生物化学习题及答案(4)

7、在跑400公尺短跑之前、途中、之后血浆中乳酸浓度如图所示。 （a）为什么乳酸的浓度会迅速上升？

（b）赛跑过后是什么原因使乳酸浓度降下来？为什么下降的速率比上升的速度缓慢？

（c）当处于休息状态下，乳酸的浓度为什么不等于零？ 图 答：（a）糖酵解加速运转，丙酮酸和NADH的增加导致乳酸的增加。

（b）乳酸经丙酮酸转化为葡萄糖，使乳酸浓度下降。这个糖异生过程比较慢，因为丙酮酸的生成受NAD＋的可利用性的限制，同时乳酸脱氢酶（LDH）催化的反应有利于乳酸的生成，另外由丙酮酸转化为葡萄糖需要能量。 （c）因为乳酸脱氢酶催化的反应平衡更有利于乳酸的生成。

电子传递和氧化磷酸化

1、利用附表的数据，计算以下各氧化还原反应的标准还原势和标准自由能变化。

++

（a）乙醛+ NADH + H→ 乙醇+NAD

（b）氢醌（QH2） + 2细胞色素C(Fe3+) → 泛醌（Q）+2细胞色素C（Fe2+）+ 2H+

（c）琥珀酸+1/2O2 → 延胡索酸+水 答:半反应可以写作

氧化态 + ne－?→ 还原态两个半反应可以通过相加而获得一个耦合的氧化还原反应，书写时要将总反应中涉及到的还原态物质的半反应改变方向，同时也要改变它的还原电势的符号。（a）－23kJ /mol （b）-52 kJ /mol （c）-150 kJ /mol

2、在电子传递链中发现有6 种细胞色素都能通过可逆的氧化还原反应Fe3+ → Fe2+催化一个电子的传递。尽管铁在每种情况下都是电子载体，但是还原半反应的EO的值却从细胞色素b的0.05V变化到细胞色素a3的0.39V,试解释之。 答: 细胞色素是含有血红素基团的电子传递蛋白，在卟啉环中的每个铁原子的还原电势依赖于周围蛋白质的环境，因为每个细胞色素的蛋白质成分是不同的，因而每个细胞色素的铁原子具有不同的还原电势，还原电势的不同使一系列细胞色素可以沿着电势梯度传递电子

3、细胞色素之间的电子传递涉及一个电子从一个铁原子上向另一个铁原子上转移。第二种电子转移方式则涉及氢原子和电子，在生物的氧化还原反应中，一个氢分子（H2或H:H）转移是普遍存在的。指出H2转移的两种机制,分别举例之。

答：一个氢分子含有2个质子和2个电子，通过如下两种机制之一可以在生物体内由可氧化的底物进行传递。 在NAD+还原过程中，一个氢离子(H：-)被转移到尼克酰胺环上同时H+被释放到溶液中，在FADH2的氧化过程中，通

+

过等价的两个氢自由基(H·)实现转移，组成自由基的H和电子通过分步进行的方式实现转移(H++e-＝H)。

4、超声处理产生的线粒体内膜碎片，内面朝外重新闭合形成的球状膜泡称为亚线粒体泡。这些小泡能够在NADH或QH2这样的电子源存在时，合成ATP。画图显示在这些小泡中从NADH开始的电子传递以及随后的质子转运是如何发生的？

答：电子传递链的蛋白质镶嵌于线粒体的内膜，当膜的内侧被置于外侧时氧化还原酶的质子泵将H+运送到亚线粒体泡内（内部的pH值下降），同时电子传递给氧气，ATP合成酶现在将F1组分定位于小泡外侧，由于存在质子浓度梯度，H+通过F0通道转移到小泡的外侧，于是在该小泡的外侧可以合成ATP。

图

5、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。

（a）为什么某些昆虫和鱼类摄入鱼藤酮会致死？ （b）为什么抗霉素A是一种毒药？ （c）假设鱼藤酮和抗霉素封闭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：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、线粒体的呼吸链的电子传递可用下列净反应方程式表示：NANH＋H+ ＋1/2O2

＝H2O＋NAD+

（a）计算此反应的ΔE°?。

（b）计算标准自由能变化ΔG°?。

（c）如果一分子ATP合成的标准自由能为7.3 Kcal ／mol，那么就理论上而言，上述总反应会生成多少分子的ATP？ 答：（a）NADH脱氢酶被鱼藤酮抑制降低了电子流经呼吸链的速度，因此也就减少了ATP的合成。如果在这种情况下生成的ATP不能满足生物体对ATP的需求，生物体将死掉。

