第13章生物氧化与氧化磷酸化单元自测题 (一)名词解释与比较 1. 生物氧化与燃烧 2. 氧化还原电势与氧化还原电势差 3. 自由能变化与标准自由能变化 4. 氧化磷酸化与底物水平磷酸化 5. 氧化磷酸化的解偶联与抑制 6. 甘油-3-磷酸穿梭系统与苹果酸-天冬氨酸穿梭系统 7. ATP/ADP交换体与F1F0-ATP酶 8. NADH呼吸链与FADH2呼吸链 9. 磷氧比与能荷 (二)填空题 1.生物氧化是在细胞中，同时产生的过程。 2.有机物在细胞内的生物氧化与在体外燃烧的主要区别是、和。 3.化学反应的自由能变化用表示，标准自由能变化用表示，生物化学中的标准自由能变化则用 表示。 4.△G<0时表示为反应，△G>0时表示为反应，△G =0时表示反应达到。 5.所谓高能化合物通常指水解时的化合物，其中最重要的是，被称为生物界的。 6.化学反应过程中自由能的变化与平衡常数有密切的关系，即△G0′＝。 7.在氧化还原反应过程中，自由能的变化与氧化还原势(E0′)有密切的关系，即△G0′＝。如细胞色素aa3把电子 传给分子氧的△G0′＝ kJ/mol。 8.真核细胞中生物氧化的主要场所是，呼吸链和氧化磷酸化偶联因子定位于。原核细胞的呼吸链存在于上。 9.电子传递链中的铁硫蛋白中铁与或无机硫结合而成。 10.NADH脱氢酶是一种蛋白，该酶的辅基是。 11.细胞色素和铁硫中心在呼吸链中以的变价进行电子传递，每个细胞色素和铁硫中心每次传递 个电子。 12. 在长期进化过程中，复合体Ⅳ已具备同时将个电子交给1分子氧气的机制。 13.在呼吸链中，氢或电子从氧化还原电势的载体依次向的载体传递。 14.呼吸链的复合物Ⅳ又称复合物，它把电子传递给02，又称为。 15.常见的呼吸链电子传递抑制剂中，鱼藤酮专一地抑制的电子传递；抗霉素A专一地抑制的电子传递；CN-、 N3-和CO则专一地阻断由到的电子传递。 16.电子传递链中唯一的小分子物质是，它在呼吸链中起的作用。 17.电子传递体复合体的辅基主要有、、、。 18.肌红蛋白和血红蛋白与细胞色素b、c、c1中的辅基是，细胞色素aa3中的辅基是。 19.氧化态的细胞色素和的血红素A辅基中的铁原子参与形成个配位键，它还保留个游离配位键，所以能 和结合，还能和、、结合而受使此酶活性受抑制。 20. 在呼吸链上位于细胞色素c1的前一个成分是，后一个成分是。 21. 在电子传递链中氧化还原电位差最大的一步在与之间。 22. 除了含有Fe以外，复合体Ⅳ还含有金属原子。 23. 杀粉蝶菌素作为呼吸链上类似物，能够阻断呼吸链。 24. 细胞内呼吸链类型主要有和。从NADH和FADH2分别将电子传递给氧的过程中自由能变分别为 和。经测定这两条呼吸链的P/O分别为、。 25. ATP→ ADP+Pi的△G O′为。由NADH→02的电子传递中，释放的能量理论上足以偶联ATP合成的3个部位 是、、。 26.解释电子传递和氧化磷酸化机制的三个假说是、、 . 27. 化学渗透学说主要认为在传递过程中被从线粒体内膜泵到膜外形成，由此形成的为ATP 合成提供能量。 28. 线粒体内膜上能够产生跨膜的质子梯度的复合体是、和。 29.线粒体ATP酶是由和两部分组成，质子从线粒体外返回基质要经过，ATP合成是在 中，合成一个ATP需质子。 30.质子驱动力(pmf)的大小与跨膜梯度(△pH)和膜电位(△ψ)有密切关系，pmf = 。 31.可以使用学说很好地解释F1F0-ATP酶的催化机理。 32.线粒体外的NADH可以通过和二个穿梭机制进入线粒体，然后被氧化。 33.在含有糖酵解、柠檬酸循环和氧化磷酸化酶活性的细胞匀浆液中，彻底氧化一摩尔丙酮酸、NADH、葡萄糖和磷酸烯醇式 丙酮酸各产生、、和 ATP 。 34. 生物氧化体系主要可由为、和三部分组成。 35. 生物氧化主要通过代谢物的反应实现的，生物氧化过程中产生的H2O是通过 形成的。 36. 理论上，OAA、苹果酸、还原性维生素C、葡萄糖氧化成C02和H20时的P/O值分别是、、、。
非酒精性脂肪性肝炎的线粒体功能障碍 Mitochondrial dysfunction in nonalcoholic steatohepatitis 非酒精性脂肪性肝炎（NASH）的发病机理目前还不明确，其机制也有待阐明。线粒体功能障碍在不同程度上参与NASH的发病，因为它损伤脂肪肝的内环境稳定，并且诱导自由基的过多产生，进而触发脂质过氧化反应和细胞死亡。在本文中，我们讨论了线粒体在脂肪代谢、能量平衡、活性氧产生中的作用，集中研究线粒体损伤和解偶联蛋白在NASH形成的病理生理学过程中的作用。并且讨论了一些定向线粒体的分子的潜在作用。 关键词：ATP平衡；脂肪酸氧化作用；人嗜中性细胞弹性蛋白酶（HNE）；线粒体；NASH；活性氧；解偶联 肝脏线粒体：结构和功能肝细胞在糖类、脂质和蛋白质代谢过程中起关键作用。来源于脂类和糖类代谢的酶解物通过线粒体的作用产生ATP（1）。每一个肝细胞包含大约800个线粒体（占整个细胞容积的18%），这些线粒体在脂肪酸的氧化和氧化磷酸化过程中其关键作用（2）。线粒体有两层膜—内膜和外膜—这两层膜围成一个密集的细胞基质（3）。线粒体膜由一个磷脂双层和蛋白质组成。线粒体外膜包含许多名为孔道蛋白的膜内在蛋白质。这种蛋白质含有一种通道可以渗透小于5000Da的分子，而大分子主要通过线粒体膜转运蛋白来转运（4）。另一方面，线粒体内膜是不可渗透的，因为他们不包含孔道蛋白，但是含有可以调整代谢产物进出细胞基质通道的特殊运输蛋白。此外，蛋白质负责呼吸链的氧化反应并且ATP合酶也位于线粒体膜的内部（5）。
