生物化学经典题

计算一分子硬脂酸彻底氧化成CO2和H2O，产生的ATP分子数，并计算每克硬脂酸彻底氧化产生的自由能.

[答] （1）一分子硬脂酸需要经过8轮β氧化，生成9个乙酰CoA，8个FADH2 和8NADH，9个乙酰CoA可生成ATP：10×9=90个；8个FADH2可生成ATP ：1.5×8=12个；8个NADH可生成ATP：2.5×8=20个；以上总计为122个ATP，但是硬脂酸活化为硬脂酰CoA时消耗了两个高能磷酸键，一分子硬脂肪酸净生成120个ATP。（2）120个ATP水解的标准自由能为120×（－

30.54）KJ=－3664.8KJ，硬脂肪酸的相对分子质量为256。故

1克硬脂肪酸彻底氧化产生的自由能为－3664.8/256=－

13.5KJ。

详解：

硬脂酸活化为硬脂酰CoA时把一个ATP转化成为AMP，消耗了两个高能磷酸键，长链脂酰CoA和肉毒碱反应转移进线立体时没有耗能，在β-氧化的反应过程中第一步脱氢：脂酰CoA在脂酰基CoA脱氢酶的催化下，其烃链的α、β位碳上各脱去一个氢原子，生成α、β烯脂酰CoA（trans-y-enoyl CoA），脱下的两个氢原子由该酶的辅酶FAD接受生成FAD.2H.后者经电子传递链传递给氧而生成水，同时伴有两分子ATP的生成。第二步加水没有能量损失，c 再脱氢：β-羟脂酰CoA在β-羟脂酰CoA脱氢酶（L-βhydroxy acyl CoAdehydrogenase）催

化下，脱去β碳上的2个氢原子生成β-酮脂酰CoA，脱下的氢由该酶的辅酶NAD+接受，生成NADH＋H+ .后者经电子传递链氧化生成水及3分子ATP. d 硫解：β-酮脂酰CoA在β-酮脂酰CoA在硫解酶中无能量损失，1分子软脂酸含16个碳原子，靠7次β氧化生成7分子NADH+H+，7分子FADH2，8分子乙酰CoA，而所有脂肪酸活化均需耗去2分子ATP.故1分子软脂酸彻底氧化共生成：7×2+7×3+8×12-2＝129分子

⒏试说明“酮尿症”的生化机制。

泛指一个系统中，各元素之间的相互作用的过程和功能。机制一定是经过实践检验有效的方式方法，并进行一定的加工，使之系统化、理论化，这样才能有效地指导实践。泛指一个复杂的工作系统和某些自然现象的物理、化学规律等等。

生化机制：常常是指在某些生物体内的某些化学物通过一定的化学反应生成一定的化学物，这个过程使得完成某项生理功能或现象。

是在生物化学这个角度，各个元素相互作用的过程并行使其功能。

计算一分子硬脂酸彻底氧化成CO2和H2O，产生的ATP分子数，并计算每克硬脂酸彻底氧化产生的自由能

[答] （1）一分子硬脂酸需要经过8轮β氧化，生成9个乙酰CoA，8个FADH2 和8NADH，9个乙酰CoA可生成ATP：10×9=90个；8个FADH2可生成ATP ：1.5×8=12个；8个NADH可生成ATP：2.5×8=20个；以上总计为122个ATP，但是硬脂酸活化