（b）因为抗霉素A强烈抑制泛醌的氧化，同样会发生（a）的情形。

（c）由于抗霉素A封闭了所有电子流向氧的路径，而鱼藤酮只是封闭来自NADH，而不是来自FADH2的电子的流动，所以抗霉素A的毒性更强。 7、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）。 （a）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？

（b）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？

（c）2,4-二硝基苯酚曾用作减肥药，其原理是什么？但现在已不再使用了，因为服用它有时会引起生命危险，这又是什么道理？表 答：（a）电子转移速度需要满足ATP的需求，无论解耦联剂浓度低和高都

会影响电子转移的效率，因此P/O的比率降低。高浓度的解耦剂使得P/O比率几乎为零。

（b）在解耦联剂存在下，由于P/O降低，生成同样量的ATP就需要氧化更多的燃料。氧化释放出额外的大量热，因此使体温升高。

（c）在解耦联剂存在下，增加呼吸链的活性就需要更多额外燃料的降解。生成同样量的ATP，就要消耗包括脂肪在内的大量的燃料，这样可以达到减肥的目的。当P/O比接近零时，会导致生命危险。

光合作用（普通生物学考）

1、蓝绿藻的光合作用器官中除了含有叶绿素外还含有大量的藻红素和藻蓝素。藻红素的最大吸收在480nm和600nm之间，而藻蓝素的最大吸收靠近620nm。这些色素在光合作用中有什么作用？

答: 藻红素和藻蓝素都起着天线色素的作用，它们吸收光谱范围内叶绿素a

所不能吸收的光，然后将它们的电子激发能传递给叶。 2、利用小球藻进行光合作用实验时，（a）如果将利用光照正在活跃进行光合作用的小球藻的光源突然关掉，那么在下一分钟3-磷酸-甘油酸和核酮糖-1,5-二磷酸的水平如何变化？

（b）如果将原来供给利用光照正活跃进行光合作用的小球藻的1％CO2浓度突然减少为0.003%，在下一分钟内这种变化对3-磷酸-甘油酸和核酮糖-1,5-二磷酸的水平有什么影响？

答: （a）3-磷酸-甘油酸的水平会增高，而核酮糖-1,5-二磷酸水平会下降。（b）3-磷酸-甘油酸水平会降低，而核酮糖-1,5-二磷酸水平会增高。

3、光合作用的速度可以通过氧气的生成来测量。当绿色植物用波长680nm的光照射时的光合作用速度要比用700nm光照射时大。如果这两种波长的光同时照射时的光合作用的速度要比它们中任何单一一种波长的光照射时高得多，这是什么道理？

答： 因为光合系统I和光合系统II同时运转，此时光合作用的速度最高。 4、当叶绿体中[NADPH]/[NADP＋]比率高时，循环电子传递途径活跃，O2参与了循环电子传递了吗？有无NADPH生成？那么循环电子传递的主要作用是什么？ 答： O2没有参与。来自于P700的激发电子又重新填充到由于光照形成的电子\穴\中，所以光系统II不需要提供电子，不需要由H2O裂解产生O2。没有形成NADPH，因为激发的电子又返回到P700了。

5、叶绿体悬浮液在黑暗中能否由CO2和H2O合成葡萄糖？如果不能，必须加入什么？假设所有还原性磷酸戊糖（RPP）循环中的中间物和激活的酶都存在。 答：因为由CO2和H2O合成葡萄糖是由光反应的产物驱动的，所以分离出的叶绿体在黑暗处不能合成葡萄糖。如果能够供应光反应的产物NADPH和ATP则在没有光的条件下叶绿体也能合成葡萄糖。

6、某些时候，在绿色植物中同时存在着循环的电子传递与非循环的电子传递途径，循环的电子传递途径能否产生ATP、O2、或NADPH？ 答：在循环式电子传递的过程中，被还原的铁还原蛋白将它的电子返还给质醌（PQ）。当电子通过光系统Ⅰ再循环时，制造的质子梯度导致ATP的合成。但是没有NADPH生成，因为没有来自水的净电子流的传递。O2也不会生成，因为生成O2的场所在光系统II，而光系统II不参与循环电子传递。 7、指出限制下列因素对光合作用的速率的即时影响：（a）光 （b）CO2 （c） 电子传递速率 （d） RuBiSCO的活性 （e）叶绿体中无机磷酸的含量 答：（a）限制光降低了电子传递的速率，同时减慢了光合磷酸化和NADPH形成的速率，因而降低了CO2还原的能力。

