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
14
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
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
－1
△G0'＝﹣37.6 kJ·mol
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·mol1)转变成能量上有利的反应(糖异生△G0'=﹣37.6 kJ·mol1)，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：
－1
丙酮酸＋CO2＋ATP＋H2O → 草酰乙酸＋ADP＋Pi △G0'＝﹣2.09 kJ·mol 草酰乙酸＋GTP → 磷酸烯醇式丙酮酸＋CO2＋GDP △G0'＝﹢2.93 kJ·mol 丙酮酸＋ATP＋GTP＋H2O → 磷酸烯醇式丙酮酸＋ADP＋GDP＋Pi
－1
△G0'＝﹢0.64 kJ·mol
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：
△G＝△G0'＋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。 习题：
1．脂肪酸是高度不溶的，对红细胞有毒害作用(裂解红细胞)。脂肪组织中的脂肪经脂肪酶水解产生的脂肪酸经环流的血液运送到靶细胞被氧化利用。 ①当贮存在脂肪组织中的脂肪动用时，其信号是什么? ②该脂肪酶是激素敏感酶吗?
③脂肪酸以什么形式转运到靶细胞?
2．虽然脂肪酸氧化的功能是为ATP的生成提供还原当量，但是，肝脏却不能氧化脂肪酸，除非有ATP存在。为什么?
3．请解释为什么缺乏肉碱-软脂酰转移酶Ⅱ的个体会感到肌肉无力。为什么当饥饿时这种症状更严重？患这种病的个体影响肌糖原的有氧代谢吗？
4．软脂酸完全氧化成CO2和H2O可由下面的总反应表示：
软脂酸 + 23O2 + 129ADP + 29Pi → 16CO2 + 145H2O + 129ATP．
这145分子的H2O是怎样产生的？
5．用14C标记第9位碳的软脂酸在柠檬酸循环正在进行的条件下氧化。14C将出现在乙酰CoA、柠檬酸、丁酰CoA的什么部位？（回答问题时只考虑柠檬酸循环一次。）
6．．把甲基碳标记的丙酸加入到肝脏匀浆中，很快产生14C标记的草酰乙酸。请叙述丙酸转变成14C标记的草酰乙酸的过程，并指出14C在草酰乙酸中的位置。
7．柠檬酸转运系统为胞液软脂酸的合成提供乙酰CoA，这一转运系统能为软脂酸的合成提供多少百分比的NADPH？
8．用羧基被14C标记的软脂酸喂养动物，①在生酮状态下， 14C标记将出现在乙酰乙酸的什么部位？②在膜脂合成的条件下，14C标记将出现在二氢鞘氨醇的什么部位？
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