为硬脂酰CoA时消耗了两个高能磷酸键，一分子硬脂肪酸净生

成120个ATP。（2）120个ATP水解的标准自由能为120×（－30.54）KJ=－3664.8KJ，硬脂肪酸的相对分子质量为256。故

1克硬脂肪酸彻底氧化产生的自由能为－3664.8/256=－

13.5KJ。

苯酮尿症(phenlketonuria,PKU)主要是由于编码苯丙氨酸羟

化酶(PAH)的基因突变,导致肝脏PAH活性降低或缺乏所致.各

国应用分子生物学等技术对PAH基因突变进行了广泛研究,到

目前为止,有498突变基因被确定,其中致病性的突变有460余种;研究者们应用体外表达预测酶活性和测定体内苯丙氨酸氧

化率等方法研究基因型-表型的相关性,希望通过基因型来预

测未知的表型,以便指导PKU的分类和治疗.该文综述了PAH基

因突变在不同地区、人种和民族的特点,同时对基因型-生化代

谢表型以及基因型-智能表型的相关关系的研究进行综合分析. 苯酮尿症(Phenylketonuria),简称PKU，此疾病为一种罕见的

遗传性疾病，起因为苯氨基丙酸(phenylalanine)这种氨基酸

无法被完全代谢所导致；缺乏丙酮酸羟化酶，苯丙氨酸只能靠

转氨生成苯丙酮酸，病人尿中排出大量苯丙酮酸。苯丙酮酸堆积对神经有毒害，使智力发肓出现障碍。

病因

苯酮尿症是先天性氨基酸代谢异常的疾病,因患者的肝脏内缺乏苯丙氨酸径化脢,而无法将人体过量的苯丙氨酸转变为酪氨酸及其他无害的物质。过量的苯丙氨酸及其代谢物质堆积在血液中,会造成脏器损害,尤其会对脑部及中枢神经系统造成伤害,引起智能不足。新生儿患病的机率约是五万分之一,一年约有六、七个患有此种病症的新生儿出生。

一、苯酮尿症形成的原因及症状

1934年挪威的Dr.Folling在家族性智障病患的尿液中发现有特殊陈腐味道，後来才知道该物质是苯丙酮酸(phenylpyruvic acid)，在1937年正式命名为苯酮尿症(phenylketonuria；PKU)。苯酮尿症是一种体染色体隐性遗传疾病，主要是由於体内苯丙胺酸(phenylalanine；Phe)羟化(hydroxylation)成酪胺酸(tyrosine；Tyr)的代谢途径机障所引起的先天代谢异常疾病。目前已知有五种不同酵素的缺乏会造成此种代谢机障；这些包括有：苯丙胺酸羟化酵素(phenylalaninehydroxylase；PAH)、鸟嘌呤核甘三磷酸环化水解酵素(Gtp cyclohydrolase I；GTPCHI)、丙二酮四氢喋呤合成酵素(6-pyruvoyl

tetrahydropterin synthase；PTPS)、双氢喋啶还原酵素(dihydropteridine reductase；DHPR)及喋呤甲醇胺脱水酵素(pterin-4?-carbinolamine dehydratase；PCD)。依其缺乏的不同，会有不同的临床症状及诊断方法，其治疗方法也不相同。第一种苯丙胺酸羟化酵素(PAH)缺乏会造成最常见的典型苯酮尿症。其临床症状为毛髮展现黄色、皮肤苍白乾燥及智能残障的後遗症。根据文献的报告，欧美的PKU患者约98~99%为此型，其发生率约为一万分之一，但是有很大的地区和种族上的差异。国内筛检八十七万新生儿的结果显示，PKU发生率约为三万四千分之一，其中只有约70~80%的患者为典型苯酮尿症。

第二至第四种缺乏会造成苯丙胺酸羟化成酪胺酸时必需的辅

助酵素四氢生喋呤(tetrahydrobiopterin；BH4)缺乏。其临床症状除了典型苯酮尿症有的症状外，尚有严重的神经学症状(如抽搐)、生长发育迟缓、易感染等。

第五种缺乏虽也会造成辅助酵素四氢生喋呤的不足，但临床症状轻微，可能不需要治疗。国内之PKU患者约有20%~30%为四氢生喋呤缺乏型，与西方国家的结果大不相同，特别需要鑑别诊断，以便採取正确的治疗方法。

二、苯酮尿症的治疗方式

要预防PKU後遗症的发生，除了必须对症下药，且愈早治疗效果愈好。根据国外文献报告，患者在一个月内治疗，其平均智商为95，一至两个月大才治疗之患者，平均智商为85；而晚

