【清華】18電子傳遞和氧化磷酸化習題與答案

1、18電子傳遞和氧化磷酸化習題與答案習題1.計算以下各氧化還原反應(yīng)的標準還原電位和標準自由能變化：(a)乙醛 + NADH + 酎一乙醇 + NAD + (其中 NAD+/ NADH = 0.32V, 乙醛/乙醇=0.20)(b) C0QH2 + 2 細胞色素 C(Fe3+) - CoQ + 2 細胞色素 C (Fe2+) + 2H +(其中 CoQ/CoQH2=0.45,細胞色素 C(Fe3+)/細胞色素 C ( Fe2+) =0.08)2 .超聲處理產(chǎn)生的線粒體內(nèi)膜碎片，內(nèi)面朝外重新閉合形成稱為亞線粒體顆粒的球狀膜泡。這些顆粒能夠在 NADH或CoQH2這樣的電子源存在時，合成 ATP。畫圖

2、顯示在這些 顆粒中從NADH開始的電子傳遞、質(zhì)子轉(zhuǎn)運和磷酸化過程。假定氧化磷酸化的底物過量存 在，當懸浮亞線粒體顆粒的懸浮液pH上升時，ATP合成是增加還是減少？3,含有過量ADP和Pi的線粒體懸浮液的耗 O2曲線如下圖所示(縱坐標為氧濃度，橫 坐標為時間)：畫出(a)當t為1時加入安密妥；(b)當t為1時加入安密妥；當t達到2時加入琥珀 酸；(c)當t為1時加入CN ;當t達到2時加入琥珀酸；(d)當t為1時加入寡霉素；當 t達到2時加入2,4-二硝基苯酚的各個耗 O2曲線。4 .任何氧化還原電對的標準還原電勢都是由半電池反應(yīng)確定的。NAD /NADH和丙酮酸/乳酸的標準還原電位分別為-0.

3、32V和-0.19V。(a)哪一個共軻電對有較大失去電子的傾向？(b)哪一種為較強的氧化劑？(c)求在25C、pH7時，下列反應(yīng)的標準自由能變化AG 以及反應(yīng)的平衡常數(shù)。丙酮酸 + NADH + H+一乳酸+ NAD +5 .在正常的線粒體內(nèi)，電子轉(zhuǎn)移速度與 ATP需求緊密聯(lián)系在一起的：ATP的利用率低， 電子轉(zhuǎn)移速度也低；ATP的利用率高，電子轉(zhuǎn)移就加快。在正常情況下，當 NADH作為電 子供體時，每消耗一個氧原子產(chǎn)生的 ATP數(shù)大名勺為3 (P/O=3)。(a)討論解耦聯(lián)劑的濃度相對來說較低和較高時對電子轉(zhuǎn)移和P/O比有什么樣影響？(b)攝入解耦聯(lián)劑會大量出汗和體溫升高。解釋這一現(xiàn)象并說明

4、P/O比有什么變化？精品文檔(c) 2,4-二硝基苯酚曾用作減肥藥，其原理是什么？但現(xiàn)在已不再使用了，因為服用它有時會引起生命危險，這又是什么道理？6 .當下列各個底物被細胞勻漿液完全氧化時，可分別生成多少 ATP?假定糖酵解、檸 檬酸循環(huán)和氧化磷酸化都很活躍：(a) 丙酮酸；(b) NADH ; ( c) 果糖-1,6-二磷酸；(d)磷酸烯醇式丙酮酸；(e)葡萄糖；(f)磷酸二羥丙酮。7 .有效的電子傳遞系統(tǒng)可以用純化的電子傳遞呼吸鏈復(fù)合物和線粒體內(nèi)膜小泡構(gòu)建， 對于以下各組復(fù)合物，確定最終的電子受體(假設(shè)氧氣存在)：(a) NADH、CoQ以及復(fù)合體I、出和IV;(b) NADH、CoQ、

5、細胞色素 C以及復(fù)合體H和!n；(c) 琥珀酸、CoQ、細胞色素C以及復(fù)合體H,出和IV;(d) 琥珀酸、CoQ、細胞色素 C以及復(fù)合體n和出；(e) 琥珀酸、CoQ以及復(fù)合體I和出。8 .安密妥和魚藤酮都能封閉復(fù)合體I。當琥珀酸作為底物加入到線粒體懸液中時，這些物質(zhì)是否會影響 P/O比？9 .魚藤酮是來自植物的一種天然毒素，強烈抑制昆蟲和魚類線粒體 NADH脫氫酶；抗 霉素A也是一種毒性很強的抗生素，強烈抑制電子傳遞鏈中泛醍的氧化。(a)為什么某些昆蟲和魚類攝入魚藤酮會致死？(b)為什么抗霉素 A是一種毒藥？(c)假設(shè)魚藤酮和抗霉素 A封閉它們各自的作用部位的作用是等同的，那么哪一 個的毒性

