23.3　名?？佳姓骖}詳解

一、選擇題

1．丙酮酸氧化脫羧需要（　?。?span id="gnytpzj" class="ZhenTiTag">[西南農(nóng)業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)2003研]

A．NAD＋

B．NADP＋

C．FMN

D．UQ

【答案】A

【解析】丙酮酸氧化脫羧形成乙酰CoA的反應(yīng)是在真核細(xì)胞的線粒體基質(zhì)中進(jìn)行的，這是一個(gè)連接酵解和三羧酸循環(huán)的中心環(huán)節(jié)。丙酮酸氧化脫羧反應(yīng)是由丙酮酸脫氫酶系催化的。它是一個(gè)十分大的多酶體系，其中包括丙酮酸脫羧酶E₁，二氫硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶E₂和二氫硫辛酸脫氫酶E₃三種不同的酶及焦磷酸胺素（TPP）、硫辛酸、FAD、NAD＋、CoA和Mg2＋六種輔助因素組裝而成。丙酶酸脫氫酶系是在線粒體膜上，催化反應(yīng)如下：

2．對丙酮酸激酶缺乏癥患者來說，測定其生理生化指標(biāo)之前，你預(yù)示會發(fā)生下述哪種現(xiàn)象？（　　）[清華大學(xué)2003研]

A．血紅蛋白對氧親和力升高

B．血紅蛋白對氧親和力降低

C．2,3-二磷酸甘油酸水平下降

D．2,3-二磷酸甘油酸水平不變

【答案】B

【解析】丙酮酸激酶缺乏病人由于酵解產(chǎn)物不能進(jìn)入三羧酸循環(huán)，使酵解中間產(chǎn)物濃度增加，導(dǎo)致紅細(xì)胞中2,3-二磷酸甘油酸濃度增高，而使血紅蛋白與氧的親和力非常低。由于病人不能很好地進(jìn)行酵解，ATP減少，因?yàn)榻档土薔a＋，K＋-ATP酶的活性，細(xì)胞無法維持正常離子濃度而腫脹裂解，造成溶血性貧血。

3．α-酮戊二酸脫氫氧化生產(chǎn)琥珀酸。在有氧條件下，完整線粒體中，一分子α-酮戊二酸氧化將能生成（　?。?。[中國科學(xué)院2002研]

A．1分子ATP

B．2分子ATP

C．3分子ATP

D．4分子ATP

【答案】D

【解析】由α-酮戊二酸脫氫反應(yīng)經(jīng)歷了兩個(gè)步驟：①α-酮戊二酸＋CoASH＋NAD＋→琥珀酰CoA＋NADH＋H＋＋H₂O；②琥珀酰CoA＋ADP＋Pi→琥珀酸＋CoA＋ATP其中，①中生成的NADH氧化可產(chǎn)生3個(gè)ATP分子，所以這兩步反應(yīng)中共能產(chǎn)生4個(gè)分子的ATP。

4．硫胺素在體內(nèi)常以TPP形式，作為（　  ）的輔酶參與糖代謝。[南開大學(xué)2002研]

A．脫氫酶

B．脫羧酶

C．轉(zhuǎn)氨酶

D．變位酶

【答案】A

【解析】硫胺素在體內(nèi)常以TPP形式存在，可作為丙酮酸脫氫酶系的輔酶參與丙酮酸的氧化脫羧反應(yīng)。

5．下列哪種不是丙酮酸脫氫酶系的輔酶因子？（　  ）[華中師范大學(xué)2009研]

A．磷酸吡哆醛

B．焦磷酸硫胺素

C．硫辛酸

D．FAD

【答案】A

6．丙二酸對琥珀酸脫氫酶的抑制是（　  ）。[華中農(nóng)業(yè)大學(xué)2009研]

A．不可逆抑制

B．競爭性抑制

C．非競爭性抑制

D．產(chǎn)物反饋抑制

【答案】B

7．1分子葡萄糖有氧氧化時(shí)共有幾次底物水平磷酸化？（　?。?span id="zopflbz" class="ZhenTiTag">[華中農(nóng)業(yè)大學(xué)2008、2007研]

