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第八章 生物氧化作业及参考答案 一. 填空
1．生物氧化有3种方式：____ _____、______ _____和______ ____ 。 2．生物氧化是氧化还原过程，在此过程中有______ ___、_____ ____和____ ____ 参与。 3．原核生物的呼吸链位于__ _______。
4．G0＇为负值是_________反应，该反应可以_________进行。
5．△G0＇与平衡常数的关系式为_________，当Keq＝1时，△G0＇为_________。 6．生物分子的E0＇值小，则电负性_________，供出电子的倾向_________。
7．生物体内高能化合物有_________、_________、_________、_________、_________、_________等类。 8．细胞色素c的辅基是____ _____与蛋白质以_________键结合。 9．在无氧条件下，呼吸链各传递体都处于_________状态。
10．NADH呼吸链中氧化磷酸化的偶联部位是_________、_________、_________。 11．磷酸甘油与苹果酸经穿梭后进人呼吸链氧化，其P/O比分别为_____和_____。 12．举出三种氧化磷酸化解偶联剂_________、_________、_________。
13．举出4种生物体内的天然抗氧化剂_________、_________、_________、_________。 15．生物氧化是_________在细胞中_________，同时产生_________的过程。
16．反应的自由能变化用_________表示，标准自由能变化用_________表示，生物化学中pH 7.0时的标准自由
能变化则表示为_________。
17．高能磷酸化合物通常指水解时______ ___的化合物，其中最重要的是___ ____，被称为能量
代谢的__ _______。
18．真核细胞生物氧化的主要场所是_________，呼吸链和氧化磷酸化偶联因子都定位于____ _____。 19．以NADH为辅酶的脱氢酶类主要是参与_________作用，即参与从_________到_________电子传递作用；以NADPH为辅酶的脱氢酶类主要是将分解代谢中间产物上的_________转移到_________反应中需电子的中间物上。
20．在呼吸链中，氢或电子从_________的载体依次向_________的载体传递。
21．线粒体氧化磷酸化的重组实验证实了线粒体内膜含有_________，内膜上的小瘤含有_________。 22．鱼藤酮，抗霉素A，CNˉ、N3ˉ、CO，的抑制作用分别是______ ___，_ ________，和_________。 23．磷酸源是指_________。脊椎动物的磷酸源是_________，无脊椎动物的磷酸源是_________。 24．H2S使人中毒机理是_________ 。 25．线粒体呼吸链中电位跨度最大的一步是在_________。
26．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。 27．解释氧化磷酸化作用机制被公认的学说是_____ _ __，它是英国生物化学家____ _____于1961
年首先提出的。
