反应中没有什么变化。在pH7.0时，每摩尔的ATP水解有30.5kJ·mol-1的自由能释放出来。由于H+是反应中产生的，如果H+浓度比较高(pH5.0)，平衡会向左移动。因此释放出的自由能减少。

8．解答：电子流动的方向是从具有较负标准还原势的分子流向具有较正标准还原电势的分子：

＋＋＋＋

① Cyt.b5(Fe2) ＋ Cyt.f(Fe3) → Cyt.b5(Fe3) ＋ Cyt.f(Fe2) ② 琥珀酸 ＋ CoQ → 延胡索酸 ＋ CoQH2

＋＋

① ① 异柠檬酸 ＋ NAD → α-酮戊二酸 ＋ NADH ＋ H

9．解答： ①查表可知：草酰乙酸/苹果酸 E'0=﹣0.18 V 延胡索酸／琥珀酸 E'0=﹢0.03 V

在这两个氧化还原对中，苹果酸和琥珀酸都是作为电子的供体。但是，氧化还原对的电势越负，失去电子的倾向越大。因此，苹果酸比琥珀酸具有更大的丢失电子的倾向。 ② 细胞色素a (ox) / 细胞色素a (red) E'0=﹢0.29伏 细胞色素b (ox) / 细胞色素b (red) E'0=﹢0.07伏

这两个氧化还原对相比，细胞色素b的氧化型(ox)与还原型(red)构成的电对具有较负的电 势，因而细胞色素b具有更大的失去电子的倾向。

第十章 糖酵解和磷酸戊糖途径

内容提要

糖酵解是由10个反应步骤组成，它是将一分子葡萄糖转变成两分子丙酮酸的过程。在该过程中净产生两分子的ATP和两分子的NADH。

糖酵解整个反应过程可分为两个阶段。第一阶段的反应是由己糖激酶、磷酸葡萄糖异构酶、磷酸果糖激酶、醛缩酶、磷酸丙糖异构酶催化。该过程经历了两次磷酸化反应，消耗了两分子的ATP。果糖-6-磷酸的生成为醛缩酶的催化作好了准备。经过第一阶段的反应，一分子的葡萄糖转变成了两分子的丙糖。

第二阶段是由甘油醛-3-磷酸脱氢酶、磷酸甘油酸激酶、磷酸甘油酸变位酶、烯醇化酶

＋

和丙酮酸激酶催化。在这一阶段中，两分子的NAD被还原为NADH；同时发生了底物水平磷酸化，产生了4分子的ATP。由于在第一阶段消耗了2分子的ATP，所以净产生2分子的ATP。

甘油醛-3-磷酸脱氢酶和磷酸甘油酸激酶以及烯醇化酶和丙酮酸激酶分别催化能量上偶联的反应，1,3-二磷酸磷酸甘油酸和磷酸烯醇式丙酮酸两者都是超高能量的化合物，分别是这两个能量偶联反应的共同中间物，它们以底物水平磷酸化的方式将其所含的超高能量的磷酸基酶促转移到ADP上，生成ATP。

在无氧条件下，丙酮酸利用第二阶段产生的NADH或是还原为乳酸（例如在哺乳动物的骨胳肌细胞中）或是经脱羧后还原为乙醇（例如在酵母细胞中）。

在红细胞中，第二阶段产生的1,3-二磷酸甘油酸可在二磷酸甘油酸变位酶的催化下，生成的二磷酸甘油酸，后者是血红蛋白的效应物，能够影响血红蛋白的输氧功能。

在糖酵解反应顺序中，己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶催化的反应在能量上是不可逆的。其中，只有磷酸果糖激酶催化的反应处在最关键的控制位置上。ATP以及柠檬酸是磷酸果糖激酶的有效的别构抑制剂，而AMP和ADP以及果糖-2,6-二磷酸是该酶的有效别构激活剂，能减轻或解除ATP的抑制作用。