A．3

B．4

C．5

D．6

【答案】A

8．三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)點(diǎn)不包括（　  ）。[首都師范大學(xué)2007研]

A．檸檬酸合成酶

B．異檸檬酸脫氫酶

C．α-酮戊二酸脫氫酶

D．二氫硫辛酰胺脫氫酶

【答案】D

9．不能進(jìn)入三羧酸循環(huán)氧化的物質(zhì)是（　  ）。[中科院水生生物研究所2007研]

A．亞油酸

B．乳酸

C．α-磷酸甘油

D．膽固醇

E．軟脂酸

【答案】D

10．下述哪種情況可導(dǎo)致丙酮酸脫氫酶系活性升高？（　  ）[華東師范大學(xué)2007研]

A．ATP/ADP比值升高

B．CH₃COCoA/CoA比值升高

C．NADH/NAD＋比值升高

D．能荷升高

E．能荷下降

【答案】E

二、填空題

1．TCA中催化第一步脫氫反應(yīng)的酶是______。[華東師范大學(xué)2007研]

【答案】異檸檬酸脫氫酶

2．某些細(xì)菌和植物中，異檸檬酸有兩種主要的命運(yùn)：需能時(shí)，通過______（反應(yīng)類型）生成______；而能量充裕時(shí)，則通過_____（反應(yīng)類型）生成。[上海交通大學(xué)2007研]

【答案】三羧酸循環(huán)；ATP；乙醛酸循環(huán)；草酰乙酸（葡萄糖）

3．從生化代謝途徑來看，腳氣病和汞中毒的作用位點(diǎn)都是______復(fù)合體。[中山大學(xué)2008研]

【答案】丙酮酸脫氫酶

4．丙酮酸脫氫酶復(fù)合物受______、______和______的調(diào)控。[復(fù)旦大學(xué)2008研]

【答案】NADH；乙酰CoA；Ca2＋

5．α-酮戊二酸脫氫酶的輔酶有______、______、______、______和______。[南開大學(xué)2009研]

【答案】NAD＋；TPP；FAD；CoA硫辛酸

三、判斷題

1．在三羧酸循環(huán)中，只有一步屬于底物磷酸化。（　  ）[華東師范大學(xué)2007研]

【答案】對

【解析】三羧酸循環(huán)中唯一的底物水平磷酸化反應(yīng)是琥珀酰CoA→琥珀酸，生成GTP（可轉(zhuǎn)化為ATP）。

2．糖酵解和三羧酸循環(huán)酶類的合成是組成型的。（　  ）[華中農(nóng)業(yè)大學(xué)2008研]

【答案】對

3．在代謝途徑的研究中，第一個(gè)被闡明的循環(huán)是三羧酸循環(huán)。（　  ）[南京大學(xué)2007研]

【答案】錯(cuò)

4．三羧酸循環(huán)中沒有氧分子參與反應(yīng)，因此，三羧酸循環(huán)也可在無氧條件下進(jìn)行。（　?。?span id="jg6fdbi" class="ZhenTiTag">[中山大學(xué)2007研]

【答案】錯(cuò)

5．三羧酸循環(huán)的琥珀酸脫氫酶位于線粒體內(nèi)膜上。（　  ）[中國科學(xué)院2007研]

【答案】對

6．人體可以通過TCA循環(huán)分解代謝掉乙酸的衍生物。（　  ）[復(fù)旦大學(xué)2008研]

【答案】錯(cuò)

7．糖的有氧氧化形成ATP的方式有底物水平磷酸化和氧化磷酸化兩種形式，而糖的無氧氧化形成ATP的方式只有底物水平磷酸化一種方式。（　　）[華東師范大學(xué)2004研]

