【清华】16柠檬酸循环习题与答案

16柠檬酸循环习题与答案
习题
1．丙酮酸脱氢酶复合物包括多少种酶？这些酶的作用分别是什么？
2. 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？
3．通过将乙酰CoA乙酰基上的两个C原子进行14C标记来进行柠檬酸循环的研究。

请问经过一轮，两轮和三轮柠檬酸循环后，释放出来14CO2放射性强度比率如何。

（假设在第二次和第三次循环中加入的乙酰CoA不带任何放射性）
4.（a）假如将甲基碳用14C标记的丙酮酸添加到线粒体的悬浮液中，那么一轮柠檬酸循
环后，14C出现在草酰乙酸的什么位置？
（b）为了使所有14C以14CO2释放掉，需要进行多少轮柠檬酸循环（除了第一轮丙酮酸是标记的以外，以后进入柠檬酸循环的丙酮酸都不是标记的）？
5．如果各反应物浓度为：[NAD＋]/[NADH]＝8，[α-酮戊二酸]＝0.1mmol•L-1，[异柠檬酸]＝0.02mmol•L-1。

CO2为标准状态，△G°ˊ＝－7.1 kJ•mol-1。

计算在25℃、pH7.0时，异柠檬酸脱氢酶催化反应的△Gˊ。

6．虽然在标准状态下，由苹果酸脱氢酶催化的苹果酸氧化生成草酰乙酸是个吸能反应（△G°ˊ＝＋29.2 kJ•mol-1），但该反应在生理条件下容易进行。

（a）说明反应容易进行的道理。

（b）如果[NAD＋]/[NADH]＝8，25℃、pH7时能够使反应向草酰乙酸方向进行的[苹果酸]/[草酰乙酸]最低比值为多少？
7. 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。

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的现象。

试解释在有足够的丙酮酸存在下，为什么这些中间物的加入会导致比预期多的氧气消耗。

8．（1）在琥珀酸脱氢酶反应中，以1/v对1/[s]作图（v=速度，[s]=底物浓度），画出以下情况的反应曲线：（a）没有抑制物，（b）存在丙二酸
（2）是否可能通过在肝脏组织匀浆液中加入草酰乙酸的方法来降低丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制效应？
9、在不消耗柠檬酸循环中的任一成分的情况下，丙酮酸可以转换为α-酮戊二酸。

写出转换中的平衡反应式，并给出辅助因子和需要的酶。

10. 脂肪可以降解为乙酰CoA，然后乙酰CoA进入柠檬酸循环。

而葡萄糖可以由柠檬酸循环的中间产物草酰乙酸合成。

为什么当人们锻炼后大量消耗了体内糖储备后，必须要通过吃饭补充糖，而不能通过将脂肪转换为糖来补充糖的消耗呢？
11．(a) 乙醛酸循环的主要作用是什么？
（b）乙醛酸循环能被认为是一种回补路径吗？
（c）由乙酰CoA净合成草酰乙酸都需要什么样的酶？
12. 酵母可以依赖葡萄糖厌氧或有氧生长，试解释当一直处于厌氧环境中的酵母细胞暴露于空气中时，葡萄糖的消耗速率为什么会迅速下降？
习题解答
1．丙酮酸脱氢酶复合物包括三个酶：丙酮酸脱氢酶、二氢硫辛酸转乙酰酶和二氢硫辛酸脱氢酶。

丙酮酸脱氢酶催化丙酮酸的乙酰基转移到TPP，并放出CO2；二氢硫辛酸转乙酰酶将乙酰基转移到硫辛酸，再转移到CoA，生成乙酰CoA；二氢硫辛酸脱氢酶将硫辛酸再次氧化并将NAD＋还原为NADH。

