生物化学习题及答案(3)

（64℃）环境下的细菌，哪一种DNA是取自嗜热菌？答案的依据是什么？ 答：一个DNA含量为32％A、32％T、18％G和18％C，另一个为17％A、17％T、33％G和33％C，均为双链DNA。前一种取自温泉的细菌，后一种取自嗜热菌，因为其G－C含量高，变性温度高因而在高温下更稳定。

7、溶液A中含有浓度为1M的20个碱基对的DNA分子，溶液B中含有0.05M的400个碱基对的DNA分子，所以每种溶液含有的总的核苷酸残基数相等。假设DNA分子都有相同的碱基组成。

（a）当两种溶液的温度都缓慢上升时，哪个溶液首先得到完全变性的DNA？ （b）哪个溶液复性的速度更快些？ 答：（a）溶液A中的DNA将首先被完全变性，因为在20个碱基对螺旋中的堆积作用力比在400个碱基对螺旋中的力小很多，在DNA双链的末端的DNA的碱基对只是部分堆积。在片段短的分子中这种\末端效应\更大。

（b）在溶液A中复性的速率更大。成核作用（第一个碱基对的形成）是一个限速步骤，单链分子的数目越大，重新形成碱基对的机率就越大，因而在溶液A中的DNA（含有2M单链DNA）将比溶液B中的DNA（含有0.1M单链DNA）更快地复性。

8、一DNA样品，为线性的双螺旋。取部分样品涂布在栅板上，温度维持在20℃用电子显微镜观察；另取部分样品进行同样的操作，只是温度为60℃，30分钟后，用电子显微镜观察。发现线性的双螺旋中出现了一些\眼\形（也称之θ形）结构，请解释此现象？这种现象能提供什么有用的信息？

答：\眼\形结构是由于双螺旋DNA局部片段解旋形成的。这些片段富含A－T碱基对，A－T比G－C的热稳定性差。用这种方法可以检测DNA双螺旋链中碱基组成上的差别。

9、两条长度、浓度都相同的单链DNA探针加入到从人细胞系中提取的DNA片段混合组分中。一个探针与核糖体RNA的某个区域互补，另一个与球蛋白mRNA的某个区域互补。加热混合物使DNA片段变性，然后再冷却。为什么核糖体RNA探针形成双链结构比球蛋白mRNA要早？

答：因为核糖体RNA基因是多拷贝的。在人体内的任一个细胞中，核糖体RNA基因在数目上远远高于球蛋白基因，因此一个rRNA探针遇到一个互补的人DNA序列的几率远远高于球蛋白探针。

10、 如果人体有1014个细胞，每个体细胞的DNA含有6.4×109对核苷酸，试计算人体DNA 的总长度为多少千米？这个长度相当于地球与太阳之间距离（2.2×109千米）的多少倍？ 答：2.2×1011千米；100倍

代谢导论

1、.在磷酸解中，一个键是受到无机磷酸的攻击（而不是象水解那样受水攻击）并被切断。某细菌含有蔗糖磷酸化酶，它能催化蔗糖的磷酸解： 蔗糖+磷酸→葡萄糖1-磷酸+果糖

（a）从以下数据，计算蔗糖的磷酸解中的标准自由能变化。 H2O+蔗糖→葡萄糖+果糖 △G0ˊ=-29KJ/ mol

H2O+葡萄糖-1-磷酸→葡萄糖+磷酸 △G0ˊ=-21KJ/mol （b）计算蔗糖磷酸解的平衡常数。

答: （a）计算蔗糖磷酸解的标准自由能变化，只需要将两个反应原标准自由能变化加起来，而这两个反应组合就是总反应。 △G0ˊ（KJ /mol）

H2O+蔗糖→葡萄糖+果糖 -29 葡萄糖+磷酸→H2O+葡萄糖-1-磷酸 21

蔗糖+磷酸→葡萄糖-1-磷酸+果糖 -8

因此蔗糖磷酸解的标准自由能变化为-8KJ/mol。 （b）△G0ˊ=-RTlnKeq, Keq=25

2、指出下列磷酸化合物中哪些是高能量的，并指明高能键。

见图

答: 术语\高能\通常用于指在水解时释放相当大能量的化合物，该化合物分子的裂解时断裂的键就叫做\高能键\。但是在基团转移反应中这些化合物的高反应活性并不是由于仅仅一个键的缘故而在于整体的结构。

