第十章电子传递与生物氧化

第十章电子传递与生物氧化
一、单项选择题（在备选答案中只有一个是正确的）
1．体内CO2来自：
A．碳原子被氧原子氧化 B．呼吸链的氧化还原过程
C．有机酸的脱羧 D．糖原的分解 E．真脂分解
2．线粒体氧化磷酸化解偶联是意味着：
A．线粒体氧化作用停止 B．线粒体膜ATP酶被抑制 C．线粒体三羧酸循环停止D．线粒体能利用氧，但不能生成ATP E．线粒体膜的钝化变性
3．P/O比值是指：
A．每消耗一分子氧所需消耗无机磷的分子数
B．每消耗一分子氧所需消耗无机磷的克数
C．每消耗一分子氧所需消耗无机磷的原子数
4．各种细胞色素在呼吸链中传递电子的顺序是：
A．a→a
3→b→c
1
→c→1/2O
2
B．b→a→a
3→c
1
→c→1/2 O
2
C．c
1→c→b→a→a
3
→1/2 O
2
D．c→c
1→a
3
→b→1/2 O
2
E．b→c
1→c→a
3
→1/2 O
2
5．细胞色素b，c
1
和c均含辅基：
A．Fe3+ B．血红素C C．血红素A D．原卟啉 E．铁卟啉
6．劳动或运动时ATP因消耗而大量减少，此时：
A．ADP相应增加，ATP/ADP下降，呼吸随之加快
B．ADP相应减少，以维持ATP/ADP恢复正常
C．ADP大量减少，ATP/ADP增高，呼吸随之加快
D．ADP大量磷酸化以维持ATP/ADP不变 E．以上都不对
7．人体活动主要的直接供能物质是：
A．葡萄糖 B．脂肪酸 C．磷酸肌酸 D．GTP E．ATP
8．下列属呼吸链中递氢体的是：
A．细胞色素 B．尼克酰胺 C．黄素蛋白 D．铁硫蛋白 E．细胞色素氧化酶9．氰化物中毒时，被抑制的是：
A．Cyt b B．Cyt C1 C．Cyt C D．Cyt a E．Cyt aa
3
10.下列物质中ATP的贮存形式是：
A．磷酸烯醇式丙酮酸 B．磷脂酰肌醇 C．肌酸 D．磷酸肌酸 E．GTP
二、多项选择题
（在备选答案中有二个或二个以上是正确的，错选或未选全的均不给分）1．NAD+的性质包括：
A．与酶蛋白结合牢固 B．尼克酰胺部份可进行可逆的加氢和脱氢C．每次接受一个氢原子和一个电子 D．为不需脱氢酶的辅酶
2．铁硫蛋白的性质包括：
A．由Fe-S构成活性中心 B．铁的氧化还原是可逆的
C．每次传递一个电子 D．与辅酶Q形成复合物存在
3．苹果酸天冬氨酸穿梭作用可以：
A．生成3个ATP B．将线粒体外NADH所带的氢转运入线粒体C．苹果酸和草酰乙酸可自由穿过线粒体内膜
D．谷氨酸和天冬氨酸可自由穿过线粒体膜
4．氧化磷酸化的偶联部位是：
A．复合体Ⅱ→泛醌 B．NADH→泛醌
C．Cyt b→Cyt c D．复合体Ⅲ→1/2O
2
5．抑制氧化磷酸化进行的因素有：
A．CO B．氰化物 C．异戊巴比妥 D．二硝基酚
6．下列关于解偶联剂的叙述正确的是
A．可抑制氧化反应 B．使氧化反应和磷酸反应脱节
C．使呼吸加快，耗氧增加 D．使ATP减少
7．不能携带胞液中的NADH进入线粒体的物质是：
A．肉碱 B．草酰乙酸 C．α-磷酸甘油 D．天冬氨酸
三、填空题
1．ATP的产生有两种方式，一种是__________，另一种是___________。

2．呼吸链的主要成份分为_________、_________、________、________和________。

3．在氧化的同时，伴有磷酸化的反应，叫作___________，通常可生成
_____________。

4．过氧化物酶催化生成____________，可用于_______________。

参考答案
一、单选题
1．C 2．D 3．C 4．E 5．E 6．A． 7．E 8．C 9．E 10．D
二、多选题
1．BCD 2．ABC 3．ABD 4．C 5．ABCD 6．BCD 7．ABD
三、填空题
1．底物水平磷酸化电子传递水平磷酸化（氧化磷酸化）
2．尼克酰胺核苷酸类黄素蛋白类铁硫蛋白类辅酶Q 细胞色素类3．氧化磷酸化偶联 ATP
4． 5．H
2O
2
杀菌
四、问答题
1. 分别计算①丙酮酸经柠檬酸循环产生3 CO2和②柠檬酸经柠檬酸循环转变成草酰乙酸和2 CO2所产生的ATP分子数。