果糖、半乳糖和甘露糖可以酶促转变成糖酵解的中间物而进入糖酵解途径。

磷酸戊糖途径以葡萄糖-6-磷酸为起始物进入一个循环过程。该途径的第一阶段涉及氧化性脱羧反应，生成5-磷酸核酮糖和NADPH。第二阶段是非氧化性的糖磷酸酯的相互转换。由于转酮醇酶和转醛醇酶催化反应的可逆性，使磷酸戊糖途径与糖酵解以及糖的异生作用发生了密切的联系，各途径中的中间物可以根据细胞的需要进入到对方代谢途径中去。

习题：

14

1．用C标记甘油醛-3-磷酸的一个碳原子，并加入到酵母提取液中。短时间温育之后，

1414

果糖-1,6-二磷酸的C-3和C-4位含有C标记。试问C最初标记在甘油醛-3-磷酸的什么部位上?果糖-1,6-二磷酸的第二个标记从哪儿获得?

2．在肌肉中，醛缩酶催化反应的△G0'＝﹢22.6kJ/mol。鉴于此，为什么糖酵解中的醛缩酶催化的反应仍然能向着甘油醛-3-磷酸和磷酸二羟丙酮生成的方向进行？

3．如果把32Pi加入到正在经历糖酵解的无细胞肝脏制剂中，这种标记将会参入到糖酵解的中间物或该途径的产物中吗？

4．为什么某些组织在高浓度氟离子存在下葡萄糖仍能继续产生CO2？

5． 当剧烈运动时，快速的糖酵解提供肌肉收缩所需的ATP。由于乳酸脱氢酶不产生ATP。如果丙酮酸而非乳酸是糖酵解的末端产物，糖酵解会变得更有效吗？

6．已知酵母无细胞抽提物含有酒精发酵所需要的全部酶，把这种抽提物加入到100ml

－－－－

含有200mmol·L1的葡萄糖、20mmol·L1的ADP、40mmol·Ll的ATP、2mmol·Ll

－－

的NADH、2mmol·Ll的NAD+以及20mmol·Ll的Pi介质中，在无氧下保温。

①假定酒精只要一经形成就从保温介质中移走，那么能形成的最大酒精量是多少(以毫摩尔计)?解释你的回答。

②一旦介质达到题①中所产生的酒精量后，下述哪种变化最可能允许最大限度地产生酒精?为什么?

－

(a)使介质中的葡萄糖浓度加倍； (b)加入20mmol·Ll的甘油醛-3-磷酸；

－

(c)加入20mmol·Ll丙酮酸； (d)加入ATPase。 ③在发生②的变化后，能形成的最大酒精量是多少?

7．①葡萄糖经无氧酵解转变成两分子的乳酸，请在乳酸分子中指出葡萄糖的六个碳原子的位置。②在有氧条件下，丙酮酸可以脱羧生成乙酰CoA和CO2。葡萄糖分子什么位置的碳用14C标记所产生的CO2含有放射性标记？

8．分别计算①葡萄糖、②果糖、③甘露糖和④蔗糖（最初的代谢步骤是：蔗糖＋Pi→果糖＋葡萄糖-1-磷酸；葡萄糖-1-磷酸异构化转变成葡萄糖-6-磷酸）在无氧下净产生的ATP分子数。

9．在氟化物的存在下(必须达到能有效抑制烯醇化酶的浓度)，用14C-3标记的葡萄糖合成磷酸戊糖。所形成的磷酸戊糖的什么部位含有放射性标记?

①如果合成仅仅是通过氧化途径，即借助于6-磷酸葡萄糖酸。 ②如果合成进入非氧化途径，即借助于酵解中间物。

10．肿瘤细胞往往缺乏大范围的毛细血管网状系统，且必须在氧供应受限制的条件下运

作。请解释为什么肿瘤细胞会吸收更多的葡萄糖和过量产生某些糖酵解酶。 解答：

14

1．解答: C最初标记在甘油醛-3-磷酸的C-1位(醛基碳)。甘油醛-3-磷酸在磷酸丙糖异构酶的催化下，一部分转变成磷酸二羟丙酮：

这样，甘油醛-3-磷酸的C-1位上的放射性标记转变成了磷酸二羟丙酮的C-3位上含放射性标记。在醛缩酶的催化下，甘油醛-3-磷酸和磷酸二羟丙酮缩合成果糖-1,6-二磷酸。结果这样