（a） 是一个高能分子，但是仅有一个磷酰基团，即羧基-磷酸酐具有高能，

而磷酯键不是高能键。

（b）不是一个高能分子，因为它是一个磷酯。

（c）是一个类似于氨甲酰磷酸的高能分子，氨甲酸磷酸酐是高能化合物。 （d）是一个高能分子，类似于磷酸烯醇式丙酮酸，该化合物含有一个高能的烯醇式磷酸键。

（e）是一个高能分子，类似于磷酸肌酸或磷酸精氨酸的水解，该分子磷酸胍N-P键的水解放出相当大的能量。 却2个图

3、辅酶Q的标准还原电势是+0.04V，黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）的标准还原电势为-0.22V。说明FADH2被辅酶Q氧化时理论上释放的能量在标准条件下可以驱动由ADP＋Pi合成ATP。 答：首先计算耦合的氧化-还原反应的标准还原电势，然后计算标准自由能变化。因为将ATP水解为ADP+Pi的标准自由能变化为-30KJmol-1，因此ATP合成的标准自由能变化为+30KJ/mol。所以FADH2被辅酶Q氧化时理论上释放的能量要比由ADP+Pi合成ATP所需的自由能更多。见图 4、成年人每天利用ATP情况。

（a）一个68kg的成年人每天（24h）需要此食物中摄取2000kcal（8360kJ）热量。食物代谢产生的能量主要用于身体日常的化学反应和机械功。假设食物能量转化为ATP的效率是50％，计算成年人24h所利用的ATP的重量，它是人体重的百分之多少？

（b）虽然成年人每天合成大量的ATP，但人本身的重量、构造和组成在此期间没有明显改变，试解释看似矛盾的现象。

答： （a）46kg；68％ （b）ATP按照身体需要合成，然后降解为ADP和Pi，所以ATP的浓度维持在一个稳态水平，对身体没有明显影响。

5、任何氧化还原电对的标准还原电位都是由半电池反应确定的。NAD＋／NADH和丙酮酸／乳酸的标准还原电位分别为－0.32V和－0.19V。 （a）哪一个共轭电对有较大失去电子的倾向？ （b）哪一个共轭电对有较强的氧化能力？

（c）如果在pH7时，每一反应物和生成物的浓度为1M，试问下列反应进行的方向。丙酮酸 ＋NADH＋H＋=乳酸＋NAD＋

（d）在25℃，此反应的标准自由能的变化ΔG°?。 （e）在25℃，此反应的平衡常数？ 答：（a）NAD+/NADH（b）丙酮酸/乳酸（c）乳酸形成方向（d）-25KJ/mol（e）2.5×104

PPP and TCA

1、人血浆中的葡萄糖大约维持在5mM。而在肌肉细胞中的游离葡萄糖浓度要低得多。细胞内的葡萄糖浓度为什么如此之低？临床上常用静脉注射葡萄糖来补充病人食物来源，由于葡萄糖转换为葡萄糖-6-磷酸要消耗ATP的，那么临

床上却不能直接静脉注射葡萄糖-6-磷酸呢？ 答:因为进入肌肉细胞的葡萄糖常常被磷酸化，葡萄糖一旦磷酸化就不能从细胞内逃掉。在pH7时，葡萄糖-6-磷酸的磷酸基团解离，分子带净的负电荷。由于膜通常对带电荷的分子是不通透的，所以葡萄糖-6-磷酸就不能从血流中进入细胞，因此也就不能进入酵解途径生成ATP。

2、把C-1位用14C标记的葡萄糖与能进行糖酵解的无细胞提取物共同温育，标记物出现在丙酮酸的什么位置？

答: 被标记的葡萄糖通过葡萄糖-6-磷酸进入酵解途径，在果糖-1.6二磷酸被醛缩酶裂解生成甘油醛-3-磷酸和磷酸二羟丙酮之前标记始终出现在C-1。因为磷酸二羟丙酮含有最初葡萄糖分子的C-1至C-3原子，因而它的C-1带有标记。然后磷酸二羟丙酮异构化变为甘油醛-3-磷酸，最终14C出现在丙酮酸的甲基上。

3、增加以下各种代谢物的浓度对糖酵解有什么影响？ （a）葡萄糖-6-磷酸 （b） 果糖-1.6-二磷酸 （C） 柠檬酸 （d） 果糖-2.6-二磷酸 答：（a）最初葡萄糖-6-磷酸浓度的增加通过增加葡萄糖6-磷酸异构酶的底物水平以及以后的酵解途径的各步反应的底物水平也随之增加，从而增加了酵解的速度。然而葡萄糖-6-磷酸也是己糖激酶的一个别构抑制剂，因此高浓度的葡萄糖-6-磷酸可以通过减少葡萄糖进入酵解途径从而抑制酵解。

（b）果糖-1.6-二磷酸是由磷酸果糖激酶-1催化反应的产物，它是酵解过程中主要的调控点，增加果糖-1.6-二磷酸的浓度等于增加了所有随后糖酵解途径的反应的底物水平，所以增加了酵解的速度。