期接受治疗或未治疗者，其平均智商为53-45。根据国内的经验及国外之文献，BH4缺乏型的治疗预後很好，尤其是神经症状的控制及生长发育，若在新生儿期即接受治疗，其智商更可达到正常人的标准。

⒉说明真核生物体内脂肪酸合酶的结构与功能。

[答] 在植物体内，脂肪酸合酶是由不同的七种多肽链的聚合体和ACP组成的多酶体系。酵母中，脂肪酸合酶由酰基载体蛋白（ACP）和6个酶构成，这6个酶定位为两个多功能多肽链，它们分别是乙酰CoA-ACP转酰酶、丙二酸单酰CoA-ACP转酰酶、β-酮酰-ACP合酶、β-酮酰-ACP还原酶、β-羟酰-ACP脱水酶、烯酰-ACP还原酶；动物中，脂肪酸合酶包含有7个酶和一个ACP，其中6个酶和酵母中的相同，另一个为软脂酰-ACP硫酯酶。ACP是“acyl carrier proterin”的简写符号，是一个相对分子质量低的蛋白质，它没有酶的活性，在脂肪酸合成中犹如CoA在脂肪酸降解中的作用，仅作为脂酰基的载体。它的辅基是ACP的丝氨酸残基上结合的4′-磷酸泛酰巯基乙胺，其末端的－SH基是携带脂酰基的功能部位。ACP可把脂酰基从一个酶转移到另一个酶，因而被称作“酰基载体蛋白”。在脂肪酸降解中，同样的磷酸泛酰巯基乙胺又是CoA的一部分。这个

长链的4′-磷酸泛酰巯基乙胺分子犹如“摆臂”，把底物在酶复合体上从一处的催化中心转移到另一处。

脂肪酸合成中碳链的延长在线粒体中和在内质网中的机制有

何不同？

5 ?（ 1 ）线粒体中的延长是以乙酰单位的加长和还原，是降解的逆过程。只是脂肪酸延长最后一步使用 NADPH+H + 为还原剂，而脂肪酸降解的第一步使用 FAD 为氧化剂。（ 2 ）光面内质网中的延长更为活跃，其反应过程与软脂酸的合成相似，只是参与的酶有所改变，— CoA 取代了合成中所用得ACP ，丙二酸单酰— CoA 为二碳单位的供体，由 NADPH+H + 提供 H ，经过还原、脱水、再还原形成 18 碳产物硬脂酰—CoA 。

软脂酸作为其他更长碳链脂肪酸的前体，在滑面内质网或线粒体中的脂肪酸碳链延长酶体系作用下，形成更长碳链的脂肪酸。

在内质网，软脂酸延长是以丙二酰CoA为二碳单位的供体；在线粒体，软脂酸延长以乙酰CoA为二碳单位的供体。在延长过程中均由NADPH+H+供氢，使脂肪酸碳链延长至24碳或26碳。以18碳的硬脂酸最多。

脂肪酸碳链的延长可在滑面内质网和线粒体中经脂肪酸延长

酶体系催化完成。

在内质网，软脂酸延长是以丙二酰CoA为二碳单位的供体，由NADPH+H+供氢，亦经缩合脱羧、还原等过程延长碳链，与胞液中脂肪酸合成过程基本相同。但催化反应的酶体系不同，其脂肪酰基不是以ACP为载体，而是与辅酶A相连参加反应。除脑组织外一般以合成硬脂酸(18C)为主，脑组织因含其他酶，故可延长至24碳的脂肪酸，供脑中脂类代谢需要。

在线粒体，软脂酸经线粒体脂肪酸延长酶体系作用，与乙酰CoA缩合逐步延长碳链，其过程与脂肪酸β氧化逆行反应相似，仅烯脂酰CoA还原酶的辅酶为NADPH+H+与β氧化过程不同。通过此种方式一般可延长脂肪酸碳链至24或26碳，但以硬脂酸最多。