6、更強？10 .在抗霉素A存在時，通過氧化磷酸化能否產(chǎn)生ATP?如果可以的話，雙電子供體還原時的P/O比為多少？11 .線粒體的呼吸鏈的電子傳遞可用下列凈反應(yīng)方程式表示：NADH +H +1/2 O2=H2O + NAD(a) 計算此反應(yīng)的A E ;(b)計算標準自由能變化 AG ;(c)如果一分子 ATP合成的標準自由能為 30.5 kJ /mol,那么就理論上而言，上 述總反應(yīng)會生成多少分子的ATP ?12 .在有氧和同時存在甘油磷酸穿梭途徑的條件下，計算下列劃線代謝物在所給出途徑中所凈生成的ATP:(a) 甘油醛-3-磷酸氧化到乙酰 CoA;(b)果糖-6-磷酸完全氧化成 CO2和H2O

7、；(c)3-磷酸甘油酸完全氧化成 CO2和H2Oo精品文檔13 .在化學活性上細胞色素與血紅蛋白或肌紅蛋白有何不同之處？14 .在用鼠肝中提取的線粒體進行氧化磷酸化實驗時，需要向反應(yīng)體系中加入純化的細胞色素c,其中對細胞色素 c的來源沒有要求。請問為何需要細胞色素c?為何細胞色素 c的來源不必和線粒體的來源相同？15 .分子氧氧化細胞色素 a/a3時，每轉(zhuǎn)移一摩爾電子其標準自由能為-102.3 kJ。此過程中能夠生成多少 ATP?實際將會生成多少 ATP?生成ATP的效率為多少？用百分比表示。16 .氧化物毒性很強，因為它易與細胞色素氧化酶的Fe3+結(jié)合。相對而言，血紅蛋白(Fe2+)和它的親

8、和力較弱，但高鐵血紅蛋白(Fe3+)與氧化物的結(jié)合力卻很強。氧化物的這種毒效應(yīng)能夠通過快速加入亞硝酸鹽(將血紅蛋白中Fe2+氧化成Fe3+的強氧化劑)的得到逆轉(zhuǎn)。請解釋原因。17 .分別計算在厭氧條件下，通過 a.磷酸甘油穿梭 和b.蘋果酸-天冬氨酸穿梭將一分 子麥芽糖完全氧化成 CO2和H2O的ATP凈產(chǎn)量。18 . 一個成年男子每天需要約7500kJ的能量。假設(shè)所有的能量均來自于ATP的水解(G= -30.5kJmolT),計算一個成年男子每天必須水解多少克的ATP ( MV=507 )。若人體中實際的ATP為50g,計算人體中所有的 ATP每天大約要被水解和重新合成多少次？習題解答1.半

9、反應(yīng)可以寫作：氧化態(tài)+ ne 一還原態(tài)兩個半反應(yīng)可以通過相加而獲得一個偶聯(lián)的氧化還原反應(yīng)，書寫時要將總反應(yīng)中涉及到的還原態(tài)物質(zhì)的半反應(yīng)改變方向，同時也要改變它的還原電位的符號。(a)Ea，(V)乙醛+2& 乙醇-0,20NADH + H * NAD + 2H +0,32乙亞窄十 NADH -+ 乙醉十 NAD AF(V) = +0.12=閱AGf = -(2)(96,48 kJ V_112 V)AG。 = -23 kJ mor1(b) Cyt c代表細胞色素 C精品文檔2Cyte(Fe) + 2 c * 2 Cyt c(Fe+0.23QH2 Q + 2H + 2產(chǎn)-0.042Cytc(Fe)

