5.新陈代谢

8 新陈代谢总论与生物氧化

1．已知NADH+H +经呼吸链传递遇O 2生成水的过程可以用下式表示：

NADH + H + + 1/2O 2

H 2O + NAD + 试计算反应的'E θ∆、'G θ∆。

解答：在呼吸链中各电子对标准氧化还原电位'E θ的不同,实质上也就是能级的不同。自由能的变化可以由反应物与反应产物的氧化还原电位计算。氧化还原电位和自由能的关系可由以下公式计算:

''G

nF E θθ∆=-∆ 'G θ∆代表反应的自由能,n 为电子转移数 ,F 为Farady 常数，值为96.49kJ/V, 'E θ∆为电位差值。'G θ

∆以kJ/mol 计。

NADH+H + + 1/2O 2 → NAD + + H 2O G 'θ=-2×96.49×[+0.82 -(-0.32)]

=-220 kJ/mol

2．在呼吸链传递电子的系列氧化还原反应中，请指出下列反应中哪些是电子供体，哪些是电子受体，哪些是氧化剂，哪些是还原剂（E-FMN 为NADH 脱氢酶复合物含铁硫蛋白，辅基为FMN ）？

（1）NADH+H ++E-FMN

NAD ++E-FMNH 2 （2）E-FMNH 2+2Fe 3+E-FMN+2Fe 2++2H +

(3) 2Fe 2++2H ++Q

2Fe 3++QH 2 解答：在氧化―还原反应中,如果反应物失去电子,则该物质称为还原剂；如果反应物得到电子, 则该反应物称为氧化剂。所以得出如下结论：

的甘油醛–3–磷酸，而另外的一个半电池B 含有1mol/L NAD +和1mol/L NADH 。回答下列问题：

（1）哪个半电池中发生的是氧化反应？

（2）在半电池B 中，哪种物质的浓度逐渐减少？

(3）电子流动的方向如何？

（4）总反应（半电池A +半电池B ）的ΔE 是多少？

解答：氧化还原电位ΔE'θ的数值愈低,即供电子的倾向愈大, 本身易被氧化成为还原剂, 另一种物质则作为氧化剂易得到电子被还原。根据该理论判断：

（1）半电池A中发生的是氧化反应；

(2) 当甘油醛–3–磷酸被氧化后NAD+减少；

(3) 电子由半电池A流向半电池B；

(4) 总反应的ΔE'θ是+0.23V。

4．鱼藤酮是一种的极强的杀虫剂，它可以阻断电子从NADH脱氢酶上的FMN向CoQ 的传递。

（1）为什么昆虫吃了鱼藤酮会死去?

（2）鱼藤酮对人和动物是否有潜在的威胁?

(3)鱼藤酮存在时,理论上1mol琥珀酰CoA将净生成多少ATP?

解答：电子由NADH或FADH2经电子传递呼吸链传递给氧，最终形成水的过程中伴有ADP磷酸化为ATP，这一过程称电子传递体系磷酸化。体内95%的ATP是经电子传递体系磷酸化途径产生的。

(1)鱼藤酮阻断了电子从NADH脱氢酶上的FMN向CoQ的传递，还原辅酶不能再氧化, 氧化放能被破坏，昆虫将不能从食物中获得足够的维持生命活动需要的A TP。

(2)所有需氧生物电子传递系统十分相似，都包含有FMN和CoQ这种共同的环节，因此鱼藤酮对人体和所有的动物都有潜在的毒性。

(3)当鱼藤酮存在时, NADH 呼吸链的电子传递中断，但不影响FADH2呼吸链和底物水平磷酸化的进行，理论上1mol琥珀酰辅酶A还将生成5molATP。

5．2, 4―二硝基苯酚(DNP)是一种对人体毒性很大的物质。它会显著地加速代谢速率，使体温上升、出汗过多，严重时可导致虚脱和死亡。20世纪40年代曾试图用DNP作为减肥药物。

(1)为什么DNP的消耗会使体温上升,出汗过多?

(2)DNP作为减肥药物的设想为何不能实现?

解答：(1)因DNP是解偶联剂,电子传递释放的自由能不能以A TP的形式捕获而是以热的形式散失,从而使体温升高，大量出汗。

(2)因DNP可促进细胞代谢速率而增加能量的消耗起到减轻体重的作用,但是DNP有明显的副作用，使其不能作为减肥药物。

6．某女教师24h需从膳食中获得能量8 360kJ(2 000kcal)，其中糖类供能占60%，假如食物转化为A TP的效率是50%，则膳食糖类可转化为多少摩尔A TP？

解答：略。

7．标准条件下,下述反应是否能按箭头反应方向进行?（假定每个反应都有各自的酶催化）

(1) FADH2 + NAD+FAD + NADH + H+

(2) 琥珀酸+ FAD延胡索酸+ FADH2

(3) β-羟丁酸+ NAD+乙酰乙酸+ NADH + H+

解答：（3）可按反应方向进行。

FAD+2H++2e-→FADH2-0.18

延胡索酸+2H++2e-→琥珀酸-0.031

乙酰乙酸+2H++2e-→β-羟丁酸-0.346

NAD++2H++2e-→NADH -0.32

(1)FADH2 + NAD+FAD + NADH + H+

= -0.32-（-0.18）= -0.14 反应不能进行。

(2)琥珀酸+ FAD延胡索酸+ FADH2

= -0.18-（-0.031）= -0.15 反应不能进行。

(3)β-羟丁酸+ NAD+乙酰乙酸+ NADH + H+

= -0.32-（-0.346）= 0.026 反应能进行。

8．已知共轭氧化还原对NAD+/NADH 和丙酮酸/乳酸的E0'分别为-0.32V 和-0.19V，试问：

(1) 哪个共轭氧化还原对失去电子的能力大?

(2) 哪个共轭氧化还原对是更强的氧化剂?

是多

(3) 如果各反应物的浓度都为lmol/L, 在pH =7.0和25℃时, 下面反应的'Gθ

少?

丙酮酸+ NADH + H+乳酸+NAD+

解答：

(1)氧化还原电位E0的数值愈低,即供电子的倾向愈大,愈易成为还原剂,所以NAD+/NADH氧化还原对失去电子的能力强；

（2）丙酮酸/乳酸氧化还原对的氧化还原电位E0的数值较高，得到电子的能力较强，是更强的氧化剂；

(3) 根据公式G'θ=-nFΔE'θ计算，G'θ=-26 kJ/mol。