酮体是脂肪代谢的产物，包括乙酰乙酸，β-羟丁酸及丙酮。其中乙酰乙酸及β-羟丁酸均为强酸。

患糖尿病时，因为糖代谢紊乱加重，细胞不能充分地利用葡萄糖来补充能量，只好动用脂肪，脂肪分解加速产生大量脂肪酸，超出了机体利用的能力而转化为酮体。当超过肾脏排酮阈时，酮体从尿中排出，所以尿中出现酮体。

酮体为乙酰乙酸、β羟丁酸及丙酮的总称,为人体利用脂肪氧化物产生的中间的代谢产物,正常人产生的酮体很快被利用,在血中含量极微,约为2.0-4.0mg/L其中乙酰乙酸\β羟丁酸\丙酮各种分加约占20%、78%、2%。尿中酮体（以丙酮计）约为50mg/24h。定性测试为阴性。但在饥饿、各种原因引起的糖代谢发生障碍脂分解增加及糖尿病酸中毒时，因产生酮体速度大于组织利用速度，可出现酮血症，继而发生酮尿（ketonuria,KET）。

[方法学评价]以往采用亚硝基铁氰化钠试管或粉剂检查法，现多为简易快速的干化学试带法所取代，此法主要对丙酮及乙酰乙酸起反应，也可用酶法定量或进一步用气相色谱法分析。

[参考值]定性试验：阴性

[临床意义]

（1）糖尿病酮症酸中毒：由于糖利用减少，分解脂肪产生酮体增加而引起酮症。未控制或治疗不当的糖尿病出现酸中毒或昏迷时，尿酮体检查极不价值。应与低血糖、心脑疾病乳酸中毒或高血糖高渗透性糖尿病昏迷相区别。酮症酸中毒时尿

酮体阳性，而后者尿酮体一般不增高，但应注意糖尿病酮症者肾功能严重损伤而肾阈值增高时，尿酮体亦可减少，甚至完全消失。

（2）非糖尿病性酮症者：如感染性疾病肺炎、伤寒、败血症、结核等发热期，严重腹泻、呕吐、饥饿、禁食过久、全身麻酸后等均可出现酮尿，此种情况相当常见。妊娠妇女常因妊娠反应，呕吐、进食少，以致体脂降低解代谢明显增多，发生酮体症而致酮尿。酮体是脂肪酸分解代谢过程中的产物，仅在肝内形成，它包括β-羟丁酸、乙酰乙酸和丙酮，正常成人24小时尿内含量分别为25mg,9mg和3mg，因含量少，用一般方法无法检出。

当糖类代谢发生障碍时，脂肪的分解代谢增加，所产生的酮体（严重者可使血浆酮体高达3～4g/L）超过肝外组织所能利用，即积聚在体内，可引起酸中毒。

尿内出现酮体，是代谢性酸中毒的表现。阳性见于糖尿病酮症酸中毒、严重的妊娠中毒性休克，还可见于中毒（如：磷、乙醚、氯仿等）、热性病（如：伤寒、麻疹、猩红热、肺炎、败血症、急性风湿热、急性粟粒性结核等）及惊厥时。另外，分娩后以及摄入多量脂肪和蛋白质、重症不能进食（如食道癌

