第四章??生物氧化與氧化磷酸化

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一、知識要點(diǎn)

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生物氧化的實(shí)質(zhì)是脫氫、失電子或與氧結(jié)合，消耗氧生成CO2和H2O，與體外有機(jī)物的化學(xué)氧化（如燃燒）相同，釋放總能量都相同。生物氧化的特點(diǎn)是：作用條件溫和，通常在常溫、常壓、近中性pH及有水環(huán)境下進(jìn)行；有酶、輔酶、電子傳遞體參與，在氧化還原過程中逐步放能；放出能量大多轉(zhuǎn)換為ATP分子中活躍化學(xué)能，供生物體利用。體外燃燒則是在高溫、干燥條件下進(jìn)行的劇烈游離基反應(yīng)，能量爆發(fā)釋放，并且釋放的能量轉(zhuǎn)為光、熱散失于環(huán)境中。

（一）氧化還原電勢和自由能變化

1．自由能

生物氧化過程中發(fā)生的生化反應(yīng)的能量變化與一般化學(xué)反應(yīng)一樣可用熱力學(xué)上的自由能變化來描述。自由能（free energy）是指一個(gè)體系的總能量中，在恒溫恒壓條件下能夠做功的那一部分能量，又稱為Gibbs自由能，用符號G表示。物質(zhì)中的自由能（G）含量是不易測定的，但化學(xué)反應(yīng)的自由能變化（ΔG）是可以測定的。ΔG很有用，它表示從某反應(yīng)可以得到多少有用功，也是衡量化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性的標(biāo)準(zhǔn)。例如，物質(zhì)A轉(zhuǎn)變?yōu)槲镔|(zhì)B的反應(yīng)：

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ΔG＝GB—GA

當(dāng)ΔG為負(fù)值時(shí)，是放能反應(yīng)，可以產(chǎn)生有用功，反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行；若ΔG為正值時(shí)，是吸能反應(yīng)，為非自發(fā)反應(yīng)，必須供給能量反應(yīng)才可進(jìn)行，其逆反應(yīng)是自發(fā)的。

如果ΔG＝0時(shí)，表明反應(yīng)體系處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。此時(shí)，平衡常數(shù)為Keq，由已知的Keq可求得ΔG°：

????ΔG°＝－RTlnKeq

2．化還原電勢

在氧化還原反應(yīng)中，失去電子的物質(zhì)稱為還原劑，得到電子的物質(zhì)稱為氧化劑。還原劑失去電子的傾向（或氧化劑得到電子的傾向）的大小，則稱為氧化還原電勢。將任何一對氧化還原物質(zhì)的氧化還原對連在一起，都有氧化還原電位的產(chǎn)生。如果將氧化還原物質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)氫電極組成原電池，即可測出氧化還原電勢。標(biāo)準(zhǔn)氧還原電勢用E°表示。E°值愈大，獲得電子的傾向愈大；E°愈小，失去電子的傾向愈大。

3．氧化還原電勢與自由能的關(guān)系

在一個(gè)氧化還原反應(yīng)中，可從反應(yīng)物的氧還電勢E?0＇，計(jì)算出這個(gè)氧化還原反應(yīng)的自由能變化（ΔG）。ΔG°與氧化還原電勢的關(guān)系如下：

ΔG°= －?nFΔE°

n表示轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，F(xiàn)為法拉第常數(shù)（1法拉第＝96485庫侖／摩爾）。ΔE°的單位為伏特，ΔG°的單位為焦耳／摩爾。當(dāng)ΔE°為正值時(shí)，ΔG°為負(fù)值，是放能反應(yīng)，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。ΔE°為負(fù)值時(shí)，ΔG°為正值，是吸能反應(yīng)，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。

（二）高能磷酸化合物

生物體內(nèi)有許多磷酸化合物，其磷酸基團(tuán)水解時(shí)可釋放出20.92kJ／mol以上自由能的化合物稱為高能磷酸化合物。按鍵型的特點(diǎn)可分為：

1．磷氧鍵型：焦磷酸化合物如腺三磷（ATP）是高能磷酸化合物的典型代表。ATP磷酸酐鍵水解時(shí)，釋放出30.54kJ／mol能量，它有兩個(gè)高能磷酸鍵，在能量轉(zhuǎn)換中極為重要；?；姿峄衔锶?,3二磷酸甘油酸以及烯醇式磷酸化合物如磷酸烯醇式丙酮酸都屬此類。

2．磷鍵型化合物如磷酸肌酸、磷酸精氨酸。

3．酯鍵型化合物如乙酰輔酶A。

4．甲硫健型化合物如S-腺苷甲硫氨酸。

此外，脊椎動(dòng)物中的磷酸肌酸和無脊椎動(dòng)物中的磷酸精氨酸，是ATP的能量貯存庫，作為貯能物質(zhì)又稱為磷酸原。

（三）電子傳遞鏈

電子傳遞鏈?zhǔn)窃谏镅趸?，底物脫下的氫（H+ + eˉ），經(jīng)過一系列傳遞體傳遞，最后與氧結(jié)合生成H2O的電子傳遞系統(tǒng)，又稱呼吸鏈。呼吸鏈上電子傳遞載體的排列是有一定順序和方向的，電子傳遞的方向是從氧還電勢較負(fù)的化合物流向氧化還原電勢較正的化合物，直到氧。氧是氧化還原電勢最高的受體，最后氧被還原成水。

電子傳遞鏈在原核細(xì)胞存在于質(zhì)膜上，在真核細(xì)胞存在于線粒體的內(nèi)膜上。線粒體內(nèi)膜上的呼吸鏈有NADH呼吸鏈和FADH2呼吸鏈。

1．構(gòu)成電子傳遞鏈的電子傳遞體成員分五類：

（1）煙酰胺核苷酸（NAD＋）?多種底物脫氫酶以NAD＋為輔酶，接受底物上脫下的氫成為還原態(tài)的NADH+ ＋H＋，是氫（H＋和eˉ）傳遞體。

（2）黃素蛋白?黃素蛋白以FAD和FMN為輔基，接受NADH+ ＋H＋或底物（如琥珀酸）上的質(zhì)子和電子，形成FADH2或FMNH2，傳遞質(zhì)子和電子。

（3）鐵硫蛋白或鐵硫中心?也稱非血紅素蛋白，是單電子傳遞體，氧化態(tài)為Fe3＋，還原態(tài)為Fe2＋。

（4）輔酶Q又稱泛醌，是脂溶性化合物。它不僅能接受脫氫酶的氫，還能接受琥珀酸脫氫酶等的氫（H＋＋eˉ）。是處于電子傳遞鏈中心地位的載氫體。

（5）細(xì)胞色素類是含鐵的單電子傳遞載體。鐵原子處于卟啉的中心，構(gòu)成血紅素。它是細(xì)胞色素類的輔基。細(xì)胞色素類是呼吸鏈中將電子從輔酶Q傳遞到氧的專一酶類。線粒體的電子至少含有5種不同的細(xì)胞色素（即b、c、c1、a、a3）。通過實(shí)驗(yàn)證明，它們在電子傳遞鏈上電于傳遞的順序是b→c1→c→aa3，細(xì)胞色素aa3以復(fù)合物形式存在，稱為細(xì)胞色素氧化酶。是電子傳遞鏈中最末端的載體，所以又稱末端氧化酶。