（b）限制CO2浓度减慢了糖生成速度，并且在光照条件下能够导致O2和具有反应性的、损坏光合作用膜的氧的积累。 （c）限制电子传递的速度减慢了光合磷酸化和NADPH形成的速率，从而降低了CO2还原能力。

（d）当RuBisCo的活性受限制时，ATP和NADPH以很低的速率消耗，而ADP和NADP＋作为光反应的底物利用性降低，电子载体被过度还原，光合色素可能最终被损坏。

（e）当无机磷酸的浓度被限制时，光合磷酸化的速率降低，跨膜质子梯度增加，最终减慢了电子传递的速率。

8、当绿藻的悬浮液在缺乏CO2的状况下受光照射，然后在黑暗中与CO2温，在短时间内，14CO2转化为14C-葡萄糖。这一观察对光合作用的二个阶段有什么意义？为什么在短时间后14CO2转化为14C-葡萄糖的反应会停止？

答：观察表明光反应阶段产生ATP和NADPH，并用于暗反应的CO2固定；暗反应的停止是光反应合成的NADPH和ATP耗尽。

9、在不加ADP和Pi情况下，用光照射菠菜叶绿体，然后停止光照，加入ADP和Pi。ATP的合成只持续很短的一段时间，请解释这一观察。

答：在光照期间建立了跨膜的质子浓度梯度，当加入ADP和Pi后，受质子浓度梯度的驱动可以合成ATP，由于没有光照了，所以质子浓度梯度在短时间内就消失了。

10、 通过C4途径由CO2合成葡萄糖每分子CO2需要的ATP比RPP（C3）循环要多，解释为什么需要额外的能量。

答：C4植物依据存在于其维管束鞘细胞内的脱羧酶可以分为三个亚类。在C4植物的两个亚类中（含有NADP＋-苹果酸酶的亚类和含有NAD＋-苹果酸酶的亚类），一个分子的ATP被丙酮酸-磷酸二激酶催化裂解形成AMP和PPi（PPi经焦磷酸酶裂解成2Pi），所以每还原一分子CO2相当于消耗了2个额外的ATP。在C4植物的第三个亚类中（含有PEP羧酸激酶的亚类）每还原1分子CO2仅需要额外1分子ATP。因此采取C4途径的植物合成一分子葡萄糖与仅仅采用C3途径的植物相比至少多需要6分子ATP

脂代谢

1、比较脂肪酸氧化和合成的在以下几个方面的区别：（a）发生的部位 （b）酰

基的载体 （c）氧化剂和还

原剂 （d）中间产物的立体化学 （e）降解和合成的方向 （f）酶体系的组织 （g）氧化时每次降解的碳单位和合成时使用的碳单位供体。 答:（a）氧化发生在线粒体；而合成发生在细胞质。（b）氧化使用辅酶A；合成用ACP。（c）氧化用NAD＋和FAD，而合成用NADPH。（d）氧化是3-羟酰基CoA的L-异构体；而合成是D-异构体。（e）氧化时是羧基变甲基；合成时是甲基变羧基。（f）氧化用的酶是分立的，而合成用的酶组成一酶复合物。（g）氧化为乙酰CoA；合成为丙二酸单酰CoA。

2、在脂肪酸b－氧化的过程与柠檬酸循环中的部分反应过程类似。试写出这两个途径中的类似的反应过程。

答: 脂肪酸氧化的第一步类似于琥珀酸转化为延胡索酸；第二步类似于延胡索酸转化为苹果酸；第三步 类似于苹果酸转化为草酰乙酸。（方程式略）

3、当肝脏的b-氧化作用超过柠檬酸循环的容量时，则过量生成的乙酰CoA会形成酮体，即乙酰乙酸、D-b-羟丁酸和丙酮。这种情况会出现在严重的糖尿病患者，因为这些患者的组织不能利用葡萄糖，只好以氧化大量的脂肪酸来代替。尽管乙酰CoA没有毒性，但线粒体也必须将它转化成酮体，如果不能转换将出现什么问题？这种转换带来什么好处？

