生物化学课后答案8新陈代谢总论与生物氧化
王镜岩(第三版)生物化学下册课后习题答案
第19章代谢总论⒈怎样理解新陈代谢？答：新陈代谢是生物体内一切化学变化的总称，是生物体表现其生命活动的重要特征之一。
它是由多酶体系协同作用的化学反应网络。
新陈代谢包括分解代谢和合成代谢两个方面。
新陈代谢的功能可概括为五个方而：①从周围环境中获得营养物质。
②将外界引入的营养物质转变为自身需要的结构元件。
③将结构元件装配成自身的大分子。
④形成或分解生物体特殊功能所需的生物分子。
⑤提供机体生命活动所需的一切能量。
⒉能量代谢在新陈代谢中占何等地位？答：生物体的一切生命活动都需要能量。
生物体的生长、发育，包括核酸、蛋白质的生物合成，机体运动，包括肌肉的收缩以及生物膜的传递、运输功能等等，都需要消耗能量。
如果没有能量来源生命活动也就无法进行．生命也就停止。
⒊在能量储存和传递中，哪些物质起着重要作用？答：在能量储存和传递中，ATP（腺苷三磷酸）、GTP（鸟苷三磷酸）、UTP（尿苷三磷酸）以及CTP（胞苷三磷酸）等起着重要作用。
⒋新陈代谢有哪些调节机制？代谢调节有何生物意义？答：新陈代谢的调节可慨括地划分为三个不同水平：分子水平、细胞水平和整体水平。
分子水平的调节包括反应物和产物的调节（主要是浓度的调节和酶的调节）。
酶的调节是最基本的代谢调节，包括酶的数量调节以及酶活性的调节等。
酶的数量不只受到合成速率的调节，也受到降解速率的调节。
合成速率和降解速率都备有一系列的调节机制。
在酶的活性调节机制中，比较普遍的调节机制是可逆的变构调节和共价修饰两种形式。
细胞的特殊结构与酶结合在一起，使酶的作用具有严格的定位条理性，从而使代谢途径得到分隔控制。
多细胞生物还受到在整体水平上的调节。
这主要包括激素的调节和神经的调节。
高等真核生物由于分化出执行不同功能的各种器官，而使新陈代谢受到合理的分工安排。
人类还受到高级神经活动的调节。
除上述各方面的调节作用外，还有来自基因表达的调节作用。
代谢调节的生物学意义在于代谢调节使生物机体能够适应其内、外复杂的变化环境，从而得以生存。
生物化学第三版 习题答案 第八章
生物化学第三版习题答案第八章第八章糖代谢自养生物分解代谢糖代谢包括异养生物自养生物合成代谢能量转换（能源）糖代谢的生物学功能物质转换（碳源）可转化成多种中间产物，这些中间产物可进一步转化成氨基酸、脂肪酸、核苷酸。
糖的磷酸衍生物可以构成多种重要的生物活性物质：NAD、F AD、DNA、RNA、A TP。
分解代谢：酵解（共同途径）、三羧酸循环（最终氧化途径）、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等。
合成代谢：糖异生、糖原合成、结构多糖合成以及光合作用。
分解代谢和合成代谢，受神经、激素、别构物调整掌握。
第一节糖酵解glycolysis一、酵解与发酵1、酵解glycolysis （在细胞质中进行）酵解酶系统将Glc降解成丙酮酸，并生成A TP的过程。
它是动物、植物、微生物细胞中Glc分解产生能量的共同代谢途径。
在好氧有机体中，丙酮酸进入线粒体，经三羧酸循环被彻底氧化成CO2和H2O，产生的NADH经呼吸链氧化而产生A TP 和水，所以酵解是三羧酸循环和氧化磷酸化的前奏。
若供氧不足，NADH把丙酮酸还原成乳酸（乳酸发酵）。
2、发酵fermentation厌氧有机体（酵母和其它微生物）把酵解产生的NADH上的氢，传递给丙酮酸，生成乳酸，则称乳酸发酵。
若NAPH中的氢传递给丙酮酸脱羧生成的乙醛，生成乙醇，此过程是酒精发酵。
、视网膜。
二、糖酵解过程（EMP）Embden-Meyerhof Pathway ，1940在细胞质中进行1、反应步骤P79 图13-1 酵解途径，三个不行逆步骤是调整位点。
（1）、葡萄糖磷酸化形成G-6-P反应式此反应基本不行逆，调整位点。
△G0= - 4.0Kcal/mol使Glc活化，并以G-6-P形式将Glc限制在细胞内。
催化此反应的激酶有，已糖激酶和葡萄糖激酶。