14

生成的果糖-1,6-磷酸的C-3和C-4位含有C标记：

果糖-1,6-二磷酸的C-3和C-4位的放射性标记分别来自磷酸二羟丙酮的C-3位和甘油醛-3-磷酸的C-1位。

2．解答：在标准条件下，醛缩酶反应的自由能变化（△G0'）为﹢22.6kJ/mol。但是，在心肌中，果糖1,6-二磷酸、磷酸二羟丙酮和甘油醛-3-磷酸的浓度不是处于标准浓度

0

（1mM），因此，该反应的实际自由能的变化（△G'为﹣5.9kJ/mol）与△G'很不相同，醛缩酶很容易按糖酵解反应的方向进行，即：

果糖1,6-二磷酸 → 甘油醛-3-磷酸 ＋ 磷酸二羟丙酮

3．解答：在糖酵解反应中，甘油醛-3-磷酸脱氢酶催化无机磷酸的参入生成1,3-二磷酸甘油酸：

＋＋

甘油醛-3-磷酸 ＋ NAD ＋ Pi → 1,3-二磷酸甘油酸 ＋ NADH ＋H

在磷酸甘油酸激酶的催化下，1,3-二磷酸甘油酸中的含放射性标记的32Pi将被转移到ADP上生成ATP：

1,3-二磷酸甘油酸 ＋ ADP → 3-磷酸甘油酸 ＋ ATP

因此，无机32Pi会出现在中间物1,3-二磷酸甘油酸以及该途径的产物ATP上。

4．解答：在高浓度氟离子存在下，糖酵解途径的丙酮酸激酶活性被抑制，柠檬酸循环被阻断，但葡萄糖可进入磷酸戊糖途径被氧化产生CO2。

5．解答：将变得无效。当剧烈运动时，肌肉处在暂时缺氧状态，能量主要通过无氧酵解提供。为了使无氧酵解能持续进行，由甘油醛-3-磷酸脱氢酶催化产生的NADH必需经乳

＋

酸脱氢酶催化，使丙酮酸还原成乳酸，同时使NAD再生，才能使无氧酵解继续运转，从而产生肌肉收缩所需的ATP。因此，如果丙酮酸而非乳酸是糖酵解的末端产物，那么，无氧酵解不能继续运张，ATP的供应将停止。

6．解答：①因为在给定的条件下，只有Pi处于限速浓度，一旦Pi耗尽，发酵就会停止。已知：

葡萄糖 +2Pi + 2ADP → 2分子酒精 + 2CO2 + 2ATP

即每毫摩尔的葡萄糖降解需要2毫摩尔的Pi。所以，能形成的最大酒精量是2毫尔。

②加入ATPase后能允许酒精量最大限度地产生。因为ATPase能催化ATP水解生成ADP 和Pi。Pi可以通过该酶作用产生。

③从理论上讲，能形成的最大限度的酒精量是2×200＝400毫摩尔。因为介质中的40毫摩尔的ATP被水解，发酵过程中产生的ATP又可被ATPase水解，这样就产生了一个ATP形

成(发酵)和水解(ATPase)的循环，Pi可以不断产生，就象发酵过程中的NADH产生与氧化所形成的循环一样。

7．解答： ①葡萄糖的碳原子顺序标数从羰基碳开始，直到末端一级醇羟基，分别以1、2、3、4、5和6表示；葡萄糖经无氧酵解，生成两分子的乳酸。乳酸分子中的羧基碳原子来自原初葡萄糖分子的C-3和C-4，中间碳位的原子源自葡萄糖的C-2和C-5，甲基碳原子来自葡萄糖的C-1和C-6。②丙酮酸脱羧产生的CO2来自丙酮酸的羧基碳，因此，只要用14C标记葡萄糖的C-3或C-4或C-3和C-4可得到含放射性标记的CO2。