28．化学渗透学说主要论点认为：呼吸链组分定位于_________内膜上。其递氢体有_________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 + Pi → ATP 29．每对电子从FADH2转移到_________必然释放出2个H+ 进入线粒体基质中。
30．细胞色素aa3辅基中的铁原子有_________结合配位键，它还保留_____游离配位键，所以能和_________结合，还能和_________、_________结合而受到抑制。
31．体内CO2的生成不是碳与氧的直接结合，而是_____ ____。
32．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_________。
33．动物体内高能磷酸化合物的生成方式有_________和_________两种。
34．在离体的线粒体实验中测得β-羟丁酸的磷氧比值（P/O）为2.4~2.8，说明β-羟丁酸氧化时脱下来的2H是
通过_________呼吸链传递给O2的；能生成_________分子ATP。 二. 单选
1. 如果质子不经过F1／F0-ATP合成酶回到线粒体基质，则会发生：
1
A．氧化 B．还原 C．解偶联、 D．紧密偶联
2. 离体的完整线粒体中，在有可氧化的底物存时下，加入哪一种物质可提高电子传递和氧气摄入量： A．更多的TCA循环的酶 B．ADP C．FADH2 D．NADH 3．下列氧化还原系统中标准氧化还原电位最高的是：
＋＋＋
A．延胡索酸琥珀酸 B．CoQ／CoQH2 C．细胞色素a（Fe 2／Fe 3） D．NAD／NADH
＋
4．下列化合物中，除了哪一种以外都含有高能磷酸键：A．NAD B．ADP C．NADPH D．FMN 5．下列反应中哪一步伴随着底物水平的磷酸化反应：
A．苹果酸→草酰乙酸 B．甘油酸-1,3-二磷酸→甘油酸-3-磷酸 C．柠檬酸→α-酮戊二酸 D．琥珀酸→延胡索酸
6．乙酰CoA彻底氧化过程中的P／O值是：A．2.0； B．2.5； C．3.0 ；D．3.5 7．肌肉组织中肌肉收缩所需要的大部分能量以哪种形式贮存： A．ADP； B．磷酸烯醇式丙酮酸； C．ATP； D．磷酸肌酸
8．呼吸链中的电子传递体中，不是蛋白质而是脂质的组分为：A.NAD+；B.FMN；C.CoQ； D.Fe·S 9．下述哪种物质专一性地抑制F0因子：A．鱼藤酮； B．抗霉素A； C．寡霉素； D．缬氨霉素
10．胞质中1分子乳酸彻底氧化后产生的ATP分子数：A 9或10 ；B 11或12 ；C 15或16； D17或18 11．下列不是催化底物水平磷酸化反应的酶是：
A．磷酸甘油酸激酶 B．磷酸果糖激酶C．丙酮酸激酶 D．琥珀酸硫激酶
12．在生物化学反应中，总能量变化符合：A．受反应的能障影响 B．随辅因子而变
C．与反应物的浓度成正比 D．与反应途径无关
13．在下列的氧化还原系统中，氧化还原电位最高的是：
A．NAD+／NADH B．细胞色素a (Fe3+)／细胞色素a (Fe2+) C．延胡索酸/琥珀酸 D．氧化型泛醌/还原型泛醌
14．二硝基苯酚能抑制下列细胞功能的是：A．糖酵解 B．肝糖异生 C．氧化磷酸化 D．柠檬酸循环 15．活细胞不能利用下列哪些能源来维持它们的代谢：A．ATP ；B．糖；C．脂肪；D．周围的热能
16．如果将琥珀酸（延胡索酸/琥珀酸氧化还原电位+0.03V）加到硫酸铁和硫酸亚铁（高铁/亚铁氧化还原电位
+ 0.077V）的平衡混合液中，可能发生的变化是：
A．硫酸铁的浓度将增加 B．硫酸铁的浓度和延胡羧酸的浓度将增加 C．高铁和亚铁的比例无变化 D．硫酸亚铁和延胡索酸的浓度将增加 17．下列关于化学渗透学说的叙述哪一条是不对的：