答：由于线粒体CoA库比较小，缺少CoA不能使β-氧化正常运作，所以CoA必须经由乙酰CoA形成酮体再循环生成。这可使β-氧化正常运作。

4、糖尿病患者一般都患有严重酮病。如果给她服用14C标记的乙酰CoA（乙酰基的两个碳都标记），那么她呼出的气体中是否含有14C标记的丙酮？说明理由。

答：糖尿病患者的呼吸中有可能含有14C标记的丙酮。标记的乙酰CoA进入体内的乙酰CoA库，其中一部分要转换成酮体进一步代谢，丙酮是其中的一种酮体，容易进入呼吸系统。

5、假如你必须食用鲸脂和海豹脂，其中几乎不含有碳水化合物。 （a）使用脂肪做为唯一能量的来源，会产生什么样的后果？

（b）如果饮食中不含葡萄糖，试问消耗奇数碳脂肪酸好还是偶数碳脂肪酸好？ 答：（a）葡萄糖经酵解生成丙酮酸，丙酮酸是草酰乙酸的主要前体，如果饮食中不含葡萄糖，草酰乙酸的浓度下降，柠檬酸循环的速度将减慢（b）奇数，因为丙酸可以转换为琥珀酰CoA，它是柠檬酸循环的中间代谢物，可用于糖异生。

6、每一分子软脂酸（16碳）完全氧化为CO2和H2O净生成的能量可以使多少分子的葡萄糖转化为甘油醛-3-磷酸？ 答：65分子葡萄糖。

7、用于合成脂肪酸的乙酰单位是在线粒体中经丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA后经柠檬酸穿梭途径转运到细胞质的。

（a）写出将一个乙酰基由线粒体转运到细胞质中的总的方程式。 （b）每转运一个乙酰基消耗多少ATP？ 答：（a）乙酰CoA（线粒体）＋ATP＋CoA（细胞质）＝乙酰CoA（细胞质）＋ADP＋Pi＋CoA（线粒体）（b）一个ATP。

氨基酸代谢

1、寄生在豆科植物根瘤中的细菌约消耗20％以上豆科植物所产生的ATP，为什么这些细菌要消耗这么大量的ATP。

答:根瘤菌与植物是共生关系，根瘤菌通过使大气中氮还原来提供氨离子，但在固氮过程中需要大量的ATP，这些ATP都是由植物供给的。

2、给动物喂食15N标记的天冬氨酸，很快就有许多带标记的氨基酸出现，解释此现象。

答: 在Asp转氨酶催化下标记的氨基由Asp转移到了Glu上，因为转氨反应是可逆的，并且许多转氨酶用Glu作为α-氨基的供体，所以15N-Glu中的15N原子很快进入到其它可以作为Glu-依赖型转氨酶的底物的氨基酸中，即出现在除了Lys和Thr之外的那些氨基酸中。

3、如果你的饮食中富含Ala但缺乏Asp，那么能否看到你缺乏Asp的症状呢？请解释。

答：看不到缺乏Asp的症状。因为富含Ala，它经转氨可生成丙酮酸，丙酮酸经羧化又可生成草酰乙酸，后者经转氨就可生成天冬氨酸。 4、大多数氨基酸的合成是多步反应的产物，但20种标准氨基酸中有3种可以通过中枢代谢途径中的糖类代谢物经简单转氨基合成。 （a）写出这三个转氨基反应的方程式。 （b）这些氨基酸中有一种也能直接通过还原氨基化合成，写出此反应的方程式。 答：（a）在相应转氨酶催化下，Glu、Ala和Asp分别由α-酮戊二酸、丙酮酸和草酰乙酸生成。

α-酮戊二酸＋α-氨基酸＝Glu＋α-酮酸 丙酮酸＋α-氨基酸＝Ala＋α-酮酸 草酰乙酸＋α-氨基酸＝Asp＋α-酮酸

（b）Glu也可以由α-酮戊二酸通过Glu脱氢酶的作用而生成。 α-酮戊二酸＋NH4＋＋NAD（P）H＋H＋＝Glu＋H2O＋NAD（P）＋

5、冬季非洲爪蟾生活在水环境中，它们以氨的形式排出过量的氮；夏季当池溏干涸后，爪蟾钻入泥中，进入休眠状态。指出爪蟾在体眠期是如何改变其氮代谢以防止有毒的氨积累？ 答：在夏眠时，爪蟾变为排尿型，即它可以利用尿循环的反应排除含氮废物。夏眠时，与尿循环有关的酶的活性大大增强了。

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