当前线粒体内膜的模型表明它是连续的并且形成被称作嵴的内转，它的数量和形态反映线粒体对细胞的能量需要的反应(3)。线粒体基质是一种含水层包含一种高密度蛋白，包括丙酮酸和脂肪酸氧化作用以及柠檬酸循环所需的酶类。已经经过鉴定的大约700多种线粒体蛋白质中，有200多种只存在肝脏线粒体中（7）。大多数线粒体蛋白质由核DNA编码，但是还有一些由线粒体DNA（mtDNA）编码。mtDNA是一种位于线粒体基质的圆形的、双链的分子。由于它靠近内膜，缺乏保护性组蛋白以及不完善的DNA修复机制使它对氧化损伤极端敏感（8）。 脂肪酸氧化作用 肝脏游离脂肪酸（FFAs）可能有不同的来源： 脂肪组织 乳糜微粒水解 重新合成 假如能量需要很低，肝脏的游离脂肪酸就被酯化为甘油三酯储存在细胞液中或者分泌到血浆中作为极低密度脂蛋白。另一方面，在能量不足的情况下，游离脂肪酸被用于以下方面： 通过线粒体和过氧化物酶参与 β氧化； 通过内质网参与 ω氧化。 线粒体催化大量短、中和长链游离脂肪酸的β氧化，这一途径构成了脂肪酸氧化供能的主要过程。过氧化物酶优先参与缩短长链脂肪酸的β氧化（9）。但是过氧化物酶途径在数量上是很少的（10）。
生物氧化与氧化磷酸化 （一）名词解释 1．生物氧化（biological oxidation）物体内有机物质氧化而产生大量能量的过程称为生物氧化。生物氧化在细胞内进行，氧化过程消耗氧放出二氧化碳和水，所以有时也称之为“细胞呼吸”或“细胞氧化”。生物氧化包括：有机碳氧化变成CO2；底物氧化脱氢、氢及 电子通过呼吸链传递、分子氧与传递的氢结成水；在有机物被氧化成CO2 和H2O 的同时，释放的能量使ADP 转变成ATP。 2．呼吸链（respiratory chain）有机物在生物体内氧化过程中所脱下的氢原子，经过一系列有严格排列顺序的传递体组成的传递体系进行传递，最终与氧结合生成水，这样的电子或氢原子的传递体系称为呼吸链或电子传递链。电子在逐步的传递过程中释放出能量被用于合成ATP，以作为生物体的能量来源。 3．氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）在底物脱氢被氧化时，电子或氢原子在呼吸链上的传递过程中伴随ADP 磷酸化生成ATP 的作用，称为氧化磷酸化。氧化磷酸化是生物体内的糖、脂肪、蛋白质氧化分解合成ATP 的主要方式。 4．三羧酸循环: 在线粒体内乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合为柠檬酸，进行一系列反应又生成草酰乙酸，同时乙酰基被彻底氧化为CO2 和H2O，并产生大量能量的过程。 5．底物水平磷酸化（substrate level phosphorylation）在底物被氧化的过程中，底物分子内部能量重新分布产生高能磷酸键（或高能硫酯键），由此高能键提供能量使ADP（或GDP）磷酸化生成ATP（或GTP）的过程称为底物水平磷酸化。此过程与呼吸链的作用无关，以底物水平磷酸化方式只产生少量ATP。如在糖酵解（EMP）的过程中，3-磷酸甘油醛脱氢后产生的1,3-二磷酸甘油酸，在磷酸甘油激酶催化下形成ATP 的反应，以及在2-磷酸甘油酸脱水后产生的磷酸烯醇式丙酮酸，在丙酮酸激酶催化形成ATP 的反应均属底物水平的磷酸化反应。另外，在三羧酸环（TCA）中，也有一步反应属底物水平磷酸化反应，如α-酮戊二酸经氧化脱羧后生成高能化合物琥珀酰～CoA，其高能硫酯键在琥珀酰CoA 合成酶的催化下转移给GDP 生成GTP。然后在核苷二磷酸激酶作用下，GTP 又将末端的高能磷酸根转给ADP 生成ATP。 6．能荷（energy charge）能荷是细胞中高能磷酸状态的一种数量上的衡量，能荷大小可以说明生物体中ATP-ADP-AMP 系统的能量状态。能荷=([ATP]+ 1/2[ADP])/([ATP]+[ADP]+[AMP]) 7．糖异生:非糖物质（如丙酮酸乳酸甘油生糖氨基酸等）转变为葡萄糖的过程。 8．乳酸循环: 乳酸循环是指肌肉缺氧时产生大量乳酸，大部分经血液运到肝脏，通过 糖异生作用肝糖原或葡萄糖补充血糖，血糖可再被肌肉利用，这样形成的循环称乳 酸循环。 9．发酵: 厌氧有机体把糖酵解生成NADH 中的氢交给丙酮酸脱羧后的产物乙醛，使之 生成乙醇的过程称之为酒精发酵。如果将氢交给病酮酸丙生成乳酸则叫乳酸发酵。 10．糖酵解途径: 糖酵解途径指糖原或葡萄糖分子分解至生成丙酮酸的阶段，是体内糖 代谢最主要途径。 11．糖的有氧氧化: 糖的有氧氧化指葡萄糖或糖原在有氧条件下氧化成水和二氧化碳的 过程。是糖氧化的主要方式。 12．肝糖原分解: 肝糖原分解指肝糖原分解为葡萄糖的过程。 13．磷酸戊糖途径: 磷酸戊糖途径指机体某些组织（如肝、脂肪组织等）以6-磷酸葡萄 糖为起始物在6-磷酸葡萄糖脱氢酶催化下形成6-磷酸葡萄糖酸进而代谢生成磷酸 戊糖为中间代谢物的过程，又称为磷酸已糖旁路。