等）或进食而不摄入糖类时，均可因体内缺乏，大量分解脂肪而致尿中酮体阳性。

⒊试比较脂肪酸合成与脂肪酸β-氧化的异同。

（1）细胞定位不同：胞质中；线粒体

（2）酰基载体不同：ACP；COA

（3）发生的反应不同：缩合、还原、脱水、再还原；脱氢、水化、再脱氢、硫解

（4）参与酶类不同：2种酶系；5种

（5）辅因子不同：NADPH；FAD，NAD+

（6）ATP不同：耗7ATP；生成130ATP

（7）方向不同：甲基端向羧基端；相反

E.coli中脂肪酸合成包括5个反应步骤：前体负载，前体缩合，还原，脱水和进一步还原（图13.15）。

负载：

乙酰CoA在乙酰CoA-ACP转酰基酶的催化下，将其乙酰基转移到ACP上，形成乙酰-ACP。

丙二酸单酰CoA在丙二酸单酰-ACP转酰基酶的催化下，将丙二酸单酰基转移到ACP上，形成丙二酸单酰-ACP。

点击可以放大

缩合：

酮酰基-ACP合成酶接受乙酰-ACP的乙酰基，释放HS-ACP。

酮酰基-ACP合成酶催化乙酰基转移到丙二酸单酰-ACP上，形成乙酰乙酰-ACP，并释放一分子CO2。

还原：

在酮酰基－ACP还原酶催化下，乙酰乙酰-ACP中的b-酮基被NADPH＋H＋还原为醇，形成D-b-羟丁酰-ACP。

脱水：

在b-羟酰基-ACP脱水酶的催化下，D-b-羟丁酰- ACP脱水，生成带有双键的反式丁烯酰-ACP。

还原：

烯酰基-ACP还原酶催化反式丁烯酰-ACP还原为丁酰-ACP，NADPH为辅酶。

每重复一次（2）～（5）的合成过程，就可以增长两个碳单位，直至合成需要长度的脂酰－ACP（如软脂酰－ACP）。（下图）。

软脂酰-ACP是硫解酶的底物，该酶催化生成软脂酸和HS-ACP。

H2O

软脂酰-ACP ——→软脂酸＋HS- ACP

硫解酶

由乙酰CoA和丙二酸单酰CoA合成软脂酸的总反应的化学计量关系式可表示为：

乙酰CoA＋7丙二酸单酰CoA＋14NADPH＋14H＋→软脂酸＋7CO2＋14NADP＋＋8CoASH＋6H2O

⒈试解释“三羧酸运送系统（tricarboxylate transport system）的作用机制和功能。

合成脂肪酸的原料是乙酰CoA，主要来自糖的氧化分解。此外，某些氨基酸分解也可提供部分乙酰CoA。以上过程都是在线粒体内进行的，而合成脂肪酸的酶却存在于胞液中，因此乙酰CoA 必须进入胞液才能用于合成脂肪酸。乙酰CoA不能自由通过线粒体内膜，需借助于柠檬酸-丙酮酸循环（citrate pyruvate cycle）将乙酰CoA从线粒体内运出到胞液中。

首先在线粒体内，乙酰CoA与草酰乙酸经柠檬酸合酶催化缩合生成柠檬酸，再由线粒体内膜上相应载体协助进入胞液。在胞液内存在的柠檬酸裂解酶可使柠檬酸裂解产生乙酰CoA及草酰乙酸，前者可用于合成脂肪酸，后者可返回线粒体补充合成柠檬酸时的消耗。但草酰乙酸也不能自由通透线粒体内膜，故必需先经苹果酸脱氢酶催化，还原成苹果酸再经线粒体内膜上的载体转运入线粒体，经氧化后补充草酰乙酸。也可在苹果酸酶作用下，氧化脱羧生成丙酮酸，同时伴有NADPH的生成。丙酮酸可经内膜载体被转运入线粒体内，此时丙酮酸可再羧化转变为草酰乙酸。每经柠檬酸-丙酮酸循环一次，可使一分子乙

酰CoA由线粒体进入胞液，同时消耗两分子ATP，还为机体提供了NADPH以补充合成反应的需要。

乙酰CoA需先羧化生成丙二酰CoA后才能进入合成脂肪酸的途径。乙酰CoA羧化酶是脂肪酸合成过程中的限速酶。此酶是变构酶。其无活性的单体与有活性的多聚体之间可以互变。柠檬酸与异柠檬酸可促进单体聚合成多聚体，增强酶活性，而长链脂肪酸可加速解聚，从而抑制该酶活性。乙酰CoA羧化酶还可依赖于cAMP的磷酸化及去磷酸化修饰来调节酶活性。此酶经磷酸化后活性丧失。如胰高血糖素及肾上腺素等能促进这种磷酸化作用。从而抑制脂肪酸的合成；而胰岛素则能促进酶的去磷酸化作用，故可增强乙酰CoA羧化酶活性，加速脂肪酸合成。