（c）柠檬酸是柠檬酸循环的一个中间产物，同时也是磷酸果糖激酶-1的一个反馈抑制剂，因而柠檬酸浓度的增加降低了酵解反应的速率。 （d）果糖-2,6-二磷酸是在磷酸果糖激酶-2（PFK-2）催化的反应中由果糖-6-磷酸生成的，因为它是磷酸果糖激酶-1（PFK-1）的激活因子，因而可以增加酵解反应的速度。

4、在严格的厌氧条件下酒精发酵过程中，使用放射性标记的碳源进行示踪原子实验。 （a）如果葡萄糖的第1个碳用14C标记，那么14C将出现在产物乙醇的哪个位置上？

（b）在起始的葡萄糖分子的哪个位置上标记14C ，才能使乙醇发酵释放出的二氧化碳都是14C标记的14CO2。 答：（a）14CH3-CH2-OH（b）3,4-14C-葡萄糖

5、当肌肉组织激烈活动时，与休息时相比需要更多的ATP。在骨骼肌里，例如兔子的腿肌或火鸡的飞行肌，需要的ATP几乎全部由嫌氧酵解反应产生的。假设骨骼肌缺乏乳酸脱氢酶，它们能否进行激烈的体力活动，即能否借助于酵解反应高速率生成ATP？

答：不能，需要乳酸脱氢酶将甘油醛-3-磷酸氧化过程中生成的NADH氧化为NAD＋再循环。

6、尽管O2没有直接参与柠檬酸循环，但没有O2的存在，柠檬酸循环就不能进行，为什么？

答：需要氧将柠檬酸循环中氧化反应生成的NADH氧化为NAD＋，以便保证循环正常进行。而NADH氧化发生在线粒体的需要O2的电子传递和氧化磷酸化过程中。

7、柠檬酸循环共涉及八种酶使乙酰基氧化，它们是柠檬酸合成酶，顺乌头酸酶，

异柠檬酸脱氢酶，α-酮戊二酸脱氢酶，琥珀酰辅酶A合成酶，琥珀酸脱氢酶，延胡索酸酶和苹果酸脱氢酶。写出每一种酶所催化的反应平衡方程式以及每一酶促反应需要的辅助因子。

答：柠檬酸合成酶：乙酰辅酶A＋草酰乙酸＋H2O→柠檬酸＋辅酶A＋H＋（辅酶A）乌头酸酶：柠檬酸→异柠檬酸异柠檬酸脱氢酶：异柠檬酸＋NAD＋→α－酮戊二酸＋CO2＋NADH（NAD＋）α－酮戊二酸脱氢酶：α－酮戊二酸＋NAD＋＋辅酶A→琥珀酰辅酶A＋CO2＋NADH（NAD＋、辅酶A和焦磷酸硫胺素）琥珀酰辅酶A合成酶：琥珀酰辅酶A＋Pi＋GDP→琥珀酸＋GTP＋辅酶A（辅酶A）琥珀酸脱氢酶：琥珀酸＋FAD→延胡索酸＋FADH（延胡索酸酶：延胡索酸＋H2O→2FAD）

＋＋

苹果酸苹果酸脱氢酶：苹果酸＋NAD→草酰乙酸＋H＋NADH（NAD＋）

8、用捣碎的肌肉组织进行的早期实验表明，柠檬酸循环是需氧途径，通过此循环代谢的物质最终氧化成CO2。但是加入循环中间产物会导致消耗比预期多的氧气。例如肌肉匀浆中加入1μmol的延胡索酸，需要消耗25μmoL的氧气，但下面的氧化反应方程式显示，只需要3μmoL氧气就能完全氧化1μmol的延胡索酸。当琥珀酸、苹果酸和草酰乙酸加入肌肉匀浆液中时也有类似现象。试解释为什么这些中间物的加入会导致比预期多的氧气消耗。 －OOCCH=CHCOO－ + 3O2→4CO2 + 2H2O 答：在柠檬酸循环过程中O2的消耗是必不可少的，因为需要氧化在丙酮酸转

化为CO2的过程中生成的NADH和QH2，当柠檬酸循环的速度增加时，O2的消耗速率也增加，因为柠檬酸循环为环式，因而柠檬循环的中间体极大地剌激了O2的利用。延胡索酸并不是被氧化生成4个CO2（该过程需要3个O2），相反它进入柠檬酸循环生成一个分子的草酰乙酸，草酰乙酸在柠檬酸合成酶的催化作用下可与一分子的乙酰CoA缩合生成一分子的柠檬酸，从柠檬酸开始又可再生一分子延胡索酸，所以没有净消耗，它起着催化剂的作用，是加快了柠檬酸循环，这当然比它直接氧化消耗的氧多得多。当然要观察到这些催化效应，在该组织中必须供给足够的丙酮酸或乙酰CoA。 其它中间产物如琥珀酸、苹果酸和草酰乙酸进入柠檬酸循环，也是通过增加循环中间体的浓度，加速了整个柠檬酸循环的速度，因此极大地剌激了O2的消耗。