2．電子傳遞抑制劑

能夠阻斷呼吸鏈中某一部位電子傳遞的物質(zhì)稱為電子傳遞抑制劑。常用的抑制劑有：

（1）魚藤酮：阻斷電子由NADH向CoQ的傳遞。它是一種極毒的植物物質(zhì)，常用作殺蟲劑。

（2）抗霉素A：能阻斷電子從Cytb到Cytc1的傳遞。

（3）氰化物、硫化氫、疊氮化物、CO能阻斷電子由Cytaa3到氧的傳遞。

由于這三個(gè)部位的電子流被阻斷，因此，也抑制了磷酸化的進(jìn)行，即不能形成ATP。

（四）氧化磷酸化作用

氧化磷酸化作用是需氧細(xì)胞生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，是主要的能量來源。真核細(xì)胞是在線粒體內(nèi)膜上進(jìn)行。

1．氧化磷酸化作用

高勢能電子從NADH或FADH2沿呼吸鏈傳遞給氧的過程中，所釋放的能量轉(zhuǎn)移給ADP形成ATP，即ATP的形成與電子傳遞相偶聯(lián)，稱為氧化磷酸化作用，其特點(diǎn)是需要氧分子參與。

氧化磷酸化作用與底物水平磷酸化作用是有區(qū)別的：底物水平磷酸化作用是指代謝底物由于脫氫或脫水，造成其分子內(nèi)部能量重新分布，產(chǎn)生的高能鍵所攜帶的能量轉(zhuǎn)移給ADP生成ATP，即ATP的形成直接與一個(gè)代謝中間高能磷酸化合物（如磷酸烯醇式丙酮酸、1,3-二磷酸甘油酸等）上的磷酸基團(tuán)的轉(zhuǎn)移相偶聯(lián)，其特點(diǎn)是不需要分子氧參加。

2．P／O比和磷酸化部位

磷氧比（P／O）是指一對電子通過呼吸鏈傳遞到氧所產(chǎn)生ATP的分子數(shù)。由NADH開始氧化脫氫脫電子，電子經(jīng)過呼吸鏈傳遞給氧，生成3分子ATP，則P／O比為3。這3分子ATP是在三個(gè)部位上生成的，第一個(gè)部位是在NADH和CoQ之間，第二個(gè)部位是在Cytb與Cytc1之間；第三個(gè)部位是在Cytaa3和氧之間。如果從FADH2開始氧化脫氫脫電子，電子經(jīng)過呼吸鏈傳遞給氧，只能生成2分子ATP，其P／O比為2。

3．氧化磷酸化的解偶聯(lián)作用

（1）氧化磷酸化的解偶聯(lián)作用?在完整線粒體內(nèi)，電子傳遞與磷酸化是緊密偶聯(lián)的，當(dāng)使用某些試劑而導(dǎo)致的電子傳遞與ATP形成這兩個(gè)過程分開，只進(jìn)行電子傳遞而不能形成ATP的作用，稱為解偶聯(lián)作用。

（2）氧化磷酸化的解偶聯(lián)劑?能引起解偶聯(lián)作用的試劑稱為解偶聯(lián)劑，解偶聯(lián)作用的實(shí)質(zhì)是解偶聯(lián)劑消除電子傳遞中所產(chǎn)生的跨膜質(zhì)子濃度或電位梯度，只有電子傳遞而不產(chǎn)生ATP。

（3）解偶聯(lián)劑種類?典型的解偶聯(lián)劑是化學(xué)物質(zhì)2,4-二硝基苯酚（DNP），DNP具弱酸性，在不同pH環(huán)境可結(jié)合H+ 或釋放H+；并且DNP具脂溶性，能透過磷脂雙分子層，使線粒體內(nèi)膜外側(cè)的H+ 轉(zhuǎn)移到內(nèi)側(cè)，從而消除H+ 梯度。此外，離子載體如由鏈霉素產(chǎn)生的抗菌素——纈氨霉素，具脂溶性，能與K+ 離子配位結(jié)合，使線粒體膜外的K+ 轉(zhuǎn)運(yùn)到膜內(nèi)而消除跨膜電位梯度。另外還有存在于某些生物細(xì)胞線粒體內(nèi)膜上的天然解偶聯(lián)蛋白，該蛋白構(gòu)成的質(zhì)子通道可以讓膜外質(zhì)子經(jīng)其通道返回膜內(nèi)而消除跨膜的質(zhì)子濃度梯度，不能生成ATP而產(chǎn)生熱量使體溫增加。

解偶聯(lián)劑與電子傳遞抑制劑是不同的，解偶聯(lián)劑只消除內(nèi)膜兩側(cè)質(zhì)子或電位梯度，不抑制呼吸鏈的電子傳遞，甚至加速電子傳遞，促進(jìn)呼吸底物和分子氧的消耗，但不形成ATP，只產(chǎn)生熱量。

4．氧化磷酸化的作用機(jī)理

與電子傳遞相偶聯(lián)的氧化磷酸化作用機(jī)理雖研究多年，但仍不清楚。曾有三種假說試圖解釋其機(jī)理。這三種假說為：化學(xué)偶聯(lián)假說、構(gòu)象偶聯(lián)假說、化學(xué)滲透假說。

（1）化學(xué)偶聯(lián)假說?認(rèn)為電子傳遞中所釋放的自由能以一個(gè)高能共價(jià)中間物形式暫時(shí)存在，隨后裂解將其能量轉(zhuǎn)給ADP以形成ATP。但不能從呼吸鏈中找到高能中間物的實(shí)例。

（2）構(gòu)象偶聯(lián)假說?認(rèn)為電子沿呼吸鏈傳遞釋放的自由能使線粒體內(nèi)膜蛋白質(zhì)發(fā)生構(gòu)象變化而形成一種高能形式暫時(shí)存在。這種高能形式將能量轉(zhuǎn)給F0F1-ATP酶分子使之發(fā)生構(gòu)象變化，F(xiàn)0F1-ATP酶復(fù)原時(shí)將能量轉(zhuǎn)給ADP形成ATP。

（3）化學(xué)滲透假說?該假說由英國生物化學(xué)家Peter Mitchell提出的。他認(rèn)為電子傳遞的結(jié)果將H+ 從線粒體內(nèi)膜上的內(nèi)側(cè)“泵”到內(nèi)膜的外側(cè)，于是在內(nèi)膜內(nèi)外兩側(cè)產(chǎn)生了H+ 的濃度梯度。即內(nèi)膜的外側(cè)與內(nèi)膜的內(nèi)側(cè)之間含有一種勢能，該勢能是H+ 返回內(nèi)膜內(nèi)側(cè)的一種動(dòng)力。H+ 通過F0F1-ATP酶分子上的特殊通道又流回內(nèi)膜的內(nèi)側(cè)。當(dāng)H+ 返回內(nèi)膜內(nèi)側(cè)時(shí)，釋放出自由能的反應(yīng)和ATP的合成反應(yīng)相偶聯(lián)。該假說目前得到較多人的支持。

