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
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:
'?'?'? H2O + NAD+
?G'???nF?E'?
'??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-FMN
（2）E-FMNH2+2Fe3+
NAD++E-FMNH2
E-FMN+2Fe2++2H+ 2Fe3++QH2
(3) 2Fe2++2H++Q
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 （1） （2） （3） 电子供体 电子受体 还原剂 氧化剂 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？
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化）
(1) FADH2 + NAD+ (2) 琥珀酸 + FAD(3) β-羟丁酸 + NAD+
FAD + NADH + H+ 延胡索酸 + FADH2 乙酰乙酸 + NADH + H+
解答：（3）可按反应方向进行。
FAD+2H++2e-→FADH2 延胡索酸+2H++2e-→琥珀酸 乙酰乙酸+2H++2e-→β-羟丁酸
NAD++2H++2e-→NADH
(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 -0.346 -0.32
= -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?
解答：
'?丙酮酸 + NADH + H+ 乳酸 +NAD+
(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。
生物化学课后答案8新陈代谢总论与生物氧化
