第27章 光合磷酸化

⒈根据放氧测定绿色植物的光合作用速率当用680nm波长的光照射时比用700nm光时高，但用这两种光一起照射时给出的光合作用速率比单独使用这两种波长光中的任一种光时高。请解释。

答：这是由于放氧的光合细胞有两个光反应的参与，一个是利用700 nm 波长的光，另一个利用 680 nm 波长的光。当用这两种光一起照射时，这两种波长的光互相协作，产生“Emerson 增益效应”，使给出的光合作用速率比单独使用这两种波长光中的任一种光时高。

⒉光系统I中处于基态的P700，E0'为+0.4V，当受700nm光激发时转变为P700*，E0'为-1.0V。在此光反应中P700为捕获光能的效率是多少？ 答：在此光反应中P700为捕获光能的效率是79%。

⒊当光系统I在标准条件下吸收700nm红光时P700的标准还原电势E0'由+0.4V变为-1.2V。被吸收的光能有百分之多少以NADPH（E0'=-0.32V）形式被储存？ 答：被吸收的光能有45%以NADPH（E0'=-0.32V）形式被储存。

⒋在无ADP和Pi存在下用光照射菠菜叶绿体，然后停止光照（在暗处），加入ADP和Pi。发现在短时间内有ATP合成。请解释原因。

答：这是由于用光照射菠菜叶绿体时，质子通过叶绿体的类囊体膜，进入类囊体腔，形成跨膜pH梯度。在暗处加入ADP和Pi后，质子通过ATP合酶从膜内流向膜外，推动ADP和Pi合成ATP。

⒌如果水的光诱导氧化反应（引起放氧）的ΔG0'为-25kJ/mol。光系统Ⅱ中光产生的最初氧化剂的E0'值是多少？

答：光系统Ⅱ中光产生的最初氧化剂的E0'值是+0.88V。

⒍在充分阳光下，25℃，pH7的离体叶绿体中ATP 、ADP和Pi的稳态浓度分别为3mmol/L 、0.1mmolL和10mmol/L。 ① 在这些条件下，合成ATP反应的ΔG是多少？②在此叶绿体中光诱导的电子传递提供ATP合成所需的能量（通过质子动势），在这些条件下合成ATP所需的最小电势差（ΔE0'）是多少？假设每产生1分子ATP要求2e-通过电子传递链。

答：①在这些条件下，合成ATP反应的ΔG是50.3 kJ/mol;②在这些条件下合成ATP所需的最小电势差（ΔE0'）是0.26V。

⒎如果非循环光合电子传递导致3H+/e-的跨膜转移，循环光合电子传递导致2H+/e-的跨膜转移。问①非循环光合磷酸化的和 ②循环光合磷酸化的ATP合成效应（以合成一个ATP所需吸收的光子表示）是多少？（假设CF1CF0ATP合酶产生1ATP/3H+）。 答：① 2hv/ATP；②1.5hv/ATP。

⒏真核光养生物非循环光合电子传递中ATP/2e-的实际比值并不确定。试计算从光系统Ⅱ到光系统Ⅰ的光合电子传递中ATP/2e-的最大理论比值。假设在细胞条件下，生成ATP的ΔG为+50kJ/mol，并假设ΔE≈ΔE0'。（提示：P680+/P680电对和P700+/P700电对的ΔE0'分别

为-0.6V和+0.4V）

答：从光系统Ⅱ到光系统Ⅰ的光合电子传递中ATP/2e-的最大理论比值是3.9。

⒐如果使用碳1位上标记14C的核酮糖-5-磷酸作为暗反应底物。3-磷酸甘油酸的哪位碳将被标记？

答：碳3 将被标记。

⒑在1轮循环中将有6μmolCO2和6μmol未表标记的核酮糖-1,5-二磷酸(RuBP)发生反应，产生1μmol葡糖-6-磷酸，并重新生成6μmolRuBP。问： ① 在重新生成的RuBP哪两个碳原子将不被标记；

②在重新生成的RuBP中其它3个碳原子各自被标记的百分数是多少？

答：①C3和C4不被标记； ②1/6在C1，1/6在C2，3/6在C3。其余1/6被等分地标记在葡糖-6-磷酸的C3和C4上。

第28章 脂肪酸的分解代谢

⒈说明经典的Knoop对脂肪酸氧化的实验和结论。比较他的假说与现代β -氧化学说的异同。

答：Knoop 用把偶数或奇数碳的脂肪酸分子末端甲基接上苯基，用这带“示踪物”的脂肪酸喂狗，然后分析排出的尿液，示踪物苯基在体内不被代谢，而以某一特定的有机化合物被排出。Knoop的实验结论是：脂肪酸氧化每次降解下一个2碳单元的片段，氧化是从羧基端的β-位碳原子开始的，释下一个乙酸单位。