實(shí)驗(yàn)證明氧化磷酸化作用的進(jìn)行需要完全的線粒體內(nèi)膜存在。當(dāng)用超聲波處理線粒體時(shí)，可將線粒體內(nèi)膜嵴打成片段：有些片段的嵴膜又重新封閉起來形成泡狀體，稱為亞線粒體泡（內(nèi)膜變?yōu)榉D(zhuǎn)朝外）。這些亞線粒體泡仍具有進(jìn)行氧化磷酸化作用的功能。在囊泡的外面可看到F1球狀體。用尿素或胰蛋白酶處理這些囊泡時(shí)，內(nèi)膜上的球體F1脫下，F(xiàn)0留在膜上。這種處理過的囊泡仍具有電子傳遞鏈的功能，但失去合成ATP的功能。當(dāng)將F1球狀體再加回到只有F0的囊泡時(shí)，氧化磷酸化作用又恢復(fù)。這一實(shí)驗(yàn)說明線粒體內(nèi)膜嵴上的酶（F0）起電子傳遞的作用，而其上的F1是形成ATP的重要成分，F(xiàn)0和F1是一種酶的復(fù)合體。

5．能荷

細(xì)胞中存在三種腺苷酸即AMP、ADP、ATP，稱為腺苷酸庫。在細(xì)胞中ATP、ADP和AMP在某一時(shí)間的相對數(shù)量控制著細(xì)胞活動(dòng)。Atkinson提出了能荷的概念。認(rèn)為能荷是細(xì)胞中高能磷酸狀態(tài)的一種數(shù)量上的衡量，能荷大小可以說明生物體中ATP-ADP-AMP系統(tǒng)的能量狀態(tài)。

能荷＝

可看出，能荷的大小決定于ATP和ADP的多少。能荷的從0到1.0，當(dāng)細(xì)胞中都是ATP時(shí)，能荷為1.0。此時(shí)，可利用的高能磷酸鍵數(shù)量最大。都為ADP時(shí)，能荷為0.5，系統(tǒng)中有一半的高能磷酸健。都為AMP時(shí)，能荷為0，此時(shí)無高能磷酸化合物存在。實(shí)驗(yàn)證明能荷高時(shí)可抑制ATP的生成，卻促進(jìn)ATP的利用。也就是說，能荷高可促進(jìn)合成代謝而抑制分解代謝，相反，能荷低則促進(jìn)分解代謝而抑制合成代謝。

能荷調(diào)節(jié)是通過ATP、ADP和AMP分子對某些酶分子進(jìn)行變構(gòu)調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)的。

5、線粒體的穿梭系統(tǒng)

真核生物在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行糖酵解時(shí)所生成的NADH是不能直接透過線粒體內(nèi)膜被氧化的，但是NADH＋H+上的質(zhì)子可以通過一個(gè)穿梭的間接途徑而進(jìn)入電子傳遞鏈。3-磷酸甘油的穿梭過程是最早發(fā)現(xiàn)的。其過程是胞質(zhì)中NADH十H+ 在3-磷酸甘油脫氫酶作用下與磷酸二羥丙酮反應(yīng)生成3-磷酸甘油。3-磷酸甘油可進(jìn)入線粒體，在線粒體內(nèi)膜上的3-磷酸甘油脫氫酶（輔基為FAD）作用下，生成磷酸二羥丙酮和FADH2。磷酸二羥丙酮透出線粒體，繼續(xù)作為氫的受體，F(xiàn)ADH2將氫傳遞給CoQ進(jìn)入呼吸鏈氧化，這樣只能產(chǎn)生2分于ATP。

在動(dòng)物的肝、腎及心臟的線粒體存在另一種穿梭方式，即草酰乙酸-蘋果酸穿梭。這種方式在胞液及線粒體內(nèi)的脫氫酶輔酶都是NAD＋，所以胞液中的NADH+H+ 到達(dá)線粒體內(nèi)又生成NADH＋H+。從能量產(chǎn)生來看，草酰乙酸-蘋果酸穿梭優(yōu)于α- 磷酸甘油穿梭機(jī)制；但α-磷酸甘油穿梭機(jī)制比草酰乙酸-蘋果酸穿梭速度要快很多。

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二、習(xí)??題

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（一）名詞解釋

1．? 生物氧化（biological oxidation） ??? ?

2．? 呼吸鏈（respiratory chain）

3．? 氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）? ?

4．? 磷氧比P/O（P/O）

5．? 底物水平磷酸化（substrate level phosphorylation）

6．? 能荷（energy charge）

(二)?填空題

1．? 生物氧化有3種方式：_________、___________和__________ 。

2．? 生物氧化是氧化還原過程，在此過程中有_________、_________和________ 參與。

3．原核生物的呼吸鏈位于_________。

4，△G0＇為負(fù)值是_________反應(yīng)，可以_________進(jìn)行。

5．△G0＇與平衡常數(shù)的關(guān)系式為_________，當(dāng)Keq＝1時(shí)，△G0＇為_________。

6．生物分子的E0＇值小，則電負(fù)性_________，供出電子的傾向_________。

7．生物體內(nèi)高能化合物有_________、_________、_________、_________、_________、_________等類。

8．細(xì)胞色素a的輔基是_________與蛋白質(zhì)以_________鍵結(jié)合。

9．在無氧條件下，呼吸鏈各傳遞體都處于_________狀態(tài)。

10．NADH呼吸鏈中氧化磷酸化的偶聯(lián)部位是_________、_________、_________。

11．磷酸甘油與蘋果酸經(jīng)穿梭后進(jìn)人呼吸鏈氧化，其P/O比分別為_____和_____。

12．舉出三種氧化磷酸化解偶聯(lián)劑_________、_________、_________。

13．舉出4種生物體內(nèi)的天然抗氧化劑_________、_________、_________、_________。

14．舉出兩例生物細(xì)胞中氧化脫羧反應(yīng)_________、_________。

15．生物氧化是_________在細(xì)胞中_________，同時(shí)產(chǎn)生_________的過程。

16．反應(yīng)的自由能變化用_________表示，標(biāo)準(zhǔn)自由能變化用_________表示，生物化學(xué)中pH 7.0時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化則表示為_________。

17．高能磷酸化合物通常指水解時(shí)_________的化合物，其中最重要的是_________，被稱為能量代謝的_________。

18．真核細(xì)胞生物氧化的主要場所是_________，呼吸鏈和氧化磷酸化偶聯(lián)因子都定位于_________。

19．以NADH為輔酶的脫氫酶類主要是參與_________作用，即參與從_________到_________電子傳遞作用；以NADPH為輔酶的脫氫酶類主要是將分解代謝中間產(chǎn)物上???的_________轉(zhuǎn)移到_________反應(yīng)中需電子的中間物上。

20．在呼吸鏈中，氫或電子從_________的載體依次向_________的載體傳遞。

21．線粒體氧化磷酸化的重組實(shí)驗(yàn)證實(shí)了線粒體內(nèi)膜含有_________，內(nèi)膜小瘤含有_________。

22．魚藤酮，抗霉素A，CNˉ、N3ˉ、CO，的抑制作用分別是_________，_________，和_________。

23．磷酸源是指_________。脊椎動(dòng)物的磷酸源是_________，無脊椎動(dòng)物的磷酸源是_________。

24．H2S使人中毒機(jī)理是_________。

25．線粒體呼吸鏈中電位跨度最大的一步是在_________。

26．典型的呼吸鏈包括_________和_________兩種，這是根據(jù)接受代謝物脫下的氫的_________不同而區(qū)別的。

27．解釋氧化磷酸化作用機(jī)制被公認(rèn)的學(xué)說是_________，它是英國生物化學(xué)家_________于1961年首先提出的。

28．化學(xué)滲透學(xué)說主要論點(diǎn)認(rèn)為：呼吸鏈組分定位于_________內(nèi)膜上。其遞氫體有_________作用，因而造成內(nèi)膜兩側(cè)的_________差，同時(shí)被膜上_________合成酶所利用、促使ADP + Pi →?ATP