10、+ QH 2Cytc(Fe) + Q + 2HA(V) = +0,27AG = -(2K96.48 kJ VV)GM = -52 kJ moP12.電子傳遞鏈的蛋白質(zhì)鑲嵌于線粒體的內(nèi)膜，當膜的內(nèi)側(cè)被置于外側(cè)時，氧化還原酶的質(zhì)子泵將H+運送到亞線粒體泡內(nèi)(內(nèi)部的pH值下降)，同時電子傳遞給氧氣， 此時，ATP 合成酶將Fi組分定位于小泡外側(cè)，由于存在質(zhì)子濃度梯度，H+通過F0通道轉(zhuǎn)移到小泡的外側(cè)，于是在該小泡的外側(cè)可以合成ATP。Fu3&TP合甑4. (a) NAD +/NADH ; (b) 丙酮酸/乳酸；(c) AG0,= 2X96.48 X ( 0.19 ( 0.32 )=25.1kJ;平衡

11、常數(shù)=e 25100 3 298) = 2.5X 104O5. (a)電子轉(zhuǎn)移速度需要滿足 ATP的需求，無論解偶聯(lián)劑濃度低和高都會影響電子轉(zhuǎn)移的效率，因此 P/O比降低。高濃度的解偶劑使得 P/O比幾乎為零。(b)在解偶聯(lián)劑存在下，由于P/O降低，生成同1量的ATP就需要氧化更多的燃料。 氧化釋放出額外的大量熱，因此使體溫升高。精品文檔(c)在解偶聯(lián)劑存在下，增加呼吸鏈的活性就需要更多額外燃料的降解。生成同樣 量的ATP,就要消耗包括脂肪在內(nèi)的大量的燃料，這樣可以達到減肥的目的。當P/O比接近零時，會導(dǎo)致生命危險。6. (a) 15 (b) 3 或 2 (c) 38 或 40 (d) 16

12、(e) 36 或 38 (f) 197. 依據(jù)電子傳遞順序，如果缺失電子傳遞體或復(fù)合體，電子將不會流過那一點。(a)復(fù)合體出。缺乏細胞色素c,阻止了電子的進一步流動。(b)不會發(fā)生任何反應(yīng)，因為缺失從NADH接受電子的復(fù)合體I。(c) O2。(d)細胞色素Co缺乏復(fù)合體IV，阻止了電子的進一步流動。(e)不會發(fā)生任何反應(yīng)，因為缺失從琥珀酸接受電子的復(fù)合體n。1 ,否，琥珀酸的氧化生成了 FADH2,然后經(jīng)傳遞給CoQ,使CoQ轉(zhuǎn)化為CoQH2,它 的電子是通過復(fù)合體n進入電子傳遞鏈的，因此避開了復(fù)合體I受阻造成的影響。 p/o比不受影響。9 . (a) NADH脫氫酶被魚藤酮抑制，降低了電子流

13、經(jīng)呼吸鏈的速度，因此也就減少了 ATP的合成。如果在這種情況下生成的ATP不能滿足生物體對 ATP的需求，生物體將死掉。(b)因為抗霉素 A強烈抑制泛醍的氧化，同樣會發(fā)生(a)的情形。(c)由于抗霉素A封閉了所有電子流向氧的路徑，而魚藤酮只是封閉來自NADH,而不是來自FADH2的電子的流動，所以抗霉素 A的毒性更強。10 .抗霉素A于復(fù)合體出處阻斷了電子傳遞鏈。在抗霉素A存在的情況下，只有電子來源是可以與細胞色素 c相作用的底物時才可以通過氧化磷酸化生成ATP,例如抗壞血酸可以向細胞色素c提供2個電子，這些電子可以通過細胞色素c氧化酶傳送給氧氣，導(dǎo)致P/O= 1.0。11 . (a) 1.1

14、4V; (b) 220kJ; (c) 約為 7 分子 ATP。12 . (a) 7ATP; (b) 37ATP; (c) 16ATP。13 .細胞色素是電子傳遞的蛋白，血紅素鐵在Fe (II )和Fe (III )狀態(tài)間轉(zhuǎn)換，血紅蛋白和肌紅蛋白的功能分別是運輸和存儲氧，鐵一直保持Fe(II)狀態(tài)。14 .細胞色素c與線粒體膜的結(jié)合并不緊密，可以很容易在細胞裂解時丟失，這個蛋白在大多數(shù)有氧生物中都非常相似，可以用一個來源的細胞色素c供應(yīng)另一種生物進行工作。15 .生成一個ATP大約需要30.5kJ,所以ATP的最大產(chǎn)量取整數(shù)時為 3,實際產(chǎn)生一個 ATP,因此該過程的效率為 33.3%。16 .加入的亞硝酸鹽將血紅蛋白中Fe2+氧化成Fe3+,因而形成了高鐵血紅蛋白：Hb(Fe2+)Hb (F