假定所有NADPH和泛醌（又称CoQ）H2被氧化产生ATP，丙酮酸转变成乙酰CoA，苹果酸-天冬氨酸穿梭有效运转。

解答：来自NADPH的一对电子经呼吸链使氧还原成水时，伴随着10个质子的跨膜转移，而来自FADH2的一对电子经呼吸链使氧还原成水时，只伴随着6质子的跨膜转移。

因此，①丙酮酸经柠檬酸循环产生3 CO2可产生12.5分子的ATP，其中丙酮酸转变成乙酰CoA的过程产2.5分子，柠檬酸循环过程产生10分子。

②柠檬酸经柠檬酸循环转变成草酰乙酸和2 CO2只产生10分子的ATP，其中3NADH氧化产生7.5分子，被FADH2还原的CoQ H2氧化产生1.5分子的ATP，另有1分子的ATP经底物水平磷酸化产生。

2. 1分子的葡萄糖完全被氧化可产生多少ATP？其中由氧化磷酸化产生的ATP 分子数占百分之几？由底物水平磷酸化产生的ATP分子数占百分之几？
解答：1分子的葡萄糖完全被氧化可产生32分子ATP。

按苹果酸-天冬氨酸穿梭统计，由氧化磷酸化产生的ATP分子数占87.5%（28/32），由底物水平磷酸化产生的ATP分子数占12.5%（4/32）。

3. 脚气病是由膳食中缺乏维生素B1（硫胺素）所引起的，病人血液中丙酮酸和α-酮戊二酸水平增高。

为什么硫胺素的缺乏会导致血液中丙酮酸和α-酮戊二酸水平增高？
解答：硫胺素是辅酶焦磷酸硫胺素（TPP）的前体，与柠檬酸循环密切相关的两种辅酶复合物丙酮酸脱氢酶复合物和α-酮戊二酸脱氢酶复合物需要这个辅酶的参与。

TPP的缺乏降低了这两种酶复合物的活性，丙酮酸不能有效的转变成乙酰CoA，也降低了α-酮戊二酸向琥珀酰CoA的转变，引起丙酮酸和α-酮戊二酸在血液中水平增高。

4. 在肌肉和脑组织中，胞液中的还原力是经磷酸甘油穿梭进入到线粒体中的。

与苹果酸-天冬氨酸穿梭不同，按惯例计算，来自胞液中的NADH的还原力通过磷酸甘油穿梭仅产生1.5ATP，而不是2.5分子的ATP。

为什么？这个穿梭系统与苹果酸-天冬氨酸穿梭系统相比有什么优点？
解答：在磷酸甘油穿梭系统中，存在两种磷酸甘油脱氢酶。

位于胞液中的酶利用甘油醛脱氢酶产生的NADH使磷酸二羟丙酮还原为磷酸甘油，位于线粒体内膜上的酶则利用它结合的FAD使NADH氧化。

于是该途径能将胞液中的NADH上的一对电子转移到与膜结合的FAD，生成的FADH2从CoQ部位进入呼吸链。

NADH（胞液）+H++E-FAD（线粒体）→NAD+（胞液）+ E-FADH2（线粒体）
来自磷酸甘油穿梭的还原力在CoQ的部位进入电子传递链，这就超越了ATP的第一个合成部位，因此来自胞液中的每个NADH以磷酸甘油穿梭方式进入线粒体后，仅产生2分子的ATP。

与苹果酸-天冬氨酸穿梭相反，跨线粒体内膜的还原当量的转移强烈的有利于磷酸甘油穿梭。

因为根据他们的标准氧化还原电势（EΘ′），上面的总反应很容易正向进行。

5. ATP分子通常在合成后1min范围内被消耗。

成年人平均每天大约需要65kg 的ATP。

由于人体ATP和ADP和Pi的总量只有约50g。

那么这样多的ATP是怎样产生的？ ATP有能量储存的作用吗？
解答：虽然ATP能快速地用于能量目的，例如，肌肉收缩和跨膜转运，但是，它也能通过中间代谢过程从ADP和Pi快速再合成。