第五章 生物氧化与氧化磷酸化 第一节 生物氧化的特点及高能化合物 生物氧化的实质是脱氢、失电子或与氧结合，消耗氧生成CO 2和H 2O ，与体外有机物的化学氧化（如燃烧）相同，释放总能量都相同。生物氧化的特点是：作用条件温和，通常在常温、常压、近中性pH 及有水环境下进行；有酶、辅酶、电子传递体参与，在氧化还原过程中逐步放能；放出能量大多转换为ATP 分子中活跃化学能，供生物体利用。体外燃烧则是在高温、干燥条件下进行的剧烈游离基反应，能量爆发释放，并且释放的能量转为光、热散失于环境中。 （一）氧化还原电势和自由能变化 1．自由能 生物氧化过程中发生的生化反应的能量变化与一般化学反应一样可用热力学上的自由能变化来描述。自由能（free energy ）是指一个体系的总能量中，在恒温恒压条件下能够做功的那一部分能量，又称为Gibbs 自由能，用符号G 表示。物质中的自由能（G ）含量是不易测定的，但化学反应的自由能变化（ΔG ）是可以测定的。 B A ?→← ΔG ＝G B —G A 当ΔG 为负值时，是放能反应，可以产生有用功，反应可自发进行；若ΔG 为正值时，是吸能反应，为非自发反应，必须供给能量反应才可进行，其逆反应是自发的。 ][] [ln B A RT G G o +?=? 如果ΔG ＝0时，表明反应体系处于动态平衡状态。此时，平衡常数为K eq ，由已知的K eq 可求得ΔG °： ΔG °＝－RT ln K eq 2． 氧化还原电势 在氧化还原反应中，失去电子的物质称为还原剂，得到电子的物质称为氧化剂。还原剂失去电子的倾向（或氧化剂得到电子的倾向）的大小，
8 电子传递与氧化磷酸化 一、名词解释 1、生物氧化 2、呼吸链 3、氧化磷酸化 4、P/O 二、填空 1、真核细胞的呼吸链主要存在于________________，而原核细胞的呼吸链存在于________________。 2、NADH呼吸链中氧化磷酸化的偶联部位是_________、_________、_________。 3、在呼吸链中，氢或电子从_________的载体依次向_________的载体传递。 4、典型的呼吸链包括_________和_________两种。 5、解释氧化磷酸化作用机制被公认的学说是_________，它是英国生物化学家_________于1961年首先提出的。 6、化学渗透学说主要论点认为：呼吸链组分定位于_________内膜上。其递氢体有_________作用，因而造成内膜两侧的_________ 差，同时被膜上_________合成酶所利用、促使ADP + Pi → ATP 7、动物体内高能磷酸化合物的生成方式有_________和_________两种。 8、可以使用________________学说很好地解释F1／F0-ATP合成酶的催化机理。 9、F1／F0-ATP合成酶合成一分子ATP通常需要消耗________________个质子。 10、鱼藤酮、抗霉素A和CN-、CO的抑制部位分别是________________、________________和________________。 三、单项选择题 1、F1/F o-ATPase的活性中心位于 A、α亚基 B、β亚基 C、γ亚基 D、δ亚基 E、ε亚基 2、下列哪一种物质最不可能通过线粒体内膜？ A、Pi B、苹果酸 C、柠檬酸 D、丙酮酸 E、NADH 3、下列氧化还原系统中标准氧化还原电位最高的是 A、延胡索酸/琥珀酸 B、CoQ/CoQH2 C、细胞色素a(Fe2＋/Fe3＋) D、细胞色素b(Fe2＋/Fe 3＋) E、NAD+/NADH 4、下列反应中哪一步伴随着底物水平的磷酸化反应？ A、葡萄糖→葡萄糖-6-磷酸 B、甘油酸-1,3-二磷酸→甘油酸-3-磷酸 C、柠檬酸→α-酮戊二酸 D、琥珀酸→延胡索酸 E、苹果酸→草酰乙酸 5、氢原子经过呼吸链氧化的终产物是: A、H2O2 B、H2O C、H＋ D、CO2 E、O2 6、下列化合物中哪一个不是呼吸链的成员？ A、CoQ B、细胞色素 C、辅酶I D、FAD E、肉毒碱 7、线粒体氧化磷酸化解偶联是意味着： A．线粒体氧化作用停止 B．线粒体膜ATP酶被抑制 C．线粒体三羧酸循环停止 D．线粒体能利用氧，但不能生成ATP 8、肝细胞胞液中的NADH进入线粒体的机制是： A．肉碱穿梭 B．柠檬酸-丙酮酸循环 C．3-磷酸甘油穿梭 D．苹果酸-天冬氨酸穿梭 9、下列有关呼吸链的叙述哪些是正确的? A、体内最普遍的呼吸链为NADH氧化呼吸链 B、呼吸链的电子传递方向从高电势流向低电势 C、如果不与氧化磷酸化偶联, 电子传递就中断 D、氧化磷酸化发生在胞液中 10、关于电子传递链的下列叙述中哪个是不正确的？（） A、线粒体内有NADH+H+呼吸链和FADH2呼吸链。 B、电子从NADH传递到氧的过程中有3个ATP生成。 C、呼吸链上的递氢体和递电子体完全按其标准氧化还原电位从低到高排列。 D、线粒体呼吸链是生物体唯一的电子传递体系。 11、线粒体外NADH经α-磷酸甘油穿梭作用，进入线粒体内实现氧化磷酸化，其p/o值为 A、0 B.2 C、1.5 D.2 E、2.5 F、3 12、如果质子不经过F1／F0-ATP合成酶回到线粒体基质，则会发生： A、氧化 B、还原 C、解偶联、 D、紧密偶联 13、离体的完整线粒体中，在有可氧化的底物存时下，加入哪一种物质可提高电子传递和氧气摄入量： A、更多的TCA循环的酶 B、ADP C、FADH2 D、NADH 14、呼吸链中的电子传递体中，不是蛋白质而是脂质的组分为： A、NAD+ B、FMN C、CoQ D、Fe·S 15、下述哪种物质专一性地抑制F0因子： A、鱼藤酮 B、抗霉素A C、寡霉素 D、缬氨霉素 16、二硝基苯酚能抑制下列细胞功能的是： A、糖酵解 B、肝糖异生 C、氧化磷酸化 D、柠檬酸循环 17、下列关于化学渗透学说的叙述哪一条是不对的： A、吸链各组分按特定的位置排列在线粒体内膜上 B、各递氢体和递电子体都有质子泵的作用 C、H＋返回膜内时可以推动ATP酶合成ATP D、线粒体内膜外侧H＋不能自由返回膜内 18、呼吸链的各细胞色素在电子传递中的排列顺序是： A、c1→b→c→aa3→O2； B、c→c1→b→aa3→O2； C、c1→c→b→aa3→O2； D、b→c1→c→aa3→O2； 19、人体内二氧化碳生成方式是: A、O2与C的直接结合 B、O2与CO的结合 C、有机酸的脱羧 D、一碳单位与O2结合 20、铁硫蛋白的作用是: A、递氢 B、递氢兼递电子 C、只脱去底物的电子 D、传递电子 E、以上都不是
