生物化学习题及答案(4)

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+ → 2+

Fe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 1、 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。

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。

4＋＋＋

α-酮戊二酸＋NH＋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。 6、 参与尿素循环的氨基酸有哪些？这些氨基酸都能用于蛋白质的生物合成吗？ 答：鸟氨酸、瓜氨酸、精氨琥珀酸、精氨酸和天冬氨酸。只有精氨酸和天冬氨酸能用于蛋白质的生物合成。 7、 如果给一只老鼠喂食含有15N标记的Ala，老鼠分泌出的尿素是否变成了15N标记的？如果是的话，尿素中的一个氨基被标记，还是两个氨基都被标记了？说明理由。

答：分泌的尿素是被15N标记了。两个氨基都被标记了。因为15N-Ala能够通过转氨

4＋

使草酰乙酸接收氨基转换成15N-Asp，以及通过氧化脱氨生成游离的15NH，可以导致15N标记的氨甲酰磷酸的生成。由于尿素中的两个氨基分别来自氨甲酰磷酸和Asp，所以尿素中的两个氨基就都是15N标记的了。 8、 如果利用（a）一分子葡萄糖或（b）一分子软脂酸完全氧化成CO2和H2O净生成的ATP用于尿素的合成，可以分别合成出多少分子的尿素？ 答：（a）9 （b）32 9、 如果一个成年猫在禁食一个晚上以后，喂以一餐不含精氨酸的复合氨基酸饮食。在2小时内，血中的氨浓度从正常的18μg/L增至140μg/L，此时猫表现出氨中毒的临床症状。对照组中喂以完全氨基酸饮食或以鸟氨酸取代精氨酸的氨基酸饮食，则没有不寻常的临床症状。

（a）这个实验中，为什么要先禁食一个晚上？

（b）是什么因素使实验组氨的浓度上升？为什么精氨酸缺乏会导致氨中毒？精氨酸是否是猫的必需氨基酸？

（c）为什么鸟氨酸能取代精氨酸？

答： （a）禁食导致低血糖，当喂以实验饮食时会导致生糖氨基酸的快速分解代谢。 （b）氧化脱氨导致氨浓度的升高，精氨酸（尿素循环中的中间代谢物）缺乏阻断了氨转化为尿素的通路，实验条件下无法合成足够的精氨酸。实验表明精氨酸对猫来说是必需氨基酸。

（c）鸟氨酸通过尿素循环可转化为精氨酸。

10、 在所有哺乳动物的肝脏中的转氨酶中天冬氨酸氨基转移酶的活性最高，为什么？

答： 引入到尿素中的第二个氨基是从Asp转移来的，而Asp是Glu经天冬氨酸氨基转移酶催化转氨给草酰乙酸生成的。以尿素排泄的氨有一半来自天冬氨酸氨基转移酶催化的反应，这使得该酶必须具有很高的活性。

核苷酸代谢

1、 嘌呤和嘧啶碱基是真核生物的主要能源吗，为什么？ 答:在真核生物中，嘌呤和嘧啶不是主要的能源。脂肪酸和糖中碳原子能够被氧化产生ATP，相比较而言含氮的嘌呤和嘧啶没有合适的产能途径。通常核苷酸降解可释放出碱基，但碱基又能通过补救途径重新生成核苷酸，碱基不能完全被降解。另外无论是在嘌呤降解成尿酸或氨的过程还是嘧啶降解的过程中都没有通过底物水平的磷酸化产生ATP。碱基中的低的C:N比使得它们是比较贫瘠的能源。然而在次黄嘌呤转变为尿酸的过程中生成的NADH也许能够通过氧化磷酸化间接产生ATP。

2、 用两组人作一个实验，一组人的饮食主要是肉食，另一组人主要是米饭。哪一组人发生痛风病的可能性大？为什么？

答: 痛风是由于尿酸的非正常代谢引起的，尿酸是人体内嘌呤分解代谢的终产物，由于氨基酸是嘌呤和嘧啶合成的前体，所以食用富含蛋白质饮食有可能会导致过量尿酸的生成，引起痛风病。 3、 从5-磷酸核糖开始合成一分子AMP需要多少能量（用ATP表示）？假设所有其它前体都存在。