该过程所需的能量有糖、脂质和氨基酸的降解或由能量储存分子，例如肌肉组织的磷酸肌酸（磷酸肌酸+ADP →肌酸+ATP）来提供。

由于有这种快速的再循环，50g的ATP和ADP可以满足身体每日对化学能的需要。

ATP只是起着自由能递体的作用而不是能量的储存分子。

ATP不能被储存，但它可在需能反应中快速被利用。

6. 当戒指的PH由5增加到6时，ATP水解所释放的自由能使增多还是降低？
解答：在PH6，磷酸基的离子化程度比PH5时更高，能增大静电相互排斥，因而ATP水解时△G′增加的幅度更大（即释放的自由能更多）。

7. 尽管丙酮酸脱氢酶复合物和甘油醛-3-磷酸脱氢酶都用NAD+作为电子受体，但两者并不彼此竞争同一细胞的NAD+库，为什么？
解答：丙酮酸脱氢酶复合物位于线粒体内，而甘油醛-3-磷酸脱氢酶位于胞液中。

由于线粒体中和胞液中库被线粒体内膜分开，而内膜对NAD+是不可通透的。

因此，这两种酶并不彼此竞争同一细胞中的NAD+库。

电子传递和氧化磷酸化
8. 为什么胞液产生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ATP分子数比下蒜泥立体本身的NADH所产生的ATP分子数少？
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2.25分子ATP 而不是2.5分子ATP。

9. 与电子传递链的其他组分不同，泛醌往往被称为辅酶Q(CoQ)。

它有什么样的特征使得它的行为像一种辅酶：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？
解答：CoQ有许多辅酶特征：它是低相对分子质量物质；它是一种必须从食物中活的的物质；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力（像NAD+一样）。

CoQ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。

这一特征是很重要的。

因为这使CoQ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买在线粒体内膜中。

10. (1)氰化物（CN-）的毒性是由于它同细胞色素aa
3
铁离子的结合一直线粒体的电子传递所致。

这种氰化物－铁复合物是怎样阻止氧接受来自电子传递链的电子？
（1）已被氰化物毒害的病人可用亚硝酸盐治疗，能将氧合血红蛋白的Fe2+转变成高铁血红蛋白的Fe3+.根据氰化物对的亲和力，提出亚硝酸盐是怎样降低氰化物对电子传递链的影响的原因。

解答：（1）O
2必须同细胞色素a
3
结合才能接受电子。

由于CN-同铁离子结
合，于是就阻止了O
2同细胞色素a
3
的结合。

（2）由于亚硝酸盐治疗产生的高铁血红蛋白（Fe3+）与细胞色素a
3
竞争
同CN-结合。

这种竞争有效地降低地用于抑制复合物Ⅳ细胞色素a
3
的CN-浓度，减小CN-对电子传递链的抑制作用。

11. 抗阿霉素A抑制细胞呼吸和ATP的合成，但加入L－抗坏血酸后，两者可以恢复。

这里，L－抗坏血酸作为一种电子供体而起作用。

L－抗坏血酸是还原COQ还是还原细胞色素c？请解释。

在抗阿霉素A的存在下，每分的自L－抗坏血酸被氧化产生多少ATP?
解答：抗阿霉素A阻止电子从CoQ转移到细胞色素c。

L- 抗坏血酸通过华北远细胞色素c克服这种限制。

由于在细胞色素 c进入的两个电子越过了前两个磷酸化部位，因此，每分子的L- 抗坏血酸只产生一分子的ATP.
12.在柠檬酸循环中，苹果酸氧化成草酰乙酸，当发生氧化磷酸化时，可产生 2.5分子ATP;琥珀酸氧化成延胡索酸，当发生氧化磷酸化时只产生1.5分子的ATP.由于这两种氧化都需要转移两个电子，为什么琥珀酸氧化时少产生一分子的ATP?
解答：因为苹果酸脱氢酶催化苹果酸脱氢时需要NAD＋，并产生NADH；而琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸氧化时只能以FAD作辅基，并产生FADH2。

NADH上的两个电子经电子传递链传至氧时，可产生2.5分子的 ATP。

由于FADH2上的两个电子是从CoQ部位进入到电子传递链，第一个电子传递复合物被绕过，少向内膜外侧释放4个质子，因此只能产生 1.5分子的ATP。