A．吸链各组分按特定的位置排列在线粒体内膜上； B．各递氢体和递电子体都有质子泵的作用
＋＋
C．H返回膜内时可以推动ATP酶合成ATP； D．线粒体内膜外侧H不能自由返回膜内 18．关于有氧条件下，NADH从胞液进入线粒体氧化的机制，下列描述中正确的是：
A．NADH直接穿过线粒体膜而进入
B．磷酸二羟丙酮被NADH还原成3-磷酸甘油进入线粒体，在内膜上又被氧化成磷酸二羟丙酮同时生成NADH
C．草酰乙酸被还原成苹果酸，进入线粒体再被氧化成草酰乙酸，停留于线粒体内
D．草酰乙酸被还原成苹果酸进人线粒体，然后再被氧化成草酰乙酸，再通过转氨基作用生成天冬氨酸，最后转移到线粒体外
19．胞质中形成NADH经苹果酸穿梭后，每摩尔产生ATP的摩尔数是：A．1 B．2 C．3 D．4 20．呼吸链的各细胞色素在电子传递中的排列顺序是：
A．c1→b→c→aa3→O2-； B． c→c1→b→aa3→O2-； C．c1→c→b→aa3→O2-； D． b→c1→c→aa3→O2-； 三. 判断题
( )1．NADH在340nm处有吸收峰，NAD+ 没有，利用这个性质可将NADH与NAD+区分开来。 ( )2．琥珀酸脱氢酶的辅基FAD与酶蛋白之间以共价键结合。 ( )3．生物氧化只有在氧气的存在下才能进行。 ( )4．NADH和NADPH都可以直接进入呼吸链。
2
( )5．如果线粒体内ADP浓度较低，则加入DNP将减少电子传递的速率。
( )6．磷酸肌酸、磷酸精氨酸等是高能磷酸化合物的贮存形式，可随时转化为ATP供机体利用。 ( )7．解偶联剂可抑制呼吸链的电子传递。
( )8．电子通过呼吸链时，按照各组分氧还电势依次从还原端向氧化端传递。 ( )9．NADPH / NADP+的氧还势稍低于NADH / NAD+，更容易经呼吸链氧化。 ( )10．寡霉素专一地抑制线粒体ATP合成酶的F0，从而抑制ATP的合成。 ( )11．ADP的磷酸化作用对电子传递起限速作用。
( )12．ATP虽然含有大量的自由能，但它并不是能量的贮存形式。 四. 完成反应方程式
1．4细胞色素a3-Fe2+ + O2 + 4H+ → 4细胞色素a3-Fe3+ +（ ），催化此反应的酶是：（ ） 2．NADH + H+ + 0.5O2 + 3ADP + ( ) → NAD+ +3ATP + 4H2O 五. 问答题
1．常见的呼吸链电子传递抑制剂有哪些？它们的作用机制是什么? 2．氰化物为什么能引起细胞窒息死亡？其解救机理是什么？
3．在磷酸戊糖途径中生成的NADPH，如果不去参加合成代谢，那么它将如何进一步氧化？ 4．在体内ATP有哪些生理作用？
5．有人曾经考虑过使用解偶联剂如2,4-二硝基苯酚（DNP）作为减肥药，但很快就被放弃使用，为什么？ 6．某些植物体内出现对氰化物呈抗性的呼吸形式，试提出一种可能的机制。 7．什么是铁硫蛋白？其生理功能是什么？ 8．何为能荷？能荷与代谢调节有什么关系？ 9．氧化作用和磷酸化作用是怎样偶联的？ 10利用分离出的线粒体可以研究细胞呼吸，可测定各种不同状况下氧的消耗，如果将 0.01mol/L的丙二酸钠添加正在进行细胞呼吸的线粒体（以丙酮酸为燃料来源）中，呼吸作用很快就会停止，并造成代谢中间产物的堆积。（1）堆积的中间代谢物是什么？（2）解释为什么会堆积？（3）解释氧消耗为什么会停止？（4）除了除去丙二酸解除抑制以外，还有什么方法可以克服丙二酸的抑制？
11.在正常的线粒体内，电子转移的速度与ATP需求紧密联系在一起的。如果ATP的利用率低，电子转移速度