现代β -氧化学说支持Knoop的基本观点，但与现代β -氧化学说相比，Knoop的假说有以下差异：切下的两个碳原子单元是乙酰-C0A,而不是醋酸分子；反应系列中的全部中间产物是结合在辅酶A上的；降解的起始需要ATP的水解。

⒉计算一分子硬脂肪酸彻底氧化成CO2及H2O产生的ATP分子数，并计算每克硬脂肪酸彻底氧化的自由能。

答：一分子硬脂酸需要经过8轮β氧化，生成9个乙酰CoA，8个FADH2 和8NADH，9个乙酰CoA可生成ATP：10×9=90个；8个FADH2可生成ATP ：1.5×8=12个；8个NADH可生成ATP：2.5×8=20个；以上总计为122个ATP，但是硬脂酸活化为硬脂酰CoA时消耗了两个高能磷酸键，一分子硬脂肪酸净生成120个ATP。（2）120个ATP水解的标准自由能为120×（－30.54）KJ=－3664.8KJ，硬脂肪酸的相对分子质量为256。故1克硬脂肪酸彻底氧化产生的自由能为－3664.8/256=－13.5KJ。

⒊说明肉碱酰基转移酶在脂肪酸氧化过程中的作用。

答：脂酰-C0A不能直接进入线粒体，它必须在肉碱酰基转移酶的催化下，转化为脂酰肉碱才能穿越线粒体内膜进行氧化。因此，肉碱酰基转移酶在脂肪酸氧化过程中起着重要的调控作用。

⒋说明辅酶维生素B12在奇数碳原子氧化途径中的功能。

答：奇数碳原子脂肪酸的氧化中，最后一步反应L-甲基丙二酰-CoA在甲基丙二酰变位酶作用下转化为琥珀酰 - CoA，这一酶促反应需要同时有维生素B12作为辅酶存在。

⒌说明在植烷酸的氧化中，α -氧化是必然的。

答：由于在C-3位上有一甲基取代基，因此植烷酸不属于β- 氧化的底物，它必须在α- 羟化酶作用下，在α位发生羟基化并脱羧形成植烷酸后才能进行氧化，即植烷酸的氧化中，α -氧化是必然的。

⒍如若膳食中只有肉 、蛋和蔬菜，完全排除脂质，会不会发生脂肪酸缺欠症？

答：由于有些脂肪酸在机体内不能合成或合成的量不足，因此，若膳食中只有肉 、蛋和蔬菜，完全排除脂质，会发生脂肪酸缺欠症。

⒎患者体内发生脂质积聚，经检测，脂质中具有半乳糖-葡萄糖神经酰胺的结构。试问是哪一步酶反映不能正常运行？

答：这是由于欠缺α- 半乳糖苷酶，导致三已糖神经酰氨不能降解造成的。

⒏是说明“酮尿症”的生化机制。

答：酮体是乙酰乙酸、β羟丁酸及丙酮的总称。

酮体为人体利用脂肪氧化物产生的中间的代谢产物,正常人产生的酮体很快被利用,在血中含量极微,约为2.0-4.0mg/L其中乙酰乙酸\\β羟丁酸\\丙酮各种分加约占20%、78%、2%。尿中酮体（以丙酮计）约为50mg/24h。定性测试为阴性。但在饥饿、各种原因引起的糖代谢发生障碍，脂分解增加及糖尿病酸中毒时，因产生酮体速度大于组织利用速度，可出现酮血症，继而发生酮尿（ketonuria,KET）。

⒐说明无活性维生素D3和活性维生素D3的结构关系。

答：活性维生素D3是指25-羟基维生素D3和1,25-羟基维生素D3，它们是由维生素D3（无活性）羟基化而成的。

第29章 脂类的生物合成

⒈试解释“三羧酸运送系统（tricarboxylate transport system）的作用机制和功能。

答：合成脂肪酸的原料是乙酰CoA，主要来自糖的氧化分解。此外，某些氨基酸分解也可提供部分乙酰CoA。以上过程都是在线粒体内进行的，而合成脂肪酸的酶却存在于胞液中，因此乙酰CoA必须进入胞液才能用于合成脂肪酸。乙酰CoA不能自由通过线粒体内膜，需借助于柠檬酸-丙酮酸循环（citrate pyruvate cycle）将乙酰CoA从线粒体内运出到胞液中。 首先在线粒体内，乙酰CoA与草酰乙酸经柠檬酸合酶催化缩合生成柠檬酸，再由线粒体内膜上相应载体协助进入胞液。在胞液内存在的柠檬酸裂解酶可使柠檬酸裂解产生乙酰CoA及草酰乙酸，前者可用于合成脂肪酸，后者可返回线粒体补充合成柠檬酸时的消耗。但草酰乙酸也不能自由通透线粒体内膜，故必需先经苹果酸脱氢酶催化，还原成苹果酸再经线粒体内膜上的载体转运入线粒体，经氧化后补充草酰乙酸。也可在苹果酸酶作用下，氧化脱羧生成丙酮酸，同时伴有NADPH的生成。丙酮酸可经内膜载体被转运入线粒体内，此时丙酮酸可再羧化转变为草酰乙酸。每经柠檬酸-丙酮酸循环一次，可使一分子乙酰CoA由线粒体进入胞液，同时消耗两分子ATP，还为机体提供了NADPH以补充合成反应的需要。