【答案】對

【解析】細(xì)胞合成ATP有兩個(gè)獨(dú)特的方法，即底物水平磷酸化和氧化磷酸化。在糖的無氧酵解中，2個(gè)ATP合成反應(yīng)包括磷酸基團(tuán)從糖的磷酸中間體到ADP的直接轉(zhuǎn)移，都是底物水平磷酸化，而糖的有氧氧化形成的36～38分子ATP。除了有上述底物水平磷酸化以外，還有氧化磷酸化反應(yīng)，包括電子傳遞鏈、ATP的生成與NADH和FADH₂分別氧化為NAD＋和FAD相聯(lián)系，并通過質(zhì)子跨線粒體內(nèi)膜產(chǎn)生的質(zhì)子梯度。

8．丙酮酸脫氫酶系催化底物脫下的氫，最終交給FAD生成FADH₂。（　　）[中國科學(xué)院水生生物研究所2004 研]

【答案】錯(cuò)

【解析】丙酮酸脫氫酶系中，二氫硫辛酸脫氫酶氧化二氫硫辛酸，并將氫交給其輔基FAD，F(xiàn)ADH₂再使NAD＋還原，因此，電子傳遞方向?yàn)榱蛐了帷鶩AD→NAD＋。

四、名詞解釋題

兩用代謝途徑。[復(fù)旦大學(xué)2003研]

答：兩用代謝途徑是指既可用于代謝物分解，又可用于合成的代謝途徑，往往是物質(zhì)代謝間的樞紐。如三羧酸循環(huán)，既是糖脂蛋白質(zhì)徹底氧化的最后途徑，又可為糖、氨基酸的生物合成提供所需碳骨架和能量。

五、問答題

1．在檸檬酸循環(huán)各個(gè)反應(yīng)中并沒有出現(xiàn)氧，但檸檬酸循環(huán)卻是有氧代謝的一部分。請解釋。[中國科學(xué)院2007研]

答：檬酸循環(huán)和電子傳遞磷酸化反應(yīng)是細(xì)胞產(chǎn)生能量的最重要的反應(yīng)系統(tǒng)。任何物質(zhì)要完全氧化必須經(jīng)過這兩個(gè)系統(tǒng)。

檸檬酸循環(huán)包括幾步脫氫反應(yīng)，而NAD＋、FAD則是其電子受體，線粒體內(nèi)的NAD＋、FAD庫的大小相對于乙酰CoA的量來說是很小的，這些輔助因子必須重新循環(huán)才能滿足其需要，循環(huán)需要經(jīng)過電子傳遞鏈才能完成，而氧是傳遞鏈的最終電子受體。在缺乏氧時(shí)，NAD＋、FAD通過電子傳遞鏈重新產(chǎn)生是不可能的。所以在檸檬酸循環(huán)各個(gè)反應(yīng)中并沒有出現(xiàn)氧，但檸檬酸循環(huán)卻是有氧代謝的一部分。

2．寫出在檸檬酸循環(huán)中（要求寫出結(jié)構(gòu)式）：（1）既有NADH生成，又有CO₂釋放的反應(yīng)，注明催化反應(yīng)的酶。（2）只有NADH生成，沒有CO₂釋放的反應(yīng)，注明催化反應(yīng)的酶。[首都師范大學(xué)2009研]

答：（1）滿足條件的反應(yīng)有兩個(gè)，即異檸檬酸脫氫酶催化異檸檬酸脫氫、脫羧轉(zhuǎn)變?yōu)棣?酮戊二酸的反應(yīng)，以及α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物催化α-酮戊二酸脫氫、脫羧轉(zhuǎn)變?yōu)殓牾oA的反應(yīng)。

（2）滿足條件的反只有一個(gè)，即蘋果酸脫氫酶催化蘋果酸氧化為草酰乙酸的反應(yīng)。

3．依序?qū)懗鋈人嵫h(huán)中的酶。[中國科學(xué)院研]

答：檸檬酸合酶、烏頭酸酶、異檸檬酸脫氫酶、酮戊二酸脫氫酶系、琥珀酰CoA合成酶、琥珀酸脫氫酶、延胡索酸酶、蘋果酸脫氫酶。

4．試分析為什么厭氧微生物會含有某些檸檬酸循環(huán)途徑中的酶但卻沒有完整的檸檬酸循環(huán)？[美國杜克大學(xué)研]