也低；ATP的利用率高，电子转移就加快。在正常情况下，当NADH作为电子供体时，每消耗一个氧原子产生的ATP数大约为3（P/O＝3）。
（1）讨论解耦联剂的浓度相对来说较低和较高时对电子转移和P/O比率有什么样的影响？ （2）摄入解耦联剂会引起大量出汗和体温升高。解释这一现象，P/O比率有什么变化？ 12. 生物氧化的特点和方式是什么？
参考答案 一. 填空题
1．脱氢；脱电子；与氧结合 2．酶；辅酶；电子传递体 3．细胞质膜上 4．放能；自发进行 5．△G0＇＝-RTlnK’eq；0 6．大；大
12．2,4-二硝基苯酚；缬氨霉素；解偶联蛋白 右图 三种解偶联剂的作用机理
答：（1）化学解偶联剂：2,4-二硝基苯酚（2,4-dinitrophenol，DNP）是最早发现的也是最典型的化学解偶联剂（右图a），其特点是呈弱酸性和脂溶性，在不同的pH 环境中可释放H+和结合H+：在pH 7.0 的环境中，DNP 以解离形式存在，不能透过线粒体膜；在酸性环境中，解离的DNP 质子化，变为脂溶性的非解离形式，能透过膜的磷脂双分子层，同时把一个质子从膜外侧带入到膜内侧，因而破坏电子传递形
成的跨膜质子电化学梯度，起着消除质子浓度梯度的作用，抑制ATP 的形成。
3
7．烯醇磷酸化合物；酰基磷酸化合物；焦磷酸化合物；胍基磷酸化合物；硫酯键化合物；甲硫键化合物 8．血红素；共价 9．还原
10．复合物I；复合物Ⅲ；复合物Ⅳ 11．2；3
（2） 离子载体：有一类脂溶性物质能与某些阳离子结合，插入线粒体内膜脂双层，作为阳离子的载体，使这些阳离子能穿过线粒体内膜。它和解偶联剂的区别在于它是作为H＋离子以外的其它一价阳离子的载体。例如，由链霉菌产生的抗菌素缬氨霉素（右图b）能与K+离子配位结合形成脂溶性复合物，穿过线粒体内膜，从而将膜外的K+转运到膜内。又如，短杆菌肽gramicidin）可使K+、Na+其它一些一价阳离子穿过内膜。这类离子载体由于增加了线粒体内膜对一价阳离子的通透性，消除跨膜的电位梯度，消耗了电子传递过程中产生的自由能，从而破坏了ADP 的磷酸化过程。
（3）解偶联蛋白：解偶联蛋白是存在于某些生物细胞线粒体内膜上的蛋白质，为天然的解偶联剂。如动物的褐色脂肪组织的线粒体内膜上分布有解偶联蛋白，这种蛋白构成质子通道（上图c），让膜外质子经其通道返回膜内而消除跨膜的质子浓度梯度，抑制ATP 合成而产生热量以增加体温。 13．维生素E；维生素C；GSH；β-胡萝卜素 15．燃料分子； 分解氧化； 可供利用的化学能 16．ΔG； ΔG°；ΔG°＇
17．释放的自由能大于20.92kJ/mol；ATP；即时供体 18．线粒体；线粒体内膜上
19．呼吸；底物；氧；电子；生物合成 20．低氧还电势；高氧还电势 21．电子传递链的酶系；F1-F0复合体
22．NADH和CoQ之间,Cytb和Cytc1之间,Cytaa3和O2 23．贮存能量的物质；磷酸肌酸；磷酸精氨酸 24．与氧化态的细胞色素aa3结合，阻断呼吸链 三. 选择题
1．C：当质子不通过F0进人线粒体基质的时候，ATP就不能被合成，但电子照样进行传递，这就意味着发生了解偶联作用。 2．B：ADP作为氧化磷酸化的底物，能够刺激氧化磷酸化的速率，由于细胞内氧化磷酸化与电子传递之间紧密的偶联关系，所
以ADP也能刺激电子的传递和氧气的消耗。
3．C：电子传递的方向是从标准氧化还原电位低的成分到标准氧化还原电位高的成分，细胞色素a（Fe2/Fe3）最接近呼吸链
＋
＋
25．细胞色素aa3→O2