乙酰CoA需先羧化生成丙二酰CoA后才能进入合成脂肪酸的途径。乙酰CoA羧化酶是脂肪酸合成过程中的限速酶。此酶是变构酶。其无活性的单体与有活性的多聚体之间可以互变。柠檬酸与异柠檬酸可促进单体聚合成多聚体，增强酶活性，而长链脂肪酸可加速解聚，从而抑制该酶活性。乙酰CoA羧化酶还可依赖于cAMP的磷酸化及去磷酸化修饰来调节酶活

性。此酶经磷酸化后活性丧失。如胰高血糖素及肾上腺素等能促进这种磷酸化作用。从而抑制脂肪酸的合成；而胰岛素则能促进酶的去磷酸化作用，故可增强乙酰CoA羧化酶活性，加速脂肪酸合成。

⒉说明真核生物体内脂肪酸合酶的结构与功能。

答：真核生物体内脂肪酸合酶是多肽紧密协同的一个整体，共同作用完成脂酰CoA和丙二酸单酰CoA合成脂肪酸的催化过程，多肽链包括一个ACP和七个酶。 ACP的作用：以硫酯键的形式把脂酰基连接在复合物上。 七个酶及其作用分别是：

（1）乙酰 CoA：ACP 转酰酶(AT)(催化脂酰基转移)

（2）丙二酸单酰CoA：ACP 转酰酶(MT)（催化丙二酰基转移） （3）β-酮酰-ACP 合酶(KS)（催化脂酰基与丙二酰基缩合） （4）β-酮酰-ACP还原酶(KR)（催化酮基还原为羟基） （5）β-羟酰-ACP 脱水酶(HD)（催化脱水） （6） 烯酰-ACP 还原酶(ER)（催化双键还原） （7） 脂酰-ACP硫酯酶 (催化释放脂肪酸)

⒊试比较脂肪酸合成与脂肪酸β-氧化的异同。

答：脂肪酸合成与脂肪酸β-氧化的差异主要表现在以下几个方面 （1）细胞定位不同：胞质中；线粒体 （2）酰基载体不同：ACP；COA

（3）发生的反应不同：缩合、还原、脱水、再还原；脱氢、水化、再脱氢、硫解 （4）参与酶类不同：2种酶系；5种 （5）辅因子不同：NADPH；FAD，NAD+ （6）ATP不同：耗7ATP；生成130ATP （7）方向不同：甲基端向羧基端；相反

⒋脂肪酸合成中的碳链延长在线粒体中和在内质网中的机制有何不同？

答：生物体内有两种不同的酶系可以催化碳链的延长，一是线粒体中的延长酶系，另一个是粗糙内质网中的延长酶系。

线粒体脂肪酸延长酶系：以乙酰CoA为C2供体，不需要酰基载体，由软脂酰CoA与乙酰CoA直接缩合。线粒体的基质中进行，只能在C12,C14,C16的基础上逐步添加C2物，生成长链脂肪酸。需acetyl CoA, NADH, NADPH。反应为?β-氧化的逆过程，只有个别反应不同，即脂酰CoA 脱氢酶不参与逆反应，合成时由烯脂酰CoA还原酶催化，需NADPH而不是FADH2。

内质网脂肪酸延长酶系：用丙二酸单酰CoA作为C2的供体，NADPH作为H的供体，中间过程和脂肪酸合成酶系的催化过程相同。

⒌乙酰-CoA羧化酶脂肪酸合成中起着调控作用，试述这个调控的机制。

答：乙酰CoA需先羧化生成丙二酰CoA后才能进入合成脂肪酸的途径。乙酰CoA羧化酶是脂肪酸合成过程中的限速酶，是脂肪酸合成调控的关键所在。

乙酰CoA羧化酶是变构酶。其无活性的单体与有活性的多聚体之间可以互变。柠檬酸与异柠檬酸可促进单体聚合成多聚体，增强酶活性，而长链脂肪酸可加速解聚，从而抑制该酶活性。乙酰CoA羧化酶还可依赖于cAMP的磷酸化及去磷酸化修饰来调节酶活性。此酶经磷酸