第六章生物氧化与氧化磷酸化 作业题 一、名词解释 1.氧化磷酸化 2. 底物水平磷酸化 3.电子传递链（呼吸链） 4.磷氧比（P/O） 5.解偶联作用 二、填空题 1.按H的最初受体不同可将呼吸链分为和两种呼吸链。 2.苹果酸经穿梭系统进入呼吸链氧化，其P/O比为。 3.鱼藤酮、抗霉素A和CN-、N3－、CO的抑制部位分别是、和。 4.NADH呼吸链中氧化磷酸化的偶联部位是、和。 5.胞浆中的NADH通过、穿梭机制进入线立体。 三、选择题 1.下列代谢物经相应特异脱氢酶催化脱下的2H，不能进入NADH呼吸链氧化的是：( ) A.柠檬酸 B.苹果酸 C.α-酮戊二酸 D.琥珀酸 2. 呼吸链的电子传递体中，不是蛋白质而是脂质的组分为( )。 A.NAD+ B.FMN C.CoQ D.Fe-S 3.呼吸链中细胞色素的排列顺序是( )。 A.c-c1-b-aa3 B.c1-c-b-aa3 C.b-c1-c-aa3 D.b-c-c1-aa3 4.氢原子经NAD呼吸链传递氧化成水时，磷氧比是：（） A.3 B.2 C.1 D.1/2 5.P/O比值是指：（） A.每消耗一分子氧所需消耗无机磷的分子数 B.每消耗一分子氧所需消耗无机磷的克数 C.每消耗一分子氧所需消耗无机磷的克原子数 D.每消耗一分子氧所需消耗无机磷的克分子数 E每消耗一分子氧所需消耗无机磷的克数 6.2,4－二硝基苯酚抑制细胞的功能,可能是由于阻断下列哪一种生化作用而引起?( ) A.NADH脱氢酶的作用 B.电子传递过程 C.氧化磷酸化 D.三羧酸循环 E、以上都不是 7.氰化物中毒是由于它抑制了电子传递链上的（）。 A.Cyta B. Cytb C. Cytc D. Cytaa3 8.呼吸链磷酸化是在什么部位（）。 A.线粒体内膜 B.线粒体外膜 C.线粒体基质 D.细胞质 9.氧化磷酸化作用是将生物氧化过程释放的自由能转移并生成（）。 A.NADPH B.NADH C.ATP D.FADH2 10.下列叙述中哪一个是正确的？（） A.线粒体内膜对H+离子没有通透性 B.线粒体内膜能由内向外通透H+离子 C. 线粒体内膜由外向内通透H+离子 D. 线粒体内膜能自由通透H+离子 11.辅酶Q是线粒体外膜（）。 A.NADH脱氢酶的辅酶 B. 琥珀酸脱氢酶的辅酶 C.二羧酸载体 D. 呼吸链的氢载体 四、简答题 1.什么是呼吸链？简述NADH和琥珀酸（FADH2）呼吸链各组成成分是如何排列的。 2. 举例说明真核细胞中的NADH是如何进入线粒体中被再氧化的。 答案： 一、名词解释 1.氧化磷酸化：在生物氧化中，代谢物脱氢产生的NADH或FADH2经呼吸链氧化生成水时，所释放的自由能用于ADP磷酸化形成A TP，这样氧化与磷酸化相偶联的作用称为氧化磷酸化。 2. 底物水平磷酸化：直接利用代谢中间产物氧化所释放的能量产生ATP的磷酸化类型称为底物水平磷酸化。
第三节电子传递与氧化磷酸化 三羧酸循环等呼吸代谢过程中脱下的氢被NAD+或FAD所接受。细胞内的辅酶或辅基数量是有限的，它们必须将氢交给其它受体之后，才能再次接受氢。在需氧生物中，氧气便是这些氢的最终受体。这种有机物在生物活细胞中所进行的一系列传递氢和电子的氧化还原过程，称为生物氧化(biological oxidation)。生物氧化与非生物氧化的化学本质是相同的，都是脱氢、失去电子或与氧直接化合，并产生能量。然而生物氧化与非生物氧化不同，它是在生活细胞内，在常温、常压、接近中性的pH和有水的环境下，在一系列的酶以及中间传递体的共同作用下逐步地完成的，而且能量是逐步释放的。生物氧化过程中释放的能量可被偶联的磷酸化反应所利用，贮存在高能磷酸化合物（如ATP、GTP等）中，以满足需能生理过程的需要。 线粒体中氧化磷酸化反应的一般机理 一、呼吸链的概念和组成 所谓呼吸链(respiratory chain)即呼吸电子传递链(electron transport chain)，是线粒体内膜上由呼吸传递体组成的电子传递总轨道。呼吸链传递体能把代谢物脱下的电子有序地传递给氧，呼吸传递体有两大类：氢传递体与电子传递体。氢传递体包括一些脱氢酶的辅助因子，主要有NAD+、FMN、FAD、UQ等。它们既传递电子，也传递质子；电子传递体包括细胞色素系统和某些黄素蛋白、铁硫蛋白。呼吸