26．NADH；FADH2；初始受体 27．化学渗透学说；米切尔（Mitchell）
28．线粒体；质子泵；质子浓度差和电位差（又称为质子动力
势）；ATP 29．CoQ
30．5个；1个；O2；CO；CN -。 31．有机酸脱羧生成的 32．NAD；FAD
33．氧化磷酸化；底物水平磷酸化 34．NADH呼吸链；3个分子ATP
的末端，因此它的标准氧化还原电位最高。
4．D： NAD+ 和NADPH的内部都含有ADP基团，因此与ADP一样都含有高能磷酸键，烯醇式丙酮酸磷酸也含有高能磷酸
键，只有FMN没有高能磷酸键。
5．B：甘油酸-1,3-二磷酸→甘油酸-3-磷酸是糖酵解中的一步反应，此反应中有ATP的合成。
6．C：乙酰CoA彻底氧化需要消耗两分子氧气，即4个氧原子，可产生12分子的ATP，因此P/O值是12/4＝3 7．D： 当ATP的浓度较高时，ATP的高能磷酸键被转移到肌酸分子之中形成磷酸肌酸。
8．C：CoQ含有一条由n个异戊二烯聚合而成的长链，具脂溶性，广泛存在于生物系统，又称泛醌。 9．C：寡霉素是氧化磷酸化抑制剂，它能与F0的一个亚基专一结合而抑制F1，从而抑制了ATP的合成。
10．D：1分子乳酸彻底氧化经过由乳酸到丙酮酸的一次脱氢、丙酮酸到乙酰CoA和乙酰CoA再经三羧酸循环的五次脱氢，其
中一次以FAD为受氢体，经氧化磷酸化可产生ATP为1×3＋4×3＋1×2=17，此外还有一次底物水平磷酸化产生1个ATP，因此最后产ATP为18个；而在真核生物中，乳酸到丙酮酸的一次脱氢是在细胞质中进行产生NADH，此NADH在经α-磷酸甘油穿棱作用进入线粒体要消耗1分子ATP，因此，对真核生物最后产ATP为17个。
11．B：磷酸甘油酸激酶、丙酮酸激酶与琥珀酸硫激酶分别是糖酵解中及三羧酸循环中的催化底物水平磷酸化的转移酶，只有
磷酸果糖激酶不是催化底物水平磷酸化反应的酶。
12．D：热力学中自由能是状态函数，生物化学反应中总能量的变化不取决于反应途径。当反应体系处于平衡系统时，实际上
没有可利用的自由能。只有利用来自外部的自由能，才能打破平衡系统。
13．B：由于电子是从低标准氧化还原电位向高标准氧化还原电位流动，而题目中所给的氧化还原对中，细胞色素aa3(Fe2+/Fe3+)
在氧化呼吸链中处于最下游的位置，所以细胞色素aa3(Fe2+/Fe3+)的氧化还原电位最高。
14．C：二硝基苯酚抑制线粒体内的氧化磷酸化作用，使呼吸链传递电子释放出的能量不能用于ADP磷酸化生成ATP，所以二
硝基苯酚是一种氧化磷酸化的解偶联剂。
15．D：脂肪、糖和ATP都是活细胞化学能的直接来源。阳光是最根本的能源，光子所释放的能量被绿色植物的叶绿素通过光
合作用所利用。热能只有当它从热物体向冷物体传递过程中才能做功，它不能作为活细胞的可利用能源，但对细胞周围的
4
温度有影响。
16．D：氧化还原电位是衡量电子转移的标准。延胡索酸还原成琥珀酸的氧化还原电位和标准的氢电位对比是+ 0.03V 特，而
硫酸铁（高铁Fe3）还原成硫酸亚铁（亚铁Fe2）的氧化还原电位是+ 0.077V伏特，这样高铁对电子的亲和力比延胡索酸
＋
＋
要大。所以加进去的琥珀酸将被氧化成延胡索酸，而硫酸铁则被还原成硫酸亚铁。延胡索酸和硫酸亚铁的量一定会增加。 17．B：化学渗透学说指出在呼吸链中递氢体与递电子体是交替排列的，递氢体有氢质子泵的作用，而递电子体却没有氢质子
泵的作用。
18．D：线粒体内膜不允许NADH自由通过，胞液中NADH所携带的氢通过两种穿梭机制被其它物质带人线粒体内。一种穿