9、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 0.01M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。 （a）堆积的中间代谢物是什么？ （b）解释为什么会堆积？

（c）解释氧消耗为什么会停止？ （d）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？ 答：（a）琥珀酸 （b）丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。 （c）阻断柠檬酸循环就阻断了NADH的合成从而阻断了电子传递和呼吸。（d）琥珀酸浓度大大过量。

10、 通过将乙酰CoA加入到只含有酶、辅酶和柠檬酸循环中间产物的无细胞体系中，能否净合成草酰乙酸？

答：不能。因为该循环存在一物质平衡。两个C以乙酰CoA中乙酰基的形式加入该循环，且这两个C又以两个CO2的形式被释放出来。同时，在循环中没有净C原子的滞留，也就不可能有中间产物的净合成。而乙酰CoA中的CoA部分是以CoA形式释放出来的。

糖代谢中的其它途径

1、从葡萄糖-6-磷酸合成糖原所需的能量是否等同于糖原降解为葡萄糖-6-磷酸需要的能量？

答:从葡萄糖-6-磷酸合成糖原需要更多的能量，在糖原合成的过程中，有一个高能磷酸酐键被水解，即

由UDP-葡萄糖焦磷酸酶作用下形成的PPi很快地水解为2Pi；而糖原降解生成葡萄糖-6-磷酸不需要能量，因为葡萄糖残基是通过磷酸解反应被移去的。 图

2、解释以下各项对肝细胞中的糖异生有何作用： （a）降低乙酰CoA的浓度

（b） 增加2.6-二磷酸果糖的浓度 （c）增加果糖-6-磷酸的浓度

答: （a）乙酰CoA别构激活丙酮酸羧化酶；该酶在从丙酮酸生糖过程第一步反应中将丙酮酸转化为草酰乙酸，因而将乙酰CoA浓度降低，降低了生糖反应的速率。

（b）增加果糖2.6-二磷酸（F-2,6-BP）的浓度降低了生糖反应的速率，同时增加了酵解反应的速率，F-2,6-BP抑制生糖反应途径中的果糖-1,6-二磷酸酶而激活了酵解酶磷酸果糖激酶-1。

（c）增加果糖-6-磷酸的浓度降低了生糖反应的速率，果糖-6-磷酸不仅仅是葡萄糖-6-磷酸异构酶的一个底物而且也是磷酸果糖激酶-1和磷酸果糖激酶-2的底物，后两者可以将果糖-6-磷酸分别转化为果糖-1,6-二磷酸和果糖-2,6-二磷酸，果糖-2,6-二磷酸是磷酸果糖激酶-1的一个别构激活因子,同时也是果糖-1,6-二磷酸酶的一个别构抑制剂，因此果糖-6-磷酸浓度的增加，以及由此增加的果糖-2,6-二磷酸使酵解作用超过了生糖的作用。图

3、许多组织中，对细胞损伤的最早期反应之一是快速地增加参与磷酸戊糖途径的酶的水平。损伤后10天，心脏组织的葡萄糖-6-磷酸脱氢酶和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的水平是正常水平的20至30倍，而糖酵解酶只有正常水平的10%至20%。解释此现象。

答：修复受伤的组织需要细胞增殖并且合成疤痕组织，NADPH是合成胆固醇和脂肪酸（细胞膜的组分）所必需的，而核糖-5-磷酸是合成DNA和RNA所必需的。因为戊糖磷酸途径是NADPH和核糖-5-磷酸的主要来源，所以在受伤后，组织对这些产物要求的增加所做的反应就是增加戊糖磷酸途径中各种酶合成的量。

4、如果柠檬酸循环与氧化磷酸化整个都被抑制，那么是否能从丙酮酸净合成葡萄糖？

答：不能；两分子丙酮酸转化为一分子葡萄糖需要供给能量（4ATP＋2GTP）和还原力（2NADH），可通过檬酸循环和氧化磷酸化获得

5、鸡蛋清中的抗生物素蛋白对生物素的亲和力极高，如果将该蛋白加到肝脏提取液中，对丙酮酸经糖异生转化为葡萄糖有什么影响？

答：会阻断丙酮酸经糖异生转化为葡萄糖的过程。因为生物素是催化丙酮酸羧化生成草酰乙酸反应的丙酮酸羧化酶的辅基，加入的抗生物素蛋白对生物素的亲和力高，使得反应缺乏生物素而中断。

6、从肝病患者得到的糖原样品与磷酸盐、糖原磷酸化酶、转移酶和去分支酶共同保温。结果在该混合物中所形成的葡萄糖-1-磷酸与葡萄糖之比为100。这一患者最有可能缺乏的是什么酶？

答：缺少分支酶，因为大约每隔10个葡萄糖残基就会出现一个由α-1,6糖苷键造成的分支。

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