链传递体传递电子的顺序是：代谢物→NAD+→FAD→UQ→细胞色素系统→O2。 呼吸链中五种酶复合体(enzyme complex)的组成结构和功能简要介绍如下(图5-11，5-12)。 图 5-11 植物线粒体内膜上的复合体及其电子传递 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别代表复合体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ； UQ库代表存在于线粒体中的泛醌库 1.复合体Ⅰ 又称NADH∶泛醌氧化还原酶(NADH∶ubiquinone oxidoreductase)。分子量700X103～900X103,含有25种不同的蛋白质,包括以黄素单核苷酸(flav in mononucleotide,FMN)为辅基的黄素蛋白和多种铁硫蛋白，如水溶性的铁硫蛋白(iron sulfur protein,IP)、铁硫黄素蛋白(iron sulfur flavoprotein，FP)、泛醌(ubiquinone,UQ)、磷脂(phospholipid)。复合体Ⅰ的功能在于催化位于线粒体基质中由TCA循环产生的NADH＋H+中的2个H+经FMN转运到膜间空间，同时再经过Fe-S将2个电子传递到UQ(又称辅酶Q,CoQ)；UQ再与基质中的H+结合，生成还原型泛醌(ubiquinol,UQH2)。该酶的作用可为鱼藤酮(rotenone)、杀粉蝶菌素A(piericidin A)、巴比妥酸(barbital acid)所抑制。它们都作用于同一区域，都能抑制Fe-S簇的氧化和泛醌的还原。
第六章生物氧化与氧化磷酸化 1.解释下列名词 （1）生物氧化（2）氧化磷酸化（3）底物水平磷酸化（4）P/O （5）解偶联剂（6）线粒体穿梭系统（7）解偶联作用（8）呼吸链（9）能荷（10）电子传递链磷酸化（11）高能化合物 2.填空题 (1) 生物氧化是__________在细胞中__________，同时产生__________的过程。 (2) 高能化合物通常指水解时__________的化合物，其中最重要的是__________，被称能量代谢的__________。 (3) 真核细胞生物氧化的主要场所是________，呼吸链和氧化磷酸化偶联因子都定位于 ________。 (4) 呼吸链的复合物Ⅳ又称__________复合物，它把电子传递给O2，故又称它为__________。 (5) 由NADH→O2的电子传递中，释放的能量足以偶联ATP合成的3个部位是__________、__________和__________。 (6) 常见的呼吸链电子传递抑制剂中，鱼藤酮专一地抑制_________的电子传递；抗霉素A专一地抑制_________的电子传递；CN-、N3-和CO则专一地阻断由_________到_________的电子传递。 (7) 氧化磷酸化ATP合成酶在水解ATP时，每水解一分子ATP产生_____个质子从 线粒体基质移位到细胞浆。 (8) 2，4-二硝基酚（DNP）能够阻碍________的生成，而________照样进行。DNP在这里被称为________。 (9) 线粒体的氧化___________与磷酸化___________的偶联是通过___________来实现的。 3.选择题(1~n个答案)： (1) 1分子丙酮酸完全氧化分解产生多少CO2和ATP a、3CO2，15ATP b、2CO2，12ATP c、3CO2，16ATP d、3CO2，12ATP (2) 下述哪些酶催化底物水平磷酸化反应 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 (3) 一分子葡萄糖完全氧化可以生成多少分子ATP a、35 b、38 c、30 d、24 (4) 下列哪种化合物不是高能化合物 a、6-磷酸葡萄糖 b、ATP c、琥珀酰辅酶A d、PEP (5) 下列哪一过程不在线粒体中进行 a、三羧酸循环 b、脂肪酸氧化 c、电子传递 d、糖酵解 e、氧化磷酸化 (6) 下列哪种物质导致氧化磷酸化解偶联 a、鱼藤酮 b、抗霉素A c、2,4-二硝基酚 d、寡霉素 (7) 下述哪种物质专一地抑制F0因子? A、鱼藤酮b、抗霉素A c、寡霉素d、苍术苷 (8) 氰化物中毒时呼吸链中受抑制的部位在 a、NADH→FMN b、FMN→CoQ c、CoQ→Cytaa3
（一）名词解释 1．生物氧化 2．呼吸链 3．氧化磷酸化 4．三羧酸循环 5．底物水平磷酸化 6．能荷 7．糖异生 8．乳酸循环 9．发酵 10．糖酵解途径 11．糖的有氧氧化 12．肝糖原分解 13．磷酸戊糖途径 14．UDPG (二) 填空题 1．NADH 呼吸链中氧化磷酸化的偶联部位是_________、_________、_________。 2．举出4 种生物体内的天然抗氧化剂_________、_________、_________、_________。3．高能磷酸化合物通常指水解时_________的化合物，其中最重要的是_________，被 称为能量代谢的_________。 4．真核细胞生物氧化的主要场所是_________，呼吸链和氧化磷酸化偶联因子都定位 于_________。 5．化学渗透学说主要论点认为：呼吸链组分定位于_________内膜上。其递氢体有 _________作用，因而造成内膜两侧的_________差，同时被膜上_________合成酶 所利用、促使ADP + Pi → ATP 6．动物体内高能磷酸化合物的生成方式有_________和_________两种。 7．α淀粉酶和β–淀粉酶只能水解淀粉的_________键，所以不能够使支链淀粉完全水解。8．糖酵解过程中有3 个不可逆的酶促反应，这些酶是__________、____________ 和 _____________。 9．糖酵解抑制剂碘乙酸主要作用于___________酶。