激酶：催化A TP分子的磷酸基（r-磷酰基）转移究竟物上的酶称激酶，一般需要Mg2+或Mn2+作为辅因子，底物诱导的裂缝关闭现象好像是激酶的共同特征。
第七章新陈代谢总论与生物氧化
能
CoQ~Cytc 0.21V 40.5KJ/mol
能
Cytaa3~O2 0.53V 102.3KJ/mol
NH N
H
O
铁
硫
蛋
白
（a）2Fe-2S
（b）4Fe-4S
的 结
Fe 2+
-e +e
Fe 3+
FMN
FAD
构 （Fe-S）
(Fe-S)b
泛醌
H3C O H3C
O
H3CO H3CO
O
辅酶Q的结构及作用原理
（CHC3H2CH=CCHC3 H2）n H
O
O
OH
CH3 +2H H3CO
CH3
R
-2H H3CO
3.同位素示踪法： 4.代谢途径阻断：如用酶的抑制剂
(三)生物能学简介
• 有关热力学的一些基本概念 • 体系、环境、状态 • 能的两种形式 — 热与功 • 热力学第一定律和内能(internal energy)、
焓(enthalpy) • 热力学第二定律和熵(entropy) • 自由能(free energy)
2e
2H+
1. 呼吸链（电子传递链） 根据接受氢的初受体不同，典型的呼吸链有两种：NADH
呼吸链和FADH2呼吸链。 2. 呼吸链的组成
3. 呼吸链中传递体的顺序
MH2 NADH -0.32
FMN CoQ b c1 -0.30 +0.10 +0.07 +0.22
FAD -0.18
c
aa3
+0.25 +0.29
其中Cyt a3 和CuB形成的活性部位将电子交给O2。
生物化学简明教程第八章新陈代谢及生物氧化
一些重要有机磷酸化合物水解释放的标准自由能
化合物
磷酸烯醇式丙酮酸 氨基甲酰磷酸
1，3-二磷酸甘油酸 磷酸肌酸
ATP →ADP＋Pi 乙酰辅酶A
ADP →AMP＋Pi 焦磷酸
1-磷酸葡萄糖 生物化学简明教程第八章新陈代谢及生物氧化
kJ/mol －61.9 －51.4 －49.3 －43.1 －30.5 －31.5 －27.6 －27.6 －20.9
当机体处于休息状态时，合成的ATP再转化成磷酸肌 酸，把能量贮存起来。
肌酸激酶
ATP + 肌酸 ↔ 磷酸肌酸 + ADP
ΔG = + 12.6 kJ/mol（ΔG约等于0）；反过来ΔG= -41.1 kJ/mol
生物化学简明教程第八章新陈代谢及生物氧化
磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式
生物化学简明教程第八章新陈代谢及生物氧化
生物化学简明教程第八章新陈代谢及生物氧化
8.1 生物氧化
• 有机物在体内分解时逐步释放能量，最
终生成CO2 和 H2O的过程。此过程需耗 氧、排出CO2，又在活细胞内进行，故 又称细胞呼吸（cellular respiration）。
生物化学简明教程第八章新陈代谢及生物氧化
糖 脂肪 蛋白质
O2
生物化学简明教程第八章新陈代谢及生物氧化
神经和肌肉等细胞活动的直接供能物质是ATP，但 ATP在细胞中的含量很低。而磷酸肌酸在大脑中大约相 当ATP的1.5倍；在肌肉中则相当ATP的4倍。所以,磷酸 肌酸可以与ATP的 能量互相转化。
当细胞大量需能时, 磷酸肌酸是细胞内首先供应ADP 使再合成ATP的能源物质。例：运动员具有爆发力和耐 力，是因为肌肉发达，贮存磷酸肌酸多。该物质是ATP 的缓冲剂。
生物化学：第6章 新陈代谢总论与生物氧化
第6章新陈代谢总论与生物氧化 (Biological Oxidation)6 新陈代谢总论与生物氧化小分子 大分子合成代谢（同化作用）需要能量释放能量分解代谢（异化作用）大分子 小分子物质代谢能量代谢新陈代谢信息交换6.1 新陈代谢总论新陈代谢的概念及内涵6.1.1 新陈代谢的研究方法1，活体内（in vivo）和活体外实验（in vitro）2，同位素示踪法3，代谢途径阻断法4，突变体研究法6.1.2 生物体内能量代谢的基本规律1、自由能的概念(1)热力学第一定理: 能量守恒。
(1) 热力学第二定理：自发过程是向着能量分散 程度(熵，S)增大的方向进行。
