其他组织例如大脑提供葡萄糖。糖原分支点处的α-（1→6）糖苷键可被脱支酶水解，产生游离的葡萄糖。因此，糖原的完全降解是由糖原磷酸化酶和糖原脱支酶完成的，其产物是葡萄糖-1-磷酸和葡萄糖。
糖原的合成主要涉及糖原合酶，该酶以UDP-葡萄糖作位糖基的供体。分支酶是糖原产生分支不可缺少的酶。由于分支酶的存在，增多了糖原合酶和糖原磷酸化酶的作用点，可以加快糖原合成或降解的速度。糖原的合成也需要己糖激酶或葡萄糖激酶、磷酸葡萄糖变位酶以及尿苷二磷酸焦磷酸化酶的参与，这几种酶能将葡萄糖转变成糖原合酶的底物UDP-葡萄糖。
糖原的降解和合成的调节是由激素介导、交互进行的。有关的激酶和磷酸酶控制着可转换的酶（糖原磷酸化酶和糖原合酶）的活性。糖原磷酸化酶和糖原合酶两者的活性都可通过磷酸化和去磷酸化调节，前者磷酸化即有活性，后者磷酸化即无活性。当两者去磷酸化时，其活性发生相反的转化。
糖异生作用是由非糖前体合成葡萄糖的途径。有7个接近平衡的反应可在糖酵解和糖异生两途径中可逆发生。专一于糖异生的4种酶（丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、果糖-1,6-二磷酸酶和葡萄糖磷酸酶）使糖酵解的三个不可逆的反应转变成能量上有利于糖异生的反应。糖异生作用需要消耗ATP、GTP和NADH，因此，该途径是一种高度耗能的过程。
在动物中非糖前体都是三碳以上的化合物，乳酸、丙酮酸、生糖氨基酸以及柠檬酸循环的中间物都是糖异生作用的前体。二碳物不能用来净转变成糖。
糖异生和糖酵解的调节也是交互的。胰高血糖素、包括果糖-2,6-二磷酸在内的多种别构效应物以及底物的可用性都能调节糖异生的活性。果糖-2,6-二磷酸的水平受胰高血糖素的控制。
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。这两种激素刺激蛋白激酶的活性。蛋白激酶的激活如何引起糖元降解的加强？又如何影响糖元的合成?
6．许多糖尿病人对胰岛素不作出应答，因为他们的细胞缺乏胰岛素受体。这将怎样影响①进食后即刻循环的葡萄糖的水平和②肌肉细胞中糖原合成的速度？
7．由丙酮酸经糖异生途径转变成葡萄糖的总反应可示如下：
2丙酮酸 ＋ 4ATP ＋ 2GTP ＋ NADH ＋ 2H+ ＋ 4H2O →
葡萄糖 ＋ 2 NAD+ ＋ 4ADP ＋2GDP ＋ 6Pi
△G0'＝﹣37.6 kJ·mol－1
但是，葡萄糖经酵解转变成丙酮酸只净产生2分子的ATP。因此，由丙酮酸合成葡萄糖是一种代价很高的过程。
①这种高昂代价的生理意义是什么? ②能量的消耗主要用在什么场合?
8．柠檬酸循环什么样的重要产物是由丙酮酸合成葡萄糖所需要的？
9．在进行紧张的运动时，肌糖元降解成丙酮酸，丙酮酸然后被还原为乳酸。在恢复时，乳酸被转移到肝脏，在那里它被氧化成丙酮酸，然后丙酮酸用来合成葡萄糖。丙酮酸的还原和乳酸的氧化都是由同一种酶乳酸脱氢酶催化。请解释为什么代谢物在该酶催化下的流动方向却是相反的?