29．每對電子從FADH2轉(zhuǎn)移到_________必然釋放出2個(gè)H+ 進(jìn)入線粒體基質(zhì)中。

30．細(xì)胞色素aa3輔基中的鐵原子有_________結(jié)合配位鍵，它還保留_________游離配位鍵，所以能和_________結(jié)合，還能和_________、_________結(jié)合而受到抑制。

31．體內(nèi)CO2的生成不是碳與氧的直接結(jié)合，而是_________。

32．線粒體內(nèi)膜外側(cè)的α-磷酸甘油脫氫酶的輔酶是_________；而線粒體內(nèi)膜內(nèi)側(cè)的α-磷酸甘油脫氫酶的輔酶是_________。

33．動(dòng)物體內(nèi)高能磷酸化合物的生成方式有_________和_________兩種。

34．在離體的線粒體實(shí)驗(yàn)中測得β-羥丁酸的磷氧比值（P/O）為2.4~2.8，說明β-羥丁酸氧化時(shí)脫下來的2H是通過_________呼吸鏈傳遞給O2的；能生成_________分子ATP。

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(三)?選擇題

1．如果質(zhì)子不經(jīng)過F1／F0-ATP合成酶回到線粒體基質(zhì)，則會發(fā)生：

A．氧化?????B．還原????C．解偶聯(lián)、??D．緊密偶聯(lián)

2．離體的完整線粒體中，在有可氧化的底物存時(shí)下，加入哪一種物質(zhì)可提高電子傳遞和氧氣攝入量：

A．更多的TCA循環(huán)的酶????B．ADP ??C．FADH2 ??D．NADH

3．下列氧化還原系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位最高的是：

A．延胡索酸琥珀酸??????? ? B．CoQ／CoQH2

C．細(xì)胞色素a（Fe 2＋／Fe 3＋）???? ?D．NAD＋／NADH

4．下列化合物中，除了哪一種以外都含有高能磷酸鍵：

A．NAD＋??????B．ADP ????C．NADPH ??D．FMN

5．下列反應(yīng)中哪一步伴隨著底物水平的磷酸化反應(yīng)：

A．蘋果酸→草酰乙酸?? ??B．甘油酸-1,3-二磷酸→甘油酸-3-磷酸

C．檸檬酸→α-酮戊二酸???????D．琥珀酸→延胡索酸

6．乙酰CoA徹底氧化過程中的P／O值是：

A．2.0 ??????B．2.5 ?????C．3.0 ?????D．3.5 ?????

7．肌肉組織中肌肉收縮所需要的大部分能量以哪種形式貯存：

A．ADP ????B．磷酸烯醇式丙酮酸?????C．ATP ???D．磷酸肌酸

8．呼吸鏈中的電子傳遞體中，不是蛋白質(zhì)而是脂質(zhì)的組分為：

A．NAD+?????B．FMN ?????C．CoQ ???????D．Fe·S

9．下述哪種物質(zhì)專一性地抑制F0因子：

A．魚藤酮?????B．抗霉素A ?????C．寡霉素????????D．纈氨霉素

10．胞漿中1分子乳酸徹底氧化后，產(chǎn)生ATP的分子數(shù)：

A．9或10 ????B．11或12 ?????C．15或16 ???????D．17或18

11．下列不是催化底物水平磷酸化反應(yīng)的酶是：

A．磷酸甘油酸激酶??????????B．磷酸果糖激酶

C．丙酮酸激酶??????????????D．琥珀酸硫激酶

12．在生物化學(xué)反應(yīng)中，總能量變化符合：

A．受反應(yīng)的能障影響????? ?B．隨輔因子而變??????

C．與反應(yīng)物的濃度成正比?????????D．與反應(yīng)途徑無關(guān)

13．在下列的氧化還原系統(tǒng)中，氧化還原電位最高的是：

A．NAD十／NADH ? ??? B．細(xì)胞色素a （Fe3＋）／細(xì)胞色素a （Fe2＋）

C．延胡索酸/琥珀酸?? ?D．氧化型泛醌/還原型泛醌

14．二硝基苯酚能抑制下列細(xì)胞功能的是：

A．糖酵解????B．肝糖異生?????C．氧化磷酸化?????D．檸檬酸循環(huán)

15．活細(xì)胞不能利用下列哪些能源來維持它們的代謝：

A．ATP ???????B．糖?????????C．脂肪???? ?D．周圍的熱能

16．如果將琥珀酸（延胡索酸/琥珀酸氧化還原電位?+ 0.03V）加到硫酸鐵和硫酸亞鐵（高鐵/亞鐵氧化還原電位?+ 0.077V）的平衡混合液中，可能發(fā)生的變化是：

A．硫酸鐵的濃度將增加????? B．硫酸鐵的濃度和延胡羧酸的濃度將增加??????C．高鐵和亞鐵的比例無變化???D．硫酸亞鐵和延胡索酸的濃度將增加

17．下列關(guān)于化學(xué)滲透學(xué)說的敘述哪一條是不對的：

A．吸鏈各組分按特定的位置排列在線粒體內(nèi)膜上?????

B．各遞氫體和遞電子體都有質(zhì)子泵的作用

C．H＋返回膜內(nèi)時(shí)可以推動(dòng)ATP酶合成ATP

D．線粒體內(nèi)膜外側(cè)H＋不能自由返回膜內(nèi)

18．關(guān)于有氧條件下，NADH從胞液進(jìn)入線粒體氧化的機(jī)制，下列描述中正確的是：

A．NADH直接穿過線粒體膜而進(jìn)入

B．磷酸二羥丙酮被NADH還原成3-磷酸甘油進(jìn)入線粒體，在內(nèi)膜上又被氧化成磷酸二羥丙酮同時(shí)生成NADH

C．草酰乙酸被還原成蘋果酸，進(jìn)入線粒體再被氧化成草酰乙酸，停留于線粒體內(nèi)

D．草酰乙酸被還原成蘋果酸進(jìn)人線粒體，然后再被氧化成草酰乙酸，再通過轉(zhuǎn)氨基作用生成天冬氨酸，最后轉(zhuǎn)移到線粒體外

19．胞漿中形成NADH+H+經(jīng)蘋果酸穿梭后，每摩爾產(chǎn)生ATP的摩爾數(shù)是：

A．1 ? B．2 ? ?C．3 ? ?D．4

20．呼吸鏈的各細(xì)胞色素在電子傳遞中的排列順序是：

A．c1→b→c→aa3→O2； ? ?B．?c→c1→b→aa3→O2；

C．c1→c→b→aa3→O2； ?D．?b→c1→c→aa3→O2；

?