8．解答：①每分子葡萄糖在无氧下经糖酵解总共产生4分子的ATP，但第一阶段两次磷酸化反应消耗了2分子的ATP，故净产生2分子的ATP。

②在肌肉细胞中，果糖在果糖激酶催化下（消耗1分子的ATP）转变成果糖-6-磷酸，后者可直接进入糖酵解途径，净产生2分子的ATP。如果反应发生在肝细胞中，果糖先经磷酸果糖激酶催化转变成果糖-1-磷酸，后者经果糖-1-磷酸醛缩酶作用转变成磷酸二羟丙酮和甘油醛。甘油醛再经甘油醛激酶催化生成甘油醛-3-磷酸。磷酸二羟丙酮和甘油醛-3-磷酸都是糖酵解的中间物，能继续进行糖酵解反应。因此，每分子果糖在肝细胞中经糖酵解同样可净产生2分子的ATP。

③甘露糖是葡萄糖C-2的差向异构体，己糖激酶能识别甘露糖，将其转变成甘露糖-6- 磷酸。甘露糖-6-磷酸再经甘露糖-6-磷酸异构酶催化生成糖酵解的中间物果糖-6-磷酸。因此，甘露糖在无氧下经糖酵解能净产生2分子的ATP。

④蔗糖经水解产生一分子的果糖和一分子的葡萄糖。果糖和葡萄糖经糖酵解分别净产生 2分子的ATP。所以一分子的蔗糖经糖酵解净产生4分子的ATP。

9．解答：①磷酸戊糖的C-2位含有14C标记。因为葡萄糖经6-磷酸葡萄糖酸转变成磷酸戊糖是磷酸己糖支路的第一阶段，即氧化脱羧阶段，脱羧部位是原初葡萄糖的C-1位。

②磷酸戊糖的C-3位以及C-1位和C-2位都含有放射性标记。在此过程中，葡萄糖转变成糖酵解的中间物果糖-6-磷酸（C-3含有标记）和甘油醛-3-磷酸（C-1含有标记，碳位数的转换见第3题）。糖酵解生成的果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸经转酮醇酶和转醛醇酶催化的逆反应，所生成的磷酸戊糖的C-3位以及C-1位和C-2位含有放射性标记

10．解答：若将葡萄糖以无氧酵解的方式代谢为乳酸，每分子的糖所产生的ATP比正常细胞在有氧下代谢葡萄糖产生的ATP少得多，因此，需要更多的葡萄糖经无氧酵解被代谢才能产生细胞所需的足够的ATP，葡萄糖在无氧下转变成乳酸的速度也比在有氧下高出很多。处在缺氧环境下的肿瘤细胞会吸收更多的葡萄糖，也许过量产生某些糖酵解的酶，可以为加强该途径的运转作出必要的补偿。

第十一章 柠檬酸循环

内容提要

细胞呼吸可分为三个阶段，第一阶段是葡萄糖经酵解产生丙酮酸，后者再被氧化成乙酰CoA的过程，也是脂肪酸和氨基酸经氧化性分解产生乙酰CoA的过程；第二阶段是乙酰CoA经柠檬酸循环酶促降解为CO2和产生还原性辅酶（NADH和FADH2）的过程；第三阶段是前两个过程产生的还原性辅酶的电子经电子传递链被转移给氧分子、伴随着ATP生成的过程。

在原核生物中，柠檬酸循环发生在胞液中，而在真核生物中，该循环则发生在线粒体内。在真核生物胞液内产生的丙酮酸必须被转移到线粒体基质中，才能经受进一步的反应。

丙酮酸在丙酮酸脱氢酶复合物催化下氧化脱羧生成乙酰CoA。该酶复合物是由3种不同的酶和5种不同的辅酶构成。与E2（二氢硫辛酰转乙酰基酶）结合的、长长的、具柔性的硫辛酰赖氨酰臂在反应中间物的转移中起着重要的作用。

在柠檬酸循环中，每分子乙酰CoA经过8个酶促反应步骤转变成2分子的CO2，并使

＋

3分子的NAD和1分子的FAD分别还原成NADH和FADH2。柠檬酸循环本身也发生底物水平磷酸化反应，产生1分子的GTP或ATP。还原性辅酶经第三阶段的反应（氧化磷酸化