10．调节三羧酸循环最主要的酶是____________、__________ _、______________。 11 磷酸戊糖途径可分为______阶段，分别称为_________和_______，其中两种脱氢酶 是_______和_________，它们的辅酶是_______。 12．糖酵解在细胞的_________中进行，该途径是将_________转变为_______，同时生 成________和_______的一系列酶促反应。 13．淀粉的磷酸解过程通过_______酶降解α–1，4 糖苷键，靠________和________ 酶降解α–1，6 糖苷键。 14．TCA 循环中有两次脱羧反应，分别是由__ _____和________催化。 15．乙醛酸循环中不同于TCA 循环的两个关键酶是_________和________。 16 在糖酵解中提供高能磷酸基团，使ADP 磷酸化成ATP 的高能化合物是 _______________ 和________________ 17．糖异生的主要原料为______________、_______________和________________。 18．催化丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸的酶是__________，它需要______________和 __________作为辅因子。 19．合成糖原的前体分子是_________，糖原分解的产物是______________。 20．糖类除了作为能源之外，它还与生物大分子间___________有关，也是合成 __________，___________，_____________等的碳骨架的共体。 21．糖酵解发生的部位是在细胞的部位，在糖酵解中提供高能磷酸基团，使ADP 磷酸化成ATP的高能化合物是和______________________ 。 22．三羧酸循环发生在细胞的部位，有两次脱羧反应，分别由__ ___ __________和 _ __催化。 23．鱼藤酮，抗霉素A，氰化物的抑制作用位点分别是___________________，______________，和。 24．写出下列符号的中文名称：ATP_________________________；Gly__________________； SH-CoA _______________；FMN _________________；DNFB_____________________。 25.TCA循环中有二次脱羧反应，分别是由_____和催化。脱去的CO2中的C原 子不是来自于乙酰辅酶A而是来自于_______________。 26.糖酵解产生的NADH+H+必需依靠________________系统或________________系统才能进 入线粒体，分别转变为线粒体中的________________和________________。 27．呼吸链中，细胞色素体系的功能是传递，它是依靠辅基中铁离子的 作用来完成的。 28．糖有氧氧化中，1分子葡萄糖在肝脏中彻底氧化为CO2和H2O，能净生成分子ATP， 其中ATP的生成方式以为主。 (三) 选择题 1．下列反应中哪一步伴随着底物水平的磷酸化反应： A．苹果酸→草酰乙酸B．甘油酸-1,3-二磷酸→甘油酸-3-磷酸 C．柠檬酸→α-酮戊二酸D．琥珀酸→延胡索酸 2．下述哪种物质专一性地抑制F0 因子： A．鱼藤酮B．抗霉素A C．寡霉素D．缬氨霉素
生物氧化与氧化磷酸化 一、选择题 1．生物氧化的底物是： A、无机离子 B、蛋白质 C、核酸 D、小分子有机物 2．除了哪一种化合物外，下列化合物都含有高能键 A、磷酸烯醇式丙酮酸 B、磷酸肌酸 C、ADP D、G-6-P E、1,3-二磷酸甘油酸3．下列哪一种氧化还原体系的氧化还原电位最大 A、延胡羧酸→丙酮酸 B、CoQ(氧化型) →CoQ(还原型) C、Cyta Fe2+→Cyta Fe3+ D、Cytb Fe3+→Cytb Fe2+ E、NAD+→NADH 4．呼吸链的电子传递体中，有一组分不是蛋白质而是脂质，这就是： A、NAD+ B、FMN C、FE、S D、CoQ E、Cyt 5．2,4－二硝基苯酚抑制细胞的功能,可能是由于阻断下列哪一种生化作用而引起 A、NADH脱氢酶的作用 B、电子传递过程 C、氧化磷酸化 D、三羧酸循环 E、以上都不是 6．当电子通过呼吸链传递给氧被CN-抑制后，这时偶联磷酸化： A、在部位1进行 B、在部位2 进行 C、部位1、2仍可进行 D、在部位1、2、3都可进行 E、在部位1、2、3都不能进行，呼吸链中断7．呼吸链的各细胞色素在电子传递中的排列顺序是： A、c1→b→c→aa3→O2 B、c→c1→b→aa3→O2 C、c1→c→b→aa3→O2 D、b→c1→c→aa3→O2 8．在呼吸链中，将复合物I、复合物II与细胞色素系统连接起来的物质是什么