10．多肽激素胰高血糖素的释放是由于胰脏对低血糖水平作出应答所致。在肝脏细胞中，胰高血糖素在调节糖酵解和糖异生两个相反途径的活性中起着主要的作用。这种调节作用是通过影响果糖-2,6-二磷酸的浓度实现的。如果胰高血糖素引起果糖-2,6-二磷酸的浓度的降低，将如何导致血糖水平的增高？
习题解答：
1．解答：这种病人缺乏糖原分支酶。正常人的糖原样品被降解时，葡萄糖-1-磷酸与葡萄糖的比例大约是10︰1。葡萄糖-1-磷酸与葡萄糖的高比例表明该病人含有由α(1→4)糖苷键连结的长糖链和很少的由α(1→6)糖苷键连结的分支点。
2．解答：肌肉糖原磷酸化酶的缺乏阻止了糖原转变成葡萄糖。葡萄糖的不足阻止ATP经由糖酵解产生。现存ATP用于肌肉收缩而得不到补充，从而导致ADP和Pi的增加。由于肌肉组织的糖原不能提供可用的葡萄糖，因此没有乳酸的产生。
3．解答：当这1分子的葡萄糖经过糖原的合成和降解，最终净产生得到ATP分子数是31，损失了1分子的ATP，损失份额约为3%。这损失的部分用在了UDP-葡萄糖焦磷酸化酶催化的反应中。
4．解答：①葡萄糖-6-磷酸酶活性（葡萄糖-6-磷酸→葡萄糖＋Pi）的缺乏导致细胞内葡萄糖-6-磷酸的积累。葡萄糖-6-磷酸能抑制糖原磷酸化酶的活性并激活糖原合酶的活性，这将阻止肝脏糖原的代谢，其结果是糖原储存增加和肝脏肿大并且血糖水平降低（低血糖症）。②脱支酶的缺乏将导致外层短分支的糖原分子增多。这些分子不能被降解，因此将只有非常少量的糖原降解形成葡萄糖，进而导致血糖水平降低。
5．解答: 这两种激素都能与靶细胞膜上的专一性受体结合，通过G蛋白的介导激活腺苷酸环化酶，导致cAMP水平升高。cAMP使蛋白激酶激活，后者催化磷酸基从ATP转移到磷酸化酶激酶的丝氨酸残基上。被激活的磷酸化酶激酶催化磷酸基从ATP转移到糖元磷酸化酶。糖元磷酸化酶的磷酸化，便使该酶从低活性b形式转变成高活性的a形式。净结果是糖元降解速度增高。
蛋白激酶也能催化糖元合酶的磷酸化(磷酸基从ATP转移至合成酶的丝氨酸残基上)。这种磷酸化使糖元合酶从有活性的a形式转变成低活性的b形式。其净结果是糖元合成的速度降低。从这里我们可以看出，磷酸化作用对糖元磷酸化酶和糖元合酶的活性有相反的影响。
6．解答：①由于细胞缺乏胰岛素受体，不能从循环着的血液中吸收葡萄糖，因而循环着的葡萄糖的水平升高。②胰岛素不能激活肌肉磷蛋白磷酸酶-1的活性，因此糖原的合成不会受到刺激，而且由于细胞缺乏可用的葡萄糖，从而造成糖原的合成极大地减少。
7．解答：①这种高昂代价的生理意义是将能量上不利的反应(糖酵解的逆反应，△G0'＝+ 83.6kJ·mol－1)转变成能量上有利的反应(糖异生△G0'=﹣37.6 kJ·mol－1)，从而升高血糖的浓度，或将细胞内生糖物质前体转变成葡萄糖，以糖元的形式贮存起来，达到维持生理平衡和正常运转的目的。
②在由丙酮酸转变成葡萄糖的糖异生过程中，丙酮酸不能在丙酮酸激酶的催化下转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，因为该反应在能量上是不可逆的。丙酮酸经过丙酮酸羧化酶以及磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的催化，经过一个迂回过程转变成磷酸烯醇式丙酮酸：
丙酮酸＋CO2＋ATP＋H2O → 草酰乙酸＋ADP＋Pi △G0'＝﹣2.09 kJ·mol－1 草酰乙酸＋GTP → 磷酸烯醇式丙酮酸＋CO2＋GDP △G0'＝﹢2.93 kJ·mol－1 丙酮酸＋ATP＋GTP＋H2O → 磷酸烯醇式丙酮酸＋ADP＋GDP＋Pi
△G0'＝﹢0.64 kJ·mol－1
这一迂回反应在热力学上是可行的，因为丙酮酸激酶催化的逆反应需要输入31.35 kJ·mol-1自由能。ATP和GTP降解产生的能量输入到了磷酸烯醇式丙酮酸分子中。若以2分子的丙酮酸计，至此已经消耗了2分子ATP和2分子的GTP。
此外，3-磷酸甘油酸转变成1,3-二磷酸甘油酸需要消耗1分子的ATP。这一反应是由磷酸甘油酸激酶催化的。若以2分子的丙酮酸计的话，这里又消耗了2分于的ATP。至此，总共消耗了4分子的ATP和2分子的GTP。