?(四) 是非判斷題

( ?)1．NADH在340nm處有吸收峰，NAD+?沒有，利用這個(gè)性質(zhì)可將NADH與NAD+區(qū)分開來。

( ?)2．琥珀酸脫氫酶的輔基FAD與酶蛋白之間以共價(jià)鍵結(jié)合。

( ?)3．生物氧化只有在氧氣的存在下才能進(jìn)行。

( ?)4．NADH和NADPH都可以直接進(jìn)入呼吸鏈。

( ?)5．如果線粒體內(nèi)ADP濃度較低，則加入DNP將減少電子傳遞的速率。

( ?)6．磷酸肌酸、磷酸精氨酸等是高能磷酸化合物的貯存形式，可隨時(shí)轉(zhuǎn)化為ATP供機(jī)體利用。

( ?)7．解偶聯(lián)劑可抑制呼吸鏈的電子傳遞。

( ?)8．電子通過呼吸鏈時(shí)，按照各組分氧還電勢依次從還原端向氧化端傳遞。

( ?)9．NADPH / NADP+的氧還勢稍低于NADH / NAD+，更容易經(jīng)呼吸鏈氧化。

( ?)10．寡霉素專一地抑制線粒體F1F0-ATPase的F0，從而抑制ATP的合成。

( ?)11．ADP的磷酸化作用對電子傳遞起限速作用。

( ?)12．ATP雖然含有大量的自由能，但它并不是能量的貯存形式。

?

（五）完成反應(yīng)方程式

1．4-細(xì)胞色素a3-Fe2+ + O2 + 4H+ ?→?4-細(xì)胞色素a3-Fe3+ +（??????）

???催化此反應(yīng)的酶是：（????????????）

2．NADH?+ H+?+ 0.5O2 + 3ADP + ( ?????) →?NAD+ +3ATP + 4H2O

???

（六）問答題（解題要點(diǎn)）

1．常見的呼吸鏈電子傳遞抑制劑有哪些？它們的作用機(jī)制是什么?

2．氰化物為什么能引起細(xì)胞窒息死亡？其解救機(jī)理是什么？

3．在磷酸戊糖途徑中生成的NADPH，如果不去參加合成代謝，那么它將如何進(jìn)一步氧化？

4．在體內(nèi)ATP有哪些生理作用？

5．有人曾經(jīng)考慮過使用解偶聯(lián)劑如2,4-二硝基苯酚（DNP）作為減肥藥，但很快就被放棄使用，為什么？

6．某些植物體內(nèi)出現(xiàn)對氰化物呈抗性的呼吸形式，試提出一種可能的機(jī)制。

7．什么是鐵硫蛋白？其生理功能是什么？

8．何為能荷？能荷與代謝調(diào)節(jié)有什么關(guān)系？

9．氧化作用和磷酸化作用是怎樣偶聯(lián)的？

?

?

三、習(xí)題解答

?

（一）名詞解釋

1．?生物氧化：?生物體內(nèi)有機(jī)物質(zhì)氧化而產(chǎn)生大量能量的過程稱為生物氧化。生物氧化在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行，氧化過程消耗氧放出二氧化碳和水，所以有時(shí)也稱之為“細(xì)胞呼吸”或“細(xì)胞氧化”。生物氧化包括：有機(jī)碳氧化變成CO2；底物氧化脫氫、氫及電子通過呼吸鏈傳遞、分子氧與傳遞的氫結(jié)成水；在有機(jī)物被氧化成CO2和H2O的同時(shí)，釋放的能量使ADP轉(zhuǎn)變成ATP。

2．?呼吸鏈：有機(jī)物在生物體內(nèi)氧化過程中所脫下的氫原子，經(jīng)過一系列有嚴(yán)格排列順序的傳遞體組成的傳遞體系進(jìn)行傳遞，最終與氧結(jié)合生成水，這樣的電子或氫原子的傳遞體系稱為呼吸鏈或電子傳遞鏈。電子在逐步的傳遞過程中釋放出能量被用于合成ATP，以作為生物體的能量來源。

3．?氧化磷酸化：在底物脫氫被氧化時(shí)，電子或氫原子在呼吸鏈上的傳遞過程中伴隨ADP磷酸化生成ATP的作用，稱為氧化磷酸化。氧化磷酸化是生物體內(nèi)的糖、脂肪、蛋白質(zhì)氧化分解合成ATP的主要方式。

4．?磷氧比：電子經(jīng)過呼吸鏈的傳遞作用最終與氧結(jié)合生成水，在此過程中所釋放的能量用于ADP磷酸化生成ATP。經(jīng)此過程消耗一個(gè)原子的氧所要消耗的無機(jī)磷酸的分子數(shù)（也是生成ATP的分子數(shù)）稱為磷氧比值（P／O）。如NADH的磷氧比值是3，F(xiàn)ADH2的磷氧比值是2。

5．?底物水平磷酸化：在底物被氧化的過程中，底物分子內(nèi)部能量重新分布產(chǎn)生高能磷酸鍵（或高能硫酯鍵），由此高能鍵提供能量使ADP（或GDP）磷酸化生成ATP（或GTP）的過程稱為底物水平磷酸化。此過程與呼吸鏈的作用無關(guān)，以底物水平磷酸化方式只產(chǎn)生少量ATP。

如在糖酵解（EMP）的過程中，3-磷酸甘油醛脫氫后產(chǎn)生的1,3-二磷酸甘油酸，在磷酸甘油激酶催化下形成ATP的反應(yīng)，以及在2-磷酸甘油酸脫水后產(chǎn)生的磷酸烯醇式丙酮酸，在丙酮酸激酶催化形成ATP的反應(yīng)均屬底物水平的磷酸化反應(yīng)。另外，在三羧酸環(huán)（TCA）中，也有一步反應(yīng)屬底物水平磷酸化反應(yīng)，如α-酮戊二酸經(jīng)氧化脫羧后生成高能化合物琥珀?！獵oA，其高能硫酯鍵在琥珀酰CoA合成酶的催化下轉(zhuǎn)移給GDP生成GTP。然后在核苷二磷酸激酶作用下，GTP又將末端的高能磷酸根轉(zhuǎn)給ADP生成ATP。

6．能荷：能荷是細(xì)胞中高能磷酸狀態(tài)的一種數(shù)量上的衡量，能荷大小可以說明生物體中ATP-ADP-AMP系統(tǒng)的能量狀態(tài)。

能荷=

（二）填空題

1．脫氫；脫電子；與氧結(jié)合????

2．酶；輔酶；電子傳遞體????

3．細(xì)胞質(zhì)膜上????

4．放能；自發(fā)進(jìn)行????

5．△G0＇＝-RTlnK＇eq；0 ???

6．大；大????

7．焦磷酸化合物；?；姿峄衔?；烯醇磷酸化合物；胍基磷酸化合物；硫酯化合物；甲硫鍵化合物????

8．血紅素A；非共價(jià)????

9．還原????

10．復(fù)合物I；復(fù)合物Ⅲ；復(fù)合物Ⅳ????

11．2；3 ??

12．2,4-二硝基苯酚；纈氨霉素；解偶聯(lián)蛋白????

13．維生素E；維生素C；GSH；β-胡蘿卜素????

14．丙酮酸脫氫酶；異檸檬酸脫氫酶；????

15．燃料分子；?分解氧化；?可供利用的化學(xué)能????

16．ΔG；?ΔG°；ΔG°＇????

17．釋放的自由能大于20.92kJ／mol；ATP；即時(shí)供體????

18．線粒體；線粒體內(nèi)膜上????

19．呼吸；底物；氧；電子；生物合成????

20．低氧還電勢；高氧還電勢????

21．電子傳遞鏈的酶系；F1-F0復(fù)合體????

22．NADH和CoQ之間?Cytb和Cytc1之間?Cytaa3和O2 ??????

23．貯存能量的物質(zhì)；磷酸肌酸；磷酸精氨酸????

