24.2　課后習題詳解

1．什么是氧化-還原電勢？怎樣計算氧化-還原電勢？

答：（1）氧化-還原電勢：

氧化-還原電勢是指還原劑失掉電子的傾向（氧化劑得到電子的傾向）。

（2）氧化-還原電勢的計算：

氧化還原電勢等于正極的電極勢減去負極的電極勢。

2．將下列物質按照容易接受電子的順序加以排列：

a：α-酮戊二酸＋CO₂

c：O₂

b：草酰乙酸

d：NADP＋

答：c>b>d>a。

3．在電子傳遞鏈中各個成員的排列順序根據什么原則？

答：電子傳遞鏈中各個成員的排列順序根據的原則是電子從氧化還原勢較低的成員傳遞到氧化還原勢較高的成員。

4．在一個具有全部細胞功能的哺乳動物細胞勻漿中加入下列不同的底物，當每種底物完全被氧化為CO₂和H₂O時，能產生多少ATP分子？

①葡萄糖

②丙酮酸

③乳酸

④果糖-1,6-二磷酸

⑤磷酸烯醇式丙酮酸

⑥檸檬酸

⑦二羥丙酮磷酸

⑧NADH

答：

表24-7  葡萄糖徹底氧化生成ATP分子的統計表

根據表24-7計算可得：上述8種物質完全被氧化為CO₂和H₂O時，能產生的ATP分子數分別為：

①葡萄糖（30）；

②丙酮酸（12.5）；

③乳酸（15）；

④果糖-1,6-二磷酸（32）；

⑤磷酸烯醇式丙酮酸（15）；

⑥檸檬酸（10）；

⑦二羥丙酮磷酸（15）；

⑧NADH（2.5）。

5．在生物化學中O₂形成H₂O所測得的標準氧化-還原電勢為0.82V，而在化學測定中測得的數值為1.23V，這種差異是怎樣產生的？

答：這種差異是由于在生物化學反應中，氧的還原不完全造成的。

6．電子傳遞鏈和氧化磷酸化之間有何關系？

答：生物氧化又稱細胞呼吸，是指各類有機物質在細胞內進行氧化分解，最終產生CO₂和H₂O，同時釋放能量（ATP）的過程。包括TCA循環、電子傳遞和氧化磷酸化三個步驟，分別是在線粒體的不同部位進行的。其中電子傳遞鏈和氧化磷酸化之間關系密切，電子傳遞和氧化磷酸化偶聯在一起。根據化學滲透學說（電化學偶聯學說），在電子傳遞過程中所釋放的能量轉化成了跨膜的氫離子濃度梯度的勢能，這種勢能驅動氧化磷酸化反應，合成ATP。即葡萄糖等在TCA循環中產生的NADH和FADH₂只有通過電子傳遞鏈才能氧化磷酸化，將氧化產生的能量以ATP的形式貯藏起來。

7．解釋下列的化合物對電子傳遞和氧化呼吸鏈有何作用？當供給充分的底物包括異檸檬酸、Pi、ADP、O₂，并分別加入下列化合物時，估計線粒體中的氧化呼吸鏈各個成員所處的氧化還原狀態。

①DNP

②魚藤酮

③抗霉素A

④CN-

⑤N3-

⑥CO

⑦寡霉素

答：（1）對電子傳遞和氧化呼吸鏈的作用：

①DNP（二硝基苯酚，dinitrophen01）：破壞線粒體內膜兩側的電化學梯度，而使氧化與磷酸化偶聯脫離，是最常見的解偶聯劑；

②魚藤酮：抑制NADH→CoQ的電子傳遞；

③抗霉素A：抑制Cytb→Cytc1的電子傳遞；

④～⑥CN-、N3-、CO₂抑制細胞色素氧化酶→O₂；

⑦寡霉素：與F₀結合，阻斷H＋通道，從而抑制ATP合成。

（2）不同情況下，線粒體中的氧化呼吸鏈各個成員所處的氧化還原狀態：

①當供給充分的底物包括異檸檬酸、Pi、ADP、O₂，并加入DNP時，電子傳遞鏈照常運轉，但不能形成ATP；

②當供給充分的底物包括異檸檬酸、Pi、ADP、O₂，并加入魚藤酮時，會阻斷電子從NADH到CoQ的傳遞，NADH處于還原狀態，其后的各組分處于氧化狀態；

③當供給充分的底物包括異檸檬酸、Pi、ADP、O₂，并加入抗霉素A時，會阻斷電子從Cytb到Cytcl的傳遞，Cytb及其上游組分處于還原狀態，Cytcl及其下游組分處于氧化狀態；