2．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。

3．第一轮循环：0
第二轮循环：1/2原始强度
第三轮循环：1/4原始强度
4．（a）14C等几率地出现在草酰乙酸的2位和3位上
（b）无数次；
5．异柠檬酸催化的反应为：异柠檬酸＋NAD＋→α-酮戊二酸＋NADH＋CO2＋H＋，假定[H＋]＝1，[CO2]＝1，
[NADH][α-酮戊二酸]
△Gˊ＝△G°ˊ＋RTIn（−−−−−−−−−−−−）
[NAD＋] [异柠檬酸]
（1）（0.1）△Gˊ＝－7.1 kJ•mol-1＋（8.3145J·K·mol-1）（298K）In（−−−−−−）
（8）（0.02）△Gˊ＝－7.1 kJ•mol-1－1.16 kJ•mol-1
＝－8.26 kJ•mol-1
6．（a）与底物浓度相比产物稳态浓度低，所以反应可以由苹果酸向草酰乙酸方向进行。

（b）根据平衡时△G°ˊ＝－RTInK
[草酰乙酸] [NADH]
−−−−−−−−−＝ e－（29200J·mol-1）/（8.3145J·K·mol-1）（298K）
[苹果酸] [NAD＋]
[草酰乙酸] / [苹果酸]＝6.1×10－5
为了形成草酰乙酸，[苹果酸] / [草酰乙酸]要大于1.64×104
7．在柠檬酸循环过程中O2的消耗是必不可少的，因为在丙酮酸转化为CO2的过程中生成的NADH和FADH2需要氧化，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，因而柠檬酸循环的中间体极大地刺激了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），而是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，加快了柠檬酸循环，这当然比它直接氧化消耗的氧多得多。

其他中间产物如琥珀酸、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，因此极大地刺激了O2的消耗。

8．（1）
（2）可以，抑制效应能被降低。

琥珀酸是琥珀酸脱氢酶的底物，而丙二酸则作为其竞争性抑制物起作用。

同时这种竞争性抑制作用能够通过增加底物浓度来克服。

加入草酰乙酸可以增加柠檬酸循环中各中间产物的浓度，当然也包括琥珀酸。

9．丙酮酸＋CoA＋NAD＋→乙酰CoA＋CO2＋NADH（丙酮酸脱氢酶复合物）丙酮酸＋CO2＋A TP＋H2O →草酰乙酸＋ADP＋P i（丙酮酸羧化酶）
草酰乙酸＋乙酰CoA＋H2O →柠檬酸＋CoA＋H＋（柠檬酸合酶）
柠檬酸→异柠檬酸（顺乌头酸酶）
异柠檬酸＋NAD＋→α-酮戊二酸＋CO2＋NADH（异柠檬酸脱氢酶）
总反应式
2丙酮酸＋2NAD＋＋A TP＋H2O→α-酮戊二酸＋CO2＋＋ADP＋Pi ＋2NADH＋2H＋
10．人们不能将脂肪净转换为葡萄糖，因为虽然脂肪中的碳可以通过柠檬酸循环整合到葡萄糖的前体草酰乙酸中，但以乙酰CoA进入柠檬酸循环中的乙酰基中的两个碳在草酰乙酸形成之前就以等量的2个CO2形式释放了，而乙酰CoA中CoA部分也以CoA形式释放出来。

所以没有净合成草酰乙酸。

11．（a）乙醛酸循环使许多植物和微生物可以由二碳的前体合成四碳的二羧酸，所以这些生物能够将由乙醇或脂肪衍生而来的乙酸转化为糖；
（b）能够，因为它导致了苹果酸的净合成，苹果酸是柠檬酸循环的一个中间代谢物；
（c）除了柠檬酸循环中的酶以外还需要异柠檬酸裂解酶和苹果酸合酶。

12．氧气引入后葡萄糖的消耗减少的现象称为Pasteur效应。

在无氧条件下，葡萄糖并不完全氧化成CO2和H2O而是转变为乙醇和CO2。

在这种情况下，每一个葡萄糖分子通过酵解途径转化为乙醇和CO2，只净生成2分子A TP。

当氧气存在时，醇母能够更加有效地利用葡萄糖，通过糖酵解、柠檬酸循环和呼吸电子传递链反应，每个葡萄糖分子完全氧化为CO2和H2O可以生成更多的ATP，只需要很少的葡萄糖就可提供细胞生长所需的ATP，因此有氧条件下葡萄糖消耗的速率大大降低了。