8．解答：由丙酮酸形成葡萄糖需要还原力NADH、以及ATP和GTP。NADH和GTP直接由
柠檬酸循环产生，而ATP则可由该循环产生的NADH和FADH2在氧化磷酸化发生时提供。
9．解答：乳酸脱氢酶催化的反应是：
丙酮酸 + NADH + H+ ←→ 乳酸 + NAD+
在上面的反应中，除了丙酮酸和乳酸外，还有三种其他成员存在，即NADH、H+和NAD+。代谢物流动方向由△G决定，即由所有参加者的各自的浓度决定：
0++
△G＝△G'＋2.303RTlog([乳酸][ NAD]/[丙酮酸][ NADH][ H])
+
在紧长活动时，肌肉NADH的浓度高，并且环境是酸性的(因为[H]也高)，这就使得△G比
+
较负，代谢物的流动按丙酮酸还原的方向进行。在恢复时，氧是充足的，肝脏中的NAD浓度高，并且环境是低酸性的。这些条件有利于肝脏的糖异生作用，降低丙酮酸的浓度。这些浓度的变化使得△G比较正，代谢物的流动是以乳酸氧化的方向进行。
10．解答：果糖-2,6-二磷酸水平的降低导致糖酵解速度降低和糖异生作用的速度的升高。果糖-2,6-二磷酸是糖酵解的磷酸果糖激酶-1的激活剂，降低果糖-2,6-二磷酸的水平将导致糖酵解速度的降低；同时也是糖异生酶果糖-1,6-二磷酸酶的抑制剂。因此，降低果糖-2,6-二磷酸的水平将有利于糖异生作用，增加葡萄糖的合成，从而升高血糖的浓度。
第十四章 脂类代谢
内容提要
三酰甘油的消化取决于胆汁酸的乳化活性和脂肪﹣水界面的脂肪酶的活性。当消化的产物被吸收之后，它们被包装成脂蛋白的形式，经流动着的血液被转移到各组织。储存在脂肪组织的三酰甘油被激素敏感的三酰甘油酯酶水解，释放出的脂肪酸与血液中的白蛋白结合以复合物的形式转运到它们的氧化部位。
脂肪酸的氧化从酰基的激活开始。脂酰CoA是其激活形式。脂酰CoA通过线粒体内膜上的肉碱酰基载体蛋白的转移进入到线粒体基质中。脂肪酸的β氧化分为４步反应，包括α和β位的双键的形成、双键的水化、脱氢形成β酮酰CoA并被CoA硫解产生乙酰CoA和缩短了两个碳原子的脂酰CoA。这个过程重复进行，直到脂肪酸完全降解转变成乙酰CoA为止。乙酰CoA进入柠檬酸循环被氧化，产生的还原性辅酶进入电子传递系统，产生的能量经ATP合酶催化生成ATP。
奇数碳脂肪酸除降解产生乙酰CoA外，最后产生的一分子丙酰CoA转变成柠檬酸循环的中间物琥珀酰CoA。这一转变过程需要Ｂ12辅酶。不饱和脂肪酸的氧化除需要β氧化的酶以外，还需要额外的酶参与。
动物肝细胞线粒体能利用乙酰CoA合成乙酰乙酸和β羟基丁酸，然后被释放进入血液。能利用这些酮体的肝外组织可将其重新转变成乙酰CoA被氧化利用。
脂肪酸的从头合成发生在胞液中，线粒体中产生的乙酰CoA经三羧酸转运系统进入到胞液。在乙酰CoA羧化酶催化下，乙酰CoA羧化成它的活化形式——丙二酸单酰CoA。在脂肪酸合酶的催化下，以丙二酸单酰CoA的形式把乙酰基（二碳单位）参入到脂肪酸合成的中间物上。脂肪酸的生物合成所需的NADPH可由磷酸戊糖途径；此外，转运乙酰CoA的柠檬酸﹣丙酮酸穿梭（三羧酸转运）系统也是提供NADPH的重要途径，该系统能将糖酵解产生的NADH转变成NADPH。胞液脂肪酸合成系统所合成的脂肪酸是软脂酸。
乙酰CoA羧化酶和脂肪酸合酶是催化脂肪酸合成的两种基本的酶。在不同的生物体内，这两种酶的组织结构是不同的。在哺乳动物中，催化脂肪酸合成的７种酶活性和一个酰基载体蛋白区都包含在由两个相同亚基构成的多功能二聚体中。
其他种类的脂肪酸的合成则可在与碳氢链延长或脱饱和有关的酶的催化下产生。
人体三酰甘油合成的前体物是脂酰CoA和甘油醛-3-磷酸或者磷酸二羟丙酮。通常在三酰甘油的C-1位含一个饱和脂肪酸，在它的C-2位含一个不饱和脂肪酸。
乙酰CoA羧化酶是调节脂肪酸合成的关键酶。在动物体内，柠檬酸是该酶的重要别构激活剂，而软脂酰CoA是该酶的别构抑制剂。软脂酰CoA也是脂酸合酶、柠檬酸合酶、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶等酶的抑制剂。
柠檬酸除作为乙酰CoA羧化酶的重要激活剂外，并且在转运乙酰CoA跨越线粒体内膜中起关键作用。柠檬酸水平的升高表明乙酰CoA和ATP可以用来合成脂酸。