24．與氧化態(tài)的細(xì)胞色素aa3結(jié)合，阻斷呼吸鏈????

25．細(xì)胞色素aa3→O2????

26．NADH；FADH2；初始受體????

27．化學(xué)滲透學(xué)說；米切爾（Mitchell）????

28．線粒體；質(zhì)子泵；氧化還原電位；ATP ??

29．CoQ ???

30．5個(gè)；1個(gè)；O2；CO；CN -。????

31．有機(jī)酸脫羧生成的 ???

32．NAD；FAD????

33．氧化磷酸化；底物水平磷酸化 ???

34．NADH呼吸鏈；3個(gè)分子ATP

?

（三）?選擇題

1．C：當(dāng)質(zhì)子不通過F0進(jìn)人線粒體基質(zhì)的時(shí)候，ATP就不能被合成，但電子照樣進(jìn)行傳遞，這就意味著發(fā)生了解偶聯(lián)作用。

2．B：ADP作為氧化磷酸化的底物，能夠刺激氧化磷酸化的速率，由于細(xì)胞內(nèi)氧化磷酸化與電子傳遞之間緊密的偶聯(lián)關(guān)系，所以ADP也能刺激電子的傳遞和氧氣的消耗。

3．C：電子傳遞的方向是從標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位低的成分到標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位高的成分，細(xì)胞色素a（Fe?2＋／Fe 3＋））最接近呼吸鏈的末端，因此它的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位最高。

4．D：?NAD?+ 和NADPH的內(nèi)部都含有ADP基團(tuán)，因此與ADP一樣都含有高能磷酸鍵，烯醇式丙酮酸磷酸也含有高能磷酸鍵，只有FMN沒有高能磷酸鍵。

5．B：甘油酸-1,3-二磷酸→甘油酸-3-磷酸是糖酵解中的一步反應(yīng)，此反應(yīng)中有ATP的合成。

6．C：?乙酰CoA徹底氧化需要消耗兩分子氧氣，即4個(gè)氧原子，可產(chǎn)生12分子的ATP，因此P／O值是12／4＝3

7．D：?當(dāng)ATP的濃度較高時(shí)，ATP的高能磷酸鍵被轉(zhuǎn)移到肌酸分子之中形成磷酸肌酸。

8．C：CoQ含有一條由n個(gè)異戊二烯聚合而成的長鏈，具脂溶性，廣泛存在于生物系統(tǒng)，又稱泛醌。

9．C：寡霉素是氧化磷酸化抑制劑，它能與F0的一個(gè)亞基專一結(jié)合而抑制F1，從而抑制了ATP的合成。

10．D：1分子乳酸徹底氧化經(jīng)過由乳酸到丙酮酸的一次脫氫、丙酮酸到乙酰CoA和乙酰CoA再經(jīng)三羧酸循環(huán)的五次脫氫，其中一次以FAD為受氫體，經(jīng)氧化磷酸化可產(chǎn)生ATP為1×3＋4×3＋1×2=17，此外還有一次底物水平磷酸化產(chǎn)生1個(gè)ATP，因此最后產(chǎn)ATP為18個(gè)；而在真核生物中，乳酸到丙酮酸的一次脫氫是在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行產(chǎn)生NADH，此NADH在經(jīng)α-磷酸甘油穿棱作用進(jìn)入線粒體要消耗1分子ATP，因此，對真核生物最后產(chǎn)ATP為17個(gè)。

11．B：磷酸甘油酸激酶、丙酮酸激酶與琥珀酸硫激酶分別是糖酵解中及三羧酸循環(huán)中的催化底物水平磷酸化的轉(zhuǎn)移酶，只有磷酸果糖激酶不是催化底物水平磷酸化反應(yīng)的酶。

12．D：熱力學(xué)中自由能是狀態(tài)函數(shù)，生物化學(xué)反應(yīng)中總能量的變化不取決于反應(yīng)途徑。當(dāng)反應(yīng)體系處于平衡系統(tǒng)時(shí)，實(shí)際上沒有可利用的自由能。只有利用來自外部的自由能，才能打破平衡系統(tǒng)。

13．B：由于電子是從低標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位向高標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位流動(dòng)，而題目中所給的氧化還原對中，細(xì)胞色素aa3（Fe2十／Fe3＋）在氧化呼吸鏈中處于最下游的位置，所以細(xì)胞色素aa3（Fe2十／Fe3＋）的氧化還原電位最高。

14．C：二硝基苯酚抑制線粒體內(nèi)的氧化磷酸化作用，使呼吸鏈傳遞電子釋放出的能量不能用于ADP磷酸化生成ATP，所以二硝基苯酚是一種氧化磷酸化的解偶聯(lián)劑。

15．D：脂肪、糖和ATP都是活細(xì)胞化學(xué)能的直接來源。陽光是最根本的能源，光子所釋放的能量被綠色植物的葉綠素通過光合作用所利用。熱能只有當(dāng)它從熱物體向冷物體傳遞過程中才能做功，它不能作為活細(xì)胞的可利用能源，但對細(xì)胞周圍的溫度有影響。

16．D：氧化還原電位是衡量電子轉(zhuǎn)移的標(biāo)準(zhǔn)。延胡索酸還原成琥珀酸的氧化還原電位和標(biāo)準(zhǔn)的氫電位對比是+ 0.03V 特，而硫酸鐵（高鐵Fe3＋）還原成硫酸亞鐵（亞鐵Fe2＋）的氧化還原電位是+ 0.077V伏特，這樣高鐵對電子的親和力比延胡索酸要大。所以加進(jìn)去的琥珀酸將被氧化成延胡索酸，而硫酸鐵則被還原成硫酸亞鐵。延胡索酸和硫酸亞鐵的量一定會增加。

17．B：化學(xué)滲透學(xué)說指出在呼吸鏈中遞氫體與遞電子體是交替排列的，遞氫體有氫質(zhì)子泵的作用，而遞電子體卻沒有氫質(zhì)子泵的作用。

18．D：線粒體內(nèi)膜不允許NADH自由通過，胞液中NADH所攜帶的氫通過兩種穿梭機(jī)制被其它物質(zhì)帶人線粒體內(nèi)。糖酵解中生成的磷酸二羥丙酮可被NADH還原成3-磷酸甘油，然后通過線粒體內(nèi)膜進(jìn)人到線粒體內(nèi)，此時(shí)在以FAD為輔酶的脫氫酶的催化下氧化，重新生成磷酸二羥丙酮穿過線粒體內(nèi)膜回到胞液中。這樣胞液中的NADH變成了線粒體內(nèi)的FADH2。這種α-磷酸甘油穿梭機(jī)制主要存在于肌肉、神經(jīng)組織。

另一種穿梭機(jī)制是草酰乙酸-蘋果酸穿梭。這種機(jī)制在胞液及線粒體內(nèi)的脫氫酶輔酶都是NAD＋，所以胞液中的NADH到達(dá)線粒體內(nèi)又生成NADH。就能量產(chǎn)生來看，草酰乙酸-蘋果酸穿梭優(yōu)于α-磷酸甘油穿梭機(jī)制；但α-磷酸甘油穿梭機(jī)制比草酰乙酸-蘋果酸穿梭速度要快很多。主要存在于動(dòng)物的肝、腎及心臟的線粒體中。

19．C：胞液中的NADH經(jīng)蘋果酸穿梭到達(dá)線粒體內(nèi)又生成NADH，因此，1分子NADH再經(jīng)電子傳遞與氧化磷酸化生成3分子ATP。

20．D：呼吸鏈中各細(xì)胞色素在電子傳遞中的排列順序是根據(jù)氧化還原電位從低到高排列的。

?