A、FMN B、Fe·S蛋白 C、CoQ D、Cytb 9．下述那种物质专一的抑制F0因子 A、鱼藤酮 B、抗霉素A C、寡霉素 D、苍术苷 10．下列各种酶中，不属于植物线粒体电子传递系统的为： A、内膜外侧NADH：泛醌氧化还原酶 B、内膜内侧对鱼藤酮不敏感NADH脱氢酶 C、抗氰的末端氧化酶 D、a－磷酸甘油脱氢酶11．下列呼吸链组分中，属于外周蛋白的是： A、NADH脱氢酶 B、辅酶Q C、细胞色素c D、细胞色素a- a3 12．下列哪种物质抑制呼吸链的电子由NADH向辅酶Q的传递： A、抗霉素A B、鱼藤酮 C、一氧化碳 D、硫化氢 13．下列哪个部位不是偶联部位： A、FMN→CoQ B、NADH→FMA C、b→c D、a1a3→O2 14．ATP的合成部位是： A、OSCP B、F1因子 C、F0因子 D、任意部位 15．目前公认的氧化磷酸化理论是： A、化学偶联假说 B、构象偶联假说 C、化学渗透假说 D、中间产物学说16．下列代谢物中氧化时脱下的电子进入FADH2电子传递链的是： A、丙酮酸 B、苹果酸 C、异柠檬酸 D、磷酸甘油 17．下列呼吸链组分中氧化还原电位最高的是： A、FMN B、Cytb C、
第五讲 生物氧化与氧化磷酸化 一、知识要点 生物氧化的实质是脱氢、失电子或与氧结合，消耗氧生成CO 2和H 2O ，与体外有机物的化学氧化（如燃烧）相同，释放总能量都相同。生物氧化的特点是：作用条件温和，通常在常温、常压、近中性pH 及有水环境下进行；有酶、辅酶、电子传递体参与，在氧化还原过程中逐步放能；放出能量大多转换为ATP 分子中活跃化学能，供生物体利用。体外燃烧则是在高温、干燥条件下进行的剧烈游离基反应，能量爆发释放，并且释放的能量转为光、热散失于环境中。 （一）氧化还原电势和自由能变化 1．自由能 生物氧化过程中发生的生化反应的能量变化与一般化学反应一样可用热力学上的自由能变化来描述。自由能（free energy ）是指一个体系的总能量中，在恒温恒压条件下能够做功的那一部分能量，又称为Gibbs 自由能，用符号G 表示。物质中的自由能（G ）含量是不易测定的，但化学反应的自由能变化（ΔG ）是可以测定的。ΔG 很有用，它表示从某反应可以得到多少有用功，也是衡量化学反应的自发性的标准。例如，物质A 转变为物质B 的反应： B A ?→← ΔG ＝G B —G A 当ΔG 为负值时，是放能反应，可以产生有用功，反应可自发进行；若ΔG 为正值时，是吸能反应，为非自发反应，必须供给能量反应才可进行，其逆反应是自发的。 ][][ln B A RT G G o +?=? 如果ΔG ＝0时，表明反应体系处于动态平衡状态。此时，平衡常数为K eq ，由 已知的K eq 可求得ΔG °： ΔG °＝－RT ln K eq 2． 2．化还原电势 在氧化还原反应中，失去电子的物质称为还原剂，得到电子的物质称为氧化剂。还原剂失去电子的倾向（或氧化剂得到电子的倾向）的大小，则称为氧化还原电势。将任何一对氧化还原物质的氧化还原对连在一起，都有氧化还原电位的产生。如果将氧化还原物质与标准氢电极组成原电池，即可测出氧化还原电势。标准氧还原电势用E °表示。E °值愈大，获得电子的倾向愈大；E °愈小，失去电子的倾向愈大。 3．氧化还原电势与自由能的关系 在一个氧化还原反应中，可从反应物的氧还电势E 0＇，计算出这个氧化还原反应的自由能变化（ΔG ）。ΔG °与氧化还原电势的关系如下： ΔG °= － nF ΔE ° n 表示转移的电子数，F 为法拉第常数（1法拉第＝96485库仑／摩尔）。ΔE °的单位为伏特，ΔG °的单位为焦耳／摩尔。当ΔE °为正值时，ΔG °为负值，是放能反应，反应能自发进行。ΔE °为负值时，ΔG °为正值，是吸能反应，反应不能自发进行。 （二）高能磷酸化合物 生物体有许多磷酸化合物，其磷酸基团水解时可释放出20.92kJ ／mol 以上自由能的化合物称为高能磷酸化合物。按键型的特点可分为： 1．磷氧键型：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 磷酸酐键水解时，释放出30.54kJ ／mol 能量，它有两个高能磷酸键，在能量转换中极为重要；酰基磷酸化合物如1,3二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属此类。
线粒体的结构与功能 生命科学与食品工程系，050601030, 易永洁 摘要：线粒体是细胞质中重要的细胞器之一，普遍存在于真核细胞中。它是生物氧化和能量转换的主要场所，以氧化磷酸化(OXPHOS)方式将食物内蕴藏的能量转变为可被机体直接利用的ATP高能磷酸键。细胞生命活动所需能量的80％来源于线粒体，因此线粒体在细胞的生长代谢和人类的遗传中都有重要的作用。 关键词：线粒体；；结构；功能；遗传病；mtDNA 自1890年Altaman首次发现线粒体以来，生物学家就一直以极大的热情给予关注，到目前为止，其结构和功能方面的研究已经越来越深入明了。 1线粒体的结构 1.1外膜(out membrane) 含40%的脂类和60%的蛋白质，具有孔蛋白（porin）构成的亲水通道，允许分子量为5KD以下的分子通过，1KD以下的分子可自由通过。标志酶为单胺氧化酶。 1.2内膜（inner membrane） 含100种以上的多肽，蛋白质和脂类的比例高于3:1。心磷脂含量高（达20%）、缺乏胆固醇，类似于细菌。通透性很低，仅允许不带电荷的小分子物质通过，大分子和离子通过内膜时需要特殊的转运系统。如：丙酮酸和焦磷酸是利用H+梯度协同运输。 线粒体氧化磷酸化的电子传递链位于内膜，因此从能量转换角度来说，内膜起主要的作用。内膜的标志酶为细胞色素C氧化酶。 内膜向线粒体基质褶入形成嵴（cristae），嵴能显著扩大内膜表面积（达5~10倍），嵴有两种类型：①板层状、②管状，但多呈板层状。 1.3膜间隙(intermembrane space) 是内外膜之间的腔隙，延伸至嵴的轴心部，腔隙宽约6-8nm。由于外膜具有大量亲水孔道与细胞质相通，因此膜间隙的pH值与细胞质的相似。标志酶为腺苷酸激酶。 1.4基质（matrix） 为内膜和嵴包围的空间。除糖酵解在细胞质中进行外，其他的生物氧化过程都在线粒体中进行。催化三羧酸循环，脂肪酸和丙酮酸氧化的酶类均位于基质中，其标志酶为苹果酸脱氢酶。