答：因?yàn)樵撗h(huán)的某些中間代謝物，如檸檬酸和琥珀酰CoA等是其他生物分子的合成前體，即便是厭氧微生物也必須具備合成這些中間代謝物的能力，而完整的檸檬酸循環(huán)則會產(chǎn)生最終需要被O₂再氧化的還原性輔酶。

5．丙二酸是琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制劑，試分析加入草酰乙酸為什么能解除該抑制作用？[美國賓夕法尼亞大學(xué)考研]

答：競爭性抑制（如本例中的琥珀酸）可經(jīng)由增加底物濃度而解除，草酰乙酸（或該循環(huán)中的其他中間代謝物）可通過檸檬酸循環(huán)轉(zhuǎn)化為琥珀酸，故可解除丙二酸對琥珀酸脫氫酶的抑制作用。

六、論述題

什么是三羧酸循環(huán)，它有何生物學(xué)意義？[西南農(nóng)業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)2001研]

答：三羧酸循環(huán)是由四碳原子的草酰乙酸與二碳原子的乙酰輔酸A縮合成具有三個(gè)羧基的檸檬酸開始，經(jīng)過一系列脫氫和脫羧反應(yīng)后又以草酰乙酸的再生結(jié)束。由于循環(huán)中首先生成含有三個(gè)羧基的檸檬酸，故被稱為三羧酸循環(huán)或檸檬酸循環(huán)，簡稱TCA縮環(huán)，為了紀(jì)念德國科學(xué)家Hans Krebs在闡明三羧酸循環(huán)中所做出的突出貢獻(xiàn)，三羧酸循環(huán)途徑又被稱為Krebs循環(huán)。

三羧酸循環(huán)途徑共有九步反應(yīng)；循環(huán)中CO₂的生成方式是兩次脫羧反應(yīng)；在這九步反應(yīng)中有多個(gè)反應(yīng)是可逆的，但由于檸檬酸合成酶，異檸檬酸脫氫酶和a酮戊二酸脫氫酶系催化的反應(yīng)不可逆，故循環(huán)只能單方向進(jìn)行；整個(gè)循環(huán)有4次脫氫，脫下的4對氫原子，其中3對以NDA＋為受氫體，1對以FAD為受氫體；循環(huán)中各中間產(chǎn)物不斷地被消耗和補(bǔ)充，使循環(huán)處于動態(tài)平衡中；一次循環(huán)，可以釋放大量能量。由于三羧酸循環(huán)的起始物乙酰CoA不僅由糖的氧化分解產(chǎn)生，也可由甘油、脂肪酸和氨基酸的氧化分解產(chǎn)生，所以該循環(huán)實(shí)際上是糖、脂肪以及蛋白質(zhì)在體內(nèi)徹底氧化的共同途徑。

另外，α-酮戊二酸及草酰乙酸等循環(huán)過程的中間物可轉(zhuǎn)變成某些氨基酸，而許多氨基酸分解的產(chǎn)物又是循環(huán)的中間產(chǎn)物，可經(jīng)糖異生變成糖或者甘油，所以三羧酸循環(huán)是三大營養(yǎng)素相互聯(lián)系的樞紐。

三羧酸循環(huán)途徑的生物意義，總結(jié)起來有如下兩方面：

（1）為機(jī)體提供了大量的能量。1分子葡萄糖經(jīng)過糖酵解，三羧循環(huán)和呼吸鏈氧化后，可產(chǎn)生38個(gè)分子ATP，能量利用率達(dá)40%。

（2）三羧酸循環(huán)是糖代謝、蛋白質(zhì)代謝。脂肪代謝、核酸代謝以及次生物質(zhì)代謝聯(lián)絡(luò)的樞紐，它的中間產(chǎn)物可參與其他代謝途徑，其他代謝的產(chǎn)物是最終可通過三羧酸循環(huán)氧化為CO₂和H₂O，并放出能量。