④～⑥當供給充分的底物包括異檸檬酸、Pi、ADP、O₂，并加入CN-、N3-、CO時，會阻斷電子從細胞色素氧化酶到O₂的傳遞，Cytc1及其上游組分處于還原狀態，O₂處于氧化狀態；

⑦當供給充分的底物包括異檸檬酸、Pi、ADP、O₂，并加入寡霉素時，抑制氧的利用和ATP的形成，使電子傳遞鏈不能正常進行，各組分均處于還原狀態。

8．什么是磷/氧比（P/O比），測定磷/氧比有何意義？

答：（1）磷氧比（P/Oratio）：指每吸收一個氧原子所酯化的無機磷分子數，即有幾個ADP變成ATP，實質是伴隨ADP磷酸化所消耗的無機磷酸的分子數與消耗分子氧的氧原子數之比。

（2）測定磷/氧比的意義：在于可以知道不同呼吸鏈氧化磷酸化的活力。

9．P/O比、每對電子轉運質子數之比（H＋/2e-）、形成1分子ATP所需質子數的比例、將ATP轉運到細胞溶膠所需質子數之比（～P/H＋），它們之間是否有相關性？

答：這些比值之間是有關聯的，但并不絕對。雖然電子轉移伴隨著ATP的合成，但不能僅以P/O比值作為ATP生成數的依據，而應考慮一對電子從NADH或FADH₂傳遞到氧的過程中，有多少質子從線粒體基質泵出，以及有多少質子必須通過ATP合成酶返回基質以用于ATP的合成，這樣才能從本質上確定ATP的生成數量。目前被廣泛接受的觀點是：ATP、ADP和無機磷酸通過線粒體內膜的轉運是由ATP-ADP載體和磷酸轉位酶催化的。已知每合成1個ATP需要3個質子通過ATP合成酶。與此同時，把一個ATP分子從線粒體基質轉運到胞液需要消耗1個質子，所以每形成1個分子的ATP就需要4個質子的流動。因此，如果一對電子通過NADH電子傳遞鏈可泵出10個質子，則可形成2.5個分子ATP；如果一對電子通過FADH₂電子傳遞鏈有6個質子泵出，則可形成1.5個ATP分子。

10．計算琥珀酸由FAD氧化和由NAD＋氧化的AG0＇值（利用下表的數據）。設FAD/FADH₂氧-還對的ΔE0＇接近于0V。解釋為什么在琥珀酸脫氫酶催化的反應只有FAD能作為電子受體而不是NAD＋？

表24-8

答：（1）據表中的數據：

①琥珀酸由FAD氧化時

②琥珀酸由NAD＋氧化時

（2）琥珀酸脫氫酶催化琥珀酸生成延胡索酸，其

而當設FAD/FADH₂氧一還對的ΔE0＇接近于0V時，其

琥珀酸脫氫酶催化琥珀酸生成延胡索酸產生的自由能略大于FAD/FADH₂氧-還對氧化時產生的自由能，小于NAD＋氧化時產生的自由能，因此琥珀酸在琥珀酸脫氫酶催化的反應中只有FAD能作為電子受體而不是NAD＋。

11．電子傳遞鏈產生的質子電動勢為0.2V，轉運2～4個質子，溫度為25℃，所得到的有效自由能為多少？用這些能可合成多少ATP分子？

答：（1）根據公式，電子傳遞鏈產生的質子電動勢為0.2V，轉運2～4個質子所能得到的有效自由能分別為：38.56kJ/mol、57.84kJ/mol、77.11kJ/mol。

（2）由于在生理條件下合成1分子ATP大約需要40～50kJ/mol的自由能，因此轉運2～3個質子，可合成1個ATP分子，轉運4個質子大約可合成1～2個ATP分子。