(3) 自由能：在恒温恒压下,体系可以用来对环境 作功的那部分能量。
(4)自由能变化的公式:△G=△H- T△S△G＜0 反应自发△G＞0 需要能力才能向正反应进行△G=0 反应处于平衡状态6.1.2 生物体内能量代谢的基本规律2、反应标准自由能的变化及其与平衡常数的关系（1）标准自由能： G o′自由能与标准自由能△G = △G o′+ RTln[C][D]/[B][A]当△G = 0时， △G o′= -2.303RTlgK′标准自由能的可加性6.1.2 生物体内能量代谢的基本规律3、氧化还原电位（1）E：在氧化还原反应中,自由能的变化与反应物供出或得到电子的趋势成比例,这种趋势用数字表示,即为氧化还原电位.（2）Ｅ、E o与E o′（3）E o′的含义——其值越小表示所带电子越多，还原能力越强△G o′= -nF △E o ′△E o ′＞０，表示反应能自发进行4、氧化还原电位与自由能的关系检流计盐桥ZnSO 4CuSO 4e+-负极反应: Zn - 2e =Zn 2+ E 0 Zn 2+/ Zn = - 0.76V 正极反应: Cu 2++2e= Cu E 0 Cu 2+/ Cu =+ 0.34V ΔE 0 = E 0正极-E 0负极=+0.34V -(-0.76V)=+1.10V6.1.2 生物体内能量代谢的基本规律2、 ATP 是生物细胞内能量代谢的偶联剂ATP + H 2O ADP +Pi 释放能量30.5kJ/mol ADP + Pi ATP 吸收能量30.5kJ/molATP ——最常见的高能磷酸化合物，具有高能磷酸基团，能量通货。
生物化学 7新陈代谢总论与生物氧化
★真核细胞，生物氧化多在线粒体内进行，在不含线 粒体的原核细胞中，生物氧化在细胞膜上进行。
（一）生物氧化的特点
1，生物氧化是在生物细胞内进行的酶促 氧化过程，反应条件温和（水溶液，pH7和 常温）。
6，生物氧化释放的能量，通过与ATP合成相 偶联，转换成生物体能够直接利用的生物能 ATP。
生物氧化的三阶段
第一阶段：多糖，脂，蛋白质等分解为构造单位——单糖、 甘油与脂肪酸、氨基酸，该阶段几乎不释放化学能。
第二阶段：构造单位经糖酵解、脂肪酸β氧化、氨基酸氧化 等各自的降解途径分解为丙酮酸、乙酰CoA等少数几种共同的 中间代谢物，这些共同的中间代谢物在不同种类物质的代谢间 起着枢纽作用。该阶段释放少量的能量。
生物氧化图示
（二）生物氧化中CO2的生成
直接脱羧
CH3CCOOH O
丙酮酸脱羧酶 （α-脱羧）
CH3CHO + CO2
丙酮酸羧化酶
HOOCCβH2CαCOOH （Β-脱羧） CH3CCOOH + CO2
O
O
氧化脱羧：在脱羧过程中伴随着氧化（脱氢）。
第三阶段：丙酮酸、乙酰CoA等经过三羧酸循环彻底氧化为 CO2、H2O释放大量的能量。
★在第二、第三阶段中，氧化脱下的电子（H—）经过一个氧 化的电子传递过程（氧化电子传递链）最终传给O2，并生成 ATP，以这种方式生成ATP的作用称为氧化磷酸化作用，它是 一种很重要的将生物氧化和能量生成相偶连的机制。
• 一般将水解时能够释放21 kJ /mol（5千卡/mol) 以上自由能（G< -21 kJ / mol）的化合物称 为高能化合物。
第七章新陈代谢总论与生物氧化
ΔG °•ˊ表示生物体内标准自由能(25℃、一个大气压、底 物浓度1mol/•Lˊ 、 pH接近7)
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第七章新陈代谢总论与生物氧化
当反应处于平衡,即ΔG = 0时
ΔG°= -RTln [C][D]/[A][B]
其中 K=[C][D]/[A][B]
ΔG°= -RTlnK= -2.303RTlgK
•CH3CCOOH + CO2 •O
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第七章新陈代谢总论与生物氧化
•
（三） 生物氧化过程中 H2O的生成