梭机制是糖酵解中生成的磷酸二羟丙酮可被NADH还原成3-磷酸甘油，然后通过线粒体内膜进人到线粒体内，此时在以FAD为辅酶的脱氢酶的催化下氧化，重新生成磷酸二羟丙酮穿过线粒体内膜回到胞液中。这样胞液中的NADH变成了线粒体内的FADH2。这种α-磷酸甘油穿梭机制主要存在于肌肉、神经组织。
另一种穿梭机制是草酰乙酸-苹果酸穿梭。这种机制在胞液及线粒体内的脱氢酶辅酶都是NAD，所以胞液中的NADH到达线粒体内又生成NADH。就能量产生来看，草酰乙酸-苹果酸穿梭优于α-磷酸甘油穿梭机制；但α-磷酸甘油穿梭机制比草酰乙酸-苹果酸穿梭速度要快很多。主要存在于动物的肝、肾及心脏的线粒体中。
19．C：胞液中的NADH经苹果酸穿梭到达线粒体内又生成NADH，因此，1分子NADH再经电子传递与氧化磷酸化生成3分
子ATP。
20．D：呼吸链中各细胞色素在电子传递中的排列顺序是根据氧化还原电位从低到高排列的。 四. 判断题 1．对：
2．对：琥珀酸脱氢酶的辅基FAD与酶蛋白的一个组氨酸以共价键相连。 3．错：只要有合适的电子受体，生物氧化就能进行。
4．错：NADPH通常作为生物合成的还原剂，并不能直接进入呼吸链接受氧化。只是在特殊的酶的作用下，NADPH上的H被
转移到NAD+上，然后由NADH进人呼吸链。
5．错：在正常的生理条件下，电子传递与氧化磷酸化是紧密偶联的，低浓度的ADP限制了氧化磷酸化，因而就限制了电子的
传递速率。而DNP是一种解偶联剂，它可解除电子传递和氧化磷酸化的紧密偶联关系，在它的存在下，氧化磷酸化和电子传递不再偶联，因而ADP的缺乏不再影响到电子的传递速率。
6．对：磷酸肌酸在供给肌肉能量上特别重要，它作为储藏~P的分子以产生收缩所需要的ATP。当肌肉的ATP浓度高时，末端
磷酸基团即转移到肌酸上产生磷酸肌酸；当ATP的供应因肌肉运动而消耗时，ADP浓度增高，促进磷酸基团向相反方向转移，即生成ATP。
7．错：解偶联剂使电子传递与氧化磷酸化脱节，电子传递释放的能量以热形式散发，不能形成ATP。 8．对：组成呼吸链的各成员有一定排列顺序和方向，即由低氧还电位到高氧还电位方向排列。
9．错：NADPH / NADP+的氧还势与NADH / NAD+相同，并且NADPH / NADP+通常不进入呼吸链，而主要是提供生物合成的
还原剂。
10．对：寡霉素是氧化磷化抑制剂，它与F1-F0-ATPase的F0结合而抑制F1，使线粒体内膜外侧的质子不能返回膜内，造成
ATP不能合成。
11．对：在正常的生理条件下，电子传递与氧化磷酸化是紧密偶联的，因而ADP的氧化磷酸化作用就直接影响电子的传递速
率。
12．对：在生物系统中ATP作为自由能的即时供体，而不是自由能的储藏形式。 五. 完成反应方程式
1．4细胞色素a3-Fe2+ + O2 + 4H+ —→ 4细胞色素a3-Fe3+ +（2H2O）催化此反应的酶：细胞色素氧化酶 2．NADH + H+ + 0.5O2 + 3ADP + (3H3PO4) —→ NAD+ +3ATP + 4H2O 六. 问答题（解题要点）
1．答：常见的呼吸链电子传递抑制剂有：
（1）鱼藤酮、阿米妥、以及杀粉蝶菌素，它们的作用是阻断电子由NADH向辅酶Q的传递。鱼藤酮是从热带植物（Derriselliptiee）的根中提取出来的化合物，它能和NADH脱氢酶牢固结合，因而能阻断呼吸链的电子传递。鱼藤酮对黄素蛋白不起作用，所以鱼藤酮可以用来鉴别NADH呼吸链与FADH2呼吸链。阿米妥的作用与鱼藤酮相似，但作用较弱，可用作麻醉药。杀粉蝶菌素A是辅酶Q的结构类似物，由此可以与辅酶Q相竞争，从而抑制电子传递。
5
＋