（四）是非判斷題

1．對：

2．對：琥珀酸脫氫酶的輔基FAD與酶蛋白的一個(gè)組氨酸以共價(jià)鍵相連。

3．錯(cuò)：只要有合適的電子受體，生物氧化就能進(jìn)行。

4．錯(cuò)：NADPH通常作為生物合成的還原劑，并不能直接進(jìn)入呼吸鏈接受氧化。只是在特殊的酶的作用下，NADPH上的H被轉(zhuǎn)移到NAD+上，然后由NADH進(jìn)人呼吸鏈。

5．錯(cuò)：在正常的生理?xiàng)l件下，電子傳遞與氧化磷酸化是緊密偶聯(lián)的，低濃度的ADP限制了氧化磷酸化，因而就限制了電子的傳遞速率。而DNP是一種解偶聯(lián)劑，它可解除電子傳遞和氧化磷酸化的緊密偶聯(lián)關(guān)系，在它的存在下，氧化磷酸化和電子傳遞不再偶聯(lián)，因而ADP的缺乏不再影響到電子的傳遞速率。

6．對：磷酸肌酸在供給肌肉能量上特別重要，它作為儲藏~P的分子以產(chǎn)生收縮所需要的ATP。當(dāng)肌肉的ATP濃度高時(shí)，末端磷酸基團(tuán)即轉(zhuǎn)移到肌酸上產(chǎn)生磷酸肌酸；當(dāng)ATP的供應(yīng)因肌肉運(yùn)動(dòng)而消耗時(shí)，ADP濃度增高，促進(jìn)磷酸基團(tuán)向相反方向轉(zhuǎn)移，即生成ATP。

7．錯(cuò)：解偶聯(lián)劑使電子傳遞與氧化磷酸化脫節(jié)，電子傳遞釋放的能量以熱形式散發(fā)，不能形成ATP。

8．對：組成呼吸鏈的各成員有一定排列順序和方向，即由低氧還電位到高氧還電位方向排列。

9．錯(cuò)：NADPH / NADP+的氧還勢與NADH / NAD+相同，并且NADPH / NADP+通常不進(jìn)入呼吸鏈，而主要是提供生物合成的還原劑。

10．對：寡霉素是氧化磷化抑制劑，它與F1F0-ATPase的F0結(jié)合而抑制F1，使線粒體內(nèi)膜外側(cè)的質(zhì)子不能返回膜內(nèi)，造成ATP不能合成。

11．對：在正常的生理?xiàng)l件下，電子傳遞與氧化磷酸化是緊密偶聯(lián)的，因而ADP的氧化磷酸化作用就直接影響電子的傳遞速率。

12．對：在生物系統(tǒng)中ATP作為自由能的即時(shí)供體，而不是自由能的儲藏形式。

?

（五）完成反應(yīng)方程式

1．4-細(xì)胞色素a3-Fe2+ + O2 + 4H+ ?—→?4-細(xì)胞色素a3-Fe3+ +（2H2O）

???催化此反應(yīng)的酶：（細(xì)胞色素氧化酶或末端氧化酶）

2．NADH?+ H+?+ 0.5O2 + 3ADP + (3H3PO4) —→?NAD+ +3ATP + 4H2O

?

（六）?問答題（解題要點(diǎn)）

1．答：常見的呼吸鏈電子傳遞抑制劑有：

（1）魚藤酮（rotenone）、阿米妥（amytal）、以及殺粉蝶菌素（piericidin-A），它們的作用是阻斷電子由NADH向輔酶Q的傳遞。魚藤酮是從熱帶植物（Derriselliptiee）的根中提取出來的化合物，它能和NADH脫氫酶牢固結(jié)合，因而能阻斷呼吸鏈的電子傳遞。魚藤酮對黃素蛋白不起作用，所以魚藤酮可以用來鑒別NADH呼吸鏈與FADH2呼吸鏈。阿米妥的作用與魚藤酮相似，但作用較弱，可用作麻醉藥。殺粉蝶菌素A是輔酶Q的結(jié)構(gòu)類似物，由此可以與輔酶Q相競爭，從而抑制電子傳遞。

（2）抗霉素A（antimycin A）是從鏈霉菌分離出的抗菌素，它抑制電子從細(xì)胞色素b到細(xì)胞色素c1的傳遞作用。

（3）氰化物、一氧化碳、疊氮化合物及硫化氫可以阻斷電子細(xì)胞色素aa3向氧的傳遞作用，這也就是氰化物及一氧化碳中毒的原因。

2．答：氰化鉀的毒性是因?yàn)樗M(jìn)入人體內(nèi)時(shí)，CNˉ的N原子含有孤對電子能夠與細(xì)胞色素aa3的氧化形式——高價(jià)鐵Fe3＋以配位鍵結(jié)合成氰化高鐵細(xì)胞色素aa3，使其失去傳遞電子的能力，阻斷了電子傳遞給O2，結(jié)果呼吸鏈中斷，細(xì)胞因窒息而死亡。而亞硝酸在體內(nèi)可以將血紅蛋白的血紅素輔基上的Fe2＋氧化為Fe3＋。部分血紅蛋白的血紅素輔基上的Fe2＋被氧化成Fe3＋——高鐵血紅蛋白，且含量達(dá)到20%-30%時(shí)，高鐵血紅蛋白（Fe3＋）也可以和氰化鉀結(jié)合，這就競爭性抑制了氰化鉀與細(xì)胞色素aa3的結(jié)合，從而使細(xì)胞色素aa3的活力恢復(fù)；但生成的氰化高鐵血紅蛋白在數(shù)分鐘后又能逐漸解離而放出CNˉ。因此，如果在服用亞硝酸的同時(shí)，服用硫代硫酸鈉，則CNˉ可被轉(zhuǎn)變?yōu)闊o毒的SCNˉ，此硫氰化物再經(jīng)腎臟隨尿排出體外。

3．答：葡萄糖的磷酸戊糖途徑是在胞液中進(jìn)行的，生成的NADPH具有許多重要的生理功能，其中最重要的是作為合成代謝的供氫體。如果不去參加合成代謝，那么它將參加線粒體的呼吸鏈進(jìn)行氧化，最終與氧結(jié)合生成水。但是線粒體內(nèi)膜不允許NADPH和NADH通過，胞液中NADPH所攜帶的氫是通過轉(zhuǎn)氫酶催化過程進(jìn)人線粒體的：

（1）NADPH + NAD＋?→?NADP十?+ NADH

（2）NADH所攜帶的氫通過兩種穿梭作用進(jìn)人線粒體進(jìn)行氧化：

a α-磷酸甘油穿梭作用；進(jìn)人線粒體后生成FADH2。

b 蘋果酸穿梭作用；進(jìn)人線粒體后生成NADH。

4．答：ATP在體內(nèi)有許多重要的生理作用：

（1）是機(jī)體能量的暫時(shí)貯存形式：在生物氧化中，ADP能將呼吸鏈上電子傳遞過程中所釋放的電化學(xué)能以磷酸化生成ATP的方式貯存起來，因此ATP是生物氧化中能量的暫時(shí)貯存形式。