生物氧化和氧化磷酸化 一、选择题 1、如果质子不经过F1／F0-ATP合成酶回到线粒体基质，则会发生： A．氧化 B．还原 C．解偶联、 D．紧密偶联 2、离体的完整线粒体中，在有可氧化的底物存时下，加入哪一种物质可提高电子传递和氧气摄入量： A．更多的TCA循环的酶 B．ADP C．FADH2 D．NADH 3、下列氧化还原系统中标准氧化还原电位最高的是： A．延胡索酸琥珀酸B．CoQ／CoQH2 C．细胞色素a（Fe 2＋／Fe 3＋）D．NAD＋／NADH 4、下列化合物中，除了哪一种以外都含有高能磷酸键： A．NAD＋ B．ADP C．NADPH D．FMN 5、下列反应中哪一步伴随着底物水平的磷酸化反应： A．苹果酸→草酰乙酸 B．甘油酸-1,3-二磷酸→甘油酸-3-磷酸 C．柠檬酸→α-酮戊二酸 D．琥珀酸→延胡索酸 6、乙酰CoA彻底氧化过程中的P／O值是： A．2.0 B．2.5 C．3.0 D．3.5 7、肌肉组织中肌肉收缩所需要的大部分能量以哪种形式贮存： A．ADP B．磷酸烯醇式丙酮酸 C．ATP D．磷酸肌酸 8．呼吸链中的电子传递体中，不是蛋白质而是脂质的组分为： A．NAD+ B．FMN C．CoQ D．Fe·S 9．下述哪种物质专一性地抑制F0因子： A．鱼藤酮 B．抗霉素A C．寡霉素 D．缬氨霉素 10、胞浆中1分子乳酸彻底氧化后，产生ATP的分子数： 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应的酶是： 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、二硝基苯酚能抑制下列细胞功能的是： A．糖酵解 B．肝糖异生 C．氧化磷酸化 D．柠檬酸循环 13、活细胞不能利用下列哪些能源来维持它们的代谢： A．ATP B．糖 C．脂肪D．周围的热能 14、下列关于化学渗透学说的叙述哪一条是不对的： A．吸链各组分按特定的位置排列在线粒体内膜上 B．各递氢体和递电子体都有质子泵的作用 C．H＋返回膜内时可以推动ATP酶合成ATP D．线粒体内膜外侧H＋不能自由返回膜内 15、关于有氧条件下，NADH从胞液进入线粒体氧化的机制，下列描述中正确的是：
第五讲 生物氧化与氧化磷酸化 一、知识要点 生物氧化的实质是脱氢、失电子或与氧结合，消耗氧生成CO 2和H 2O ，与体外有机物的化学氧化（如燃烧）相同，释放总能量都相同。生物氧化的特点是：作用条件温和，通常在常温、常压、近中性pH 及有水环境下进行；有酶、辅酶、电子传递体参与，在氧化还原过程中逐步放能；放出能量大多转换为ATP 分子中活跃化学能，供生物体利用。体外燃烧则是在高温、干燥条件下进行的剧烈游离基反应，能量爆发释放，并且释放的能量转为光、热散失于环境中。 （一）氧化还原电势和自由能变化 1．自由能 生物氧化过程中发生的生化反应的能量变化与一般化学反应一样可用热力学上的自由能变化来描述。自由能（free energy ）是指一个体系的总能量中，在恒温恒压条件下能够做功的那一部分能量，又称为Gibbs 自由能，用符号G 表示。物质中的自由能（G ）含量是不易测定的，但化学反应的自由能变化（ΔG ）是可以测定的。ΔG 很有用，它表示从某反应可以得到多少有用功，也是衡量化学反应的自发性的标准。例如，物质A 转变为物质B 的反应： B A ?→← ΔG ＝G B —G A 当ΔG 为负值时，是放能反应，可以产生有用功，反应可自发进行；若ΔG 为正值时，是吸能反应，为非自发反应，必须供给能量反应才可进行，其逆反应是自发的。 ][] [ln B A RT G G o +?=? 如果ΔG ＝0时，表明反应体系处于动态平衡状态。此时，平衡常数为K eq ，由 已知的K eq 可求得ΔG °： ΔG °＝－RT ln K eq 2． 2．化还原电势 在氧化还原反应中，失去电子的物质称为还原剂，得到电子的物质称为氧化剂。还原剂失去电子的倾向（或氧化剂得到电子的倾向）的大小，则称为氧化还原电势。将任何一对氧化还原物质的氧化还原对连在一起，都有氧化还原电位的产生。如果将氧化还原物质与标准氢电极组成原电池，即可测出氧化还原电势。标准氧还原电势用E °表示。E °值愈大，获得电子的倾向愈大；E °愈小，失去电子的倾向愈大。 3．氧化还原电势与自由能的关系 在一个氧化还原反应中，可从反应物的氧还电势E 0＇，计算出这个氧化还原反应的自由能变化（ΔG ）。ΔG °与氧化还原电势的关系如下： ΔG °= － nF ΔE ° n 表示转移的电子数，F 为法拉第常数（1法拉第＝96485库仑／摩尔）。ΔE °的单位为伏特，ΔG °的单位为焦耳／摩尔。当ΔE °为正值时，ΔG °为负值，是放能反应，反应能自发进行。ΔE °为负值时，ΔG °为正值，是吸能反应，反应不能自发进行。 （二）高能磷酸化合物 生物体有许多磷酸化合物，其磷酸基团水解时可释放出20.92kJ ／mol 以上自