答：需要7个ATP分子。合成磷酸核糖焦磷酸（PRPP）需要将一个焦磷酸基团从ATP转移到核糖-5-磷酸上去，在合成IMP途径的步骤1中该焦磷酸基团以PPi的形式释放出来并且被水解为2Pi，因而合计相当于消耗2个ATP。在步骤2，4，5和7中消耗4个ATP分子，在上述步骤中ATP转化为ADP和Pi。在IMP转化为AMP时，由腺苷琥珀酸合成酶催化的反应又另外消耗一个GTP。 4、 为什么一种嘌呤和嘧啶生物合成的抑制剂往往可以用作抗癌药和/或抗病毒药？

答：因为许多癌细胞的特点是快速生长，需要供给大量的核苷酸。一旦嘌呤和嘧啶的生物合成受到抑制，癌细胞的生长就受到限制。所以抑制嘌呤和嘧啶生物合成的抑制剂可能就是一种抗癌药。由于病毒复制速度非常快，所以也会受到同样抑制剂的影响。

激 素

1、 正常情况下，人肾上腺髓质以一定速度分泌肾上腺素，以维持循环的血液中的10－10M浓度。为了了解该浓度的含义，计算一个深2米的圆形游泳池的直径要多大才能使1克（大约一茶匙）的肾上腺素溶解后的浓度相当于血液中的浓度？ 答:186米。

2、 大多数激素在血液中的半衰期相当短。例如将放射性标记的胰岛素注入动物体内，30分钟内一半激素从血液中消失。

（a）循环的激素的快速失活的重要意义是什么？

（b）鉴于激素如此快的失活，那么在正常情况下，如何使循环中的激素保持恒定？ （c）有机体是通过什么方式使循环中激素的水平改变的？ 答: （a）失活提供了一种快速改变激素浓度的方式。（b）恒定的胰岛素水平是靠快速合成和降解维持的。（c）改变激素浓度的其它方式包括改变激素从贮存处释放的速度，转运的速度以及由非活性前体转换为活性的激素的速度。 3、 激素可分为水溶性激素（如肾上腺素）和脂溶性激素（如固醇类激素）。大部分水溶性激素不进入到靶细胞里面，而是通过作用于细胞表面的受体发挥它的效应。但脂溶性激素不仅进入靶细胞，而且是在细胞核内发挥作用。两类激素作用的模式与它们的溶解性、受体位置有什么相关性?

答：水溶性激素不易穿过细胞膜，所以它与靶细胞表面的受体结合，击发细胞内的第二信使（如cAMP）形成，通过第二信使发挥作用。而由于脂溶性激素可以通过细胞膜，可以直接作用于靶分子或受体。 4、 在\搏斗或逃逸\时，肾上腺素的释放促进肝、心肌和骨骼肌中的糖原降解，在肝脏中糖原降解的终产物是葡萄糖，与此相反在骨骼肌中的终产物是丙酮酸。 （a）为什么糖原在这两种组织中会生成不同的终产物？

（b）有机体在\战斗或逃逸\时，具有这两种不同的糖原降解途径的优越性是什么？ 答：（a）心肌和骨骼肌缺少葡萄糖-6-磷酸磷酸酶，所以糖原降解生成的葡萄糖-6-磷酸都进入到酵解途径，在缺氧条件下经丙酮酸转化为乳酸。（b）磷酸化的中间产物不能从细胞中逃掉，因为带电的分子不能穿过细胞膜。在\搏斗或逃逸\时为了使肌肉具有活力需要高浓度的酵解的前体物质。另一方面，肝应当释放葡萄糖以便维持血糖水平。葡萄糖可以由葡萄糖-6-磷酸形成，然后从肝细胞输送到血液中。

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