（2）是機(jī)體其它能量形式的來源：ATP分子內(nèi)所含有的高能鍵可轉(zhuǎn)化成其它能量形式，以維持機(jī)體的正常生理機(jī)能，例如可轉(zhuǎn)化成機(jī)械能、生物電能、熱能、滲透能、化學(xué)合成能等。體內(nèi)某些合成反應(yīng)不一定都直接利用ATP供能，而以其他三磷酸核苷作為能量的直接來源。如糖原合成需UTP供能；磷脂合成需CTP供能；蛋白質(zhì)合成需GTP供能。這些三磷酸核苷分子中的高能磷酸鍵并不是在生物氧化過程中直接生成的，而是來源于ATP。

（3）可生成cAMP參與激素作用：ATP在細(xì)胞膜上的腺苷酸環(huán)化酶催化下，可生成cAMP，作為許多肽類激素在細(xì)胞內(nèi)體現(xiàn)生理效應(yīng)的第二信使。

5．答：DNP作為一種解偶聯(lián)劑，能夠破壞線粒體內(nèi)膜兩側(cè)的質(zhì)子梯度，使質(zhì)子梯度轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽皇茿TP。在解偶聯(lián)狀態(tài)下，電子傳遞過程完全是自由進(jìn)行的，底物失去控制地被快速氧化，細(xì)胞的代謝速率將大幅度提高。這些將導(dǎo)致機(jī)體組織消耗其存在的能源形式，如糖原和脂肪，因此有減肥的功效。但是由于這種消耗是失去控制的消耗，同時(shí)消耗過程中過分產(chǎn)熱，這勢必會給機(jī)體帶來強(qiáng)烈的副作用。

6．答：某些植物體內(nèi)出現(xiàn)對氰化物呈抗性的呼吸形式，這種呼吸形式可能并不需要細(xì)胞色素氧化酶，而是通過其他的對氰化物不敏感的電子傳遞體將電子傳遞給氧氣。

7．答：鐵硫蛋白是一種非血紅素鐵蛋白，其活性部位含有非血紅素鐵原子和對酸不穩(wěn)定的硫原子，此活性部位被稱之為鐵硫中心。鐵硫蛋白是一種存在于線粒體內(nèi)膜上的與電子傳遞有關(guān)的蛋白質(zhì)。鐵硫蛋白中的鐵原子與硫原子通常以等摩爾量存在，鐵原子與蛋白質(zhì)的四個(gè)半胱氨酸殘基結(jié)合。根據(jù)鐵硫蛋白中所含鐵原子和硫原子的數(shù)量不同可分為三類：FeS中心、Fe2-S2中心和Fe4-S4中心。在線粒體內(nèi)膜上，鐵硫蛋白和遞氫體或遞電子體結(jié)合為蛋白復(fù)合體，已經(jīng)證明在呼吸鏈的復(fù)合物I、復(fù)合物Ⅱ、復(fù)合物Ⅲ中均結(jié)合有鐵硫蛋白，其功能是通過二價(jià)鐵離子和三價(jià)鐵離子的化合價(jià)變化來傳遞電子，而且每次只傳遞一個(gè)電子，是單電子傳遞體。

8．答：細(xì)胞內(nèi)存在著三種經(jīng)常參與能量代謝的腺苷酸，即ATP、ADP和AMP。這三種腺苷酸的總量雖然很少，但與細(xì)胞的分解代謝和合成代謝緊密相聯(lián)。三種腺苷酸在細(xì)胞中各自的含量也隨時(shí)在變動(dòng)。生物體中ATP-ADP-AMP系統(tǒng)的能量狀態(tài)（即細(xì)胞中高能磷酸狀態(tài)）在數(shù)量上衡量稱能荷。

能荷的大小與細(xì)胞中ATP、ADP和AMP的相對含量有關(guān)。當(dāng)細(xì)胞中全部腺苷酸均以ATP形式存在時(shí)，則能荷最大，為100‰，即能荷為滿載。當(dāng)全部以AMP形式存在時(shí)，則能荷最小，為零。當(dāng)全部以ADP形式存在時(shí)，能荷居中，為50％。若三者并存時(shí)，能荷則隨三者含量的比例不同而表現(xiàn)不同的百分值。通常情況下細(xì)胞處于80‰的能荷狀態(tài)。

能荷與代謝有什么關(guān)系呢？研究證明，細(xì)胞中能荷高時(shí)，抑制了ATP的生成，但促進(jìn)了ATP的利用，也就是說，高能荷可促進(jìn)分解代謝，并抑制合成代謝。相反，低能荷則促進(jìn)合成代謝，抑制分解代謝。

能荷調(diào)節(jié)是通過ATP、ADP和AMP分子對某些酶分子進(jìn)行變構(gòu)調(diào)節(jié)進(jìn)行的。例如糖酵解中，磷酸果糖激酶是一個(gè)關(guān)鍵酶，它受ATP的強(qiáng)烈抑制，但受ADP和AMP促進(jìn)。丙酮酸激酶也是如此。在三羧酸環(huán)中，丙酮酸脫氫酶、檸檬酸合成酶、異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶等，都受ATP的抑制和ADP的促進(jìn)。呼吸鏈的氧化磷酸化速度同樣受ATP抑制和ADP促進(jìn)。

9．答：目前解釋氧化作用和磷酸化作用如何偶聯(lián)的假說有三個(gè)，即化學(xué)偶聯(lián)假說、結(jié)構(gòu)偶聯(lián)假說與化學(xué)滲透假說。其中化學(xué)滲透假說得到較普遍的公認(rèn)。該假說的主要內(nèi)容是：

（1）線粒體內(nèi)膜是封閉的對質(zhì)子不通透的完整內(nèi)膜系統(tǒng)。

（2）電子傳遞鏈中的氫傳遞體和電子傳遞體是交叉排列，氫傳遞體有質(zhì)子（H＋）泵的作用，在電子傳遞過程中不斷地將質(zhì)子（H＋）從內(nèi)膜內(nèi)側(cè)基質(zhì)中泵到內(nèi)膜外側(cè)。

（3）質(zhì)子泵出后，不能自由通過內(nèi)膜回到內(nèi)膜內(nèi)側(cè)，這就形成內(nèi)膜外側(cè)質(zhì)子（H＋）濃度高于內(nèi)側(cè)，使膜內(nèi)帶負(fù)電荷，膜外帶正電荷，因而也就形成了兩側(cè)質(zhì)子濃度梯度和跨膜電位梯度。這兩種跨膜梯度是電子傳遞所產(chǎn)生的電化學(xué)電勢，是質(zhì)子回到膜內(nèi)的動(dòng)力，稱質(zhì)子移動(dòng)力或質(zhì)子動(dòng)力勢。

（4）一對電子（2eˉ）從NADH傳遞到O2的過程中共有3對H十從膜內(nèi)轉(zhuǎn)移到膜外。復(fù)合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ著質(zhì)子泵的作用，這與氧化磷酸化的三個(gè)偶聯(lián)部位一致，每次泵出2個(gè)H十。

（5）質(zhì)子移動(dòng)力是質(zhì)子返回膜內(nèi)的動(dòng)力，是ADP磷酸化成ATP的能量所在，在質(zhì)子移動(dòng)力驅(qū)使下，質(zhì)子（H＋）通過F1F0-ATP合酶回到膜內(nèi)，同時(shí)ADP磷酸化合戚ATP。