•代谢物脱下的氢经生物氧化作用和吸入的氧结合生成水。
•生物体主要以脱氢酶、传递体及氧化酶组成生物氧化体系， 以促进水的生成。
•脱氢 酶 •MH2
•递氢体
• NAD+、NADP+、 FMN、FAD、COQ
第七章新陈代谢总论与生物氧化
对于任何一个化学反应: A + B ←→ C + D
其自由能变化ΔG 遵循下式:
ΔG = ΔG°+RTln[C][D]/[A][B]
ΔG°表示标准自由能(25℃、一个大气压、底物浓度
1m•oˊl/L) R:为气体常数(8.315J/mol一度)
T:绝对温度(摄氏温度+273.15)
•3.呼吸链的主要成分
•(1).烟酰胺脱氢酶类(NAD+和NADP+为辅酶的脱 氢酶组成成分: 酶蛋白、尼克酰胺（Vpp）、核糖、 磷酸与AMP。 •作用:辅酶接受代谢物脱下的2H，传递给黄素蛋 白。
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第七章新陈代谢总论与生物氧化
NADH：还原型辅酶
它是由NAD+接受多种代谢产物脱氢得到的产物。NADH所 携带的高能电子是线粒体呼吸链主要电子供体之一。
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8 新陈代谢总论与生物氧化
1．已知NADH+H+经呼吸链传递遇O2生成水的过程可以用下式表示：
NADH + H+ + 1/2O2 H2O + NAD
+
试计算反应的'E、'G。
解答：在呼吸链中各电子对标准氧化还原电位'E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:
''
GnFE
'
G
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为
电位差值。'G以kJ/mol计。
NADH+H+ + 1/2O2 → NAD+ + H2O
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-FMNNAD++E-FMNH
2
（2）E-FMNH2+2Fe
3+E-FMN+2Fe2++2H+
(3) 2Fe2++2H++Q2Fe3++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：
反应 电子供体 电子受体 还原剂 氧化剂
（1） （2） （3） NADH E-FMN NADH E-FMN
E-FMNH2 Fe3+ E-FMNH2 Fe3+
Fe2+ Q Fe2+ Q
3．组成原电池的两个半电池，半电池A含有1mol/L的甘油酸–3–磷酸和1mol/L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？
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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ATP。
(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ATP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ATP的效率是50%，则膳食糖类可转化为多少摩尔ATP？
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
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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?
(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'G是多
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。