第10章 生物能学与生物氧化
一、选择题
1抗霉素A对呼吸链（电子传递链）抑制的作用点在（ ）。[中国科学院2006研]
A．NADH脱氢酶
B．琥珀酸脱氢酶
C．细胞色素氧化酶
D．细胞色素b
【答案】D
【解析】通过加入抗霉素A阻断呼吸链中的特定环节，其中黄素蛋白、细胞色素b位于抗霉素A阻断部位之前，Cyt c、c1、aa3位于阻断部位之后。
2氧化磷酸化作用是将生物氧化过程释放的自由能转移并生成（ ）。[中国科学院研]
A．NADPH
B．NADH
C．ATP
D．FADH2
【答案】C
【解析】在底物被氧化的过程中（即电子或氢原子在呼吸链中的传递过程中）伴随着ADP磷酸化生成ATP的作用称为氧化磷酸化作用。
3苍术苷能够抑制氧化磷酸化，是因为它直接作用于（ ）。[南京大学2001研]
A．复合体Ⅰ
B．复合体Ⅲ
C．复合体Ⅳ
D．复合体Ⅴ
【答案】D
【解析】苍术苷能抑制FoF1-ATPase的合成。
4二硝基苯酚能抑制下列细胞功能的是（ ）。[中国科学院水生所2007研]
A．糖酵解
B．肝糖异生
C．氧化磷酸化
D．柠檬酸循环
【答案】C
【解析】二硝基苯酚是一种氧化磷酸化的解偶联剂，它能抑制线粒体内的氧化磷酸化作用，使呼吸链传递电子释放出的能量不能用于ADP磷酸化生成ATP。
5细胞色素b，c1，c和P450均含有辅基（ ）。[华东理工大学2007研]
A．Fe3＋
B．血红素C
C．血红素A
D．原卟啉
E．铁卟啉
【答案】E
【解析】细胞色素是一类含有铁卟啉辅基的色素蛋白。
6下列氧化还原电对中，标准氧化还原电位最高的是（ ）。[华中农业大学2016研]
A．延胡索酸/琥珀酸
B．细胞色素a Fe3＋/Fe2＋
C．细胞色素b Fe3＋/Fe2＋
D．CoQ/CoQH2
【答案】C
7电子传递抑制剂不仅能抑制氧化磷酸化，而且可直接抑制（ ）。[南开大学2016研]
A．柠檬酸循环
B．糖酵解
C．磷酸戊糖合成途径
D．糖异生
【答案】D
【解析】柠檬酸循环的NADH氧化在线粒体中需要氧气和电子传递。
8不是呼吸链中氧化磷酸化偶联部位的是（ ）。[南开大学2016研]
A．NADH-CoQ
B．CoQ-Cytc
C．FADH2-CoQ
D．Cytc-O2
【答案】C
二、填空题
1生物氧化主要有______，脱电子，与氧结合等三种方式。[中山大学研]
【答案】脱氢
2生物氧化过程中，CO2的生成方式包括______和______两种方式。[山东大学2001研]
【答案】直接脱羧；氧化脱羧
3FADH2呼吸链中氧化磷酸化生成ATP的偶联部位是______和______。[四川大学研]
【答案】复合物Ⅲ；复合物Ⅳ
4肝组织NADH进入线粒体____穿梭，进入脑____穿梭。[南开大学2016研]
【答案】苹果酸；α-磷酸甘油
【解析】苹果酸穿梭系统主要发生在心、肝和肾等器官的细胞中；α-磷酸甘油穿梭系统主要发生在脑和骨骼肌的细胞中。
5______的毒性在于阻断电子在______中的传递作用，使呼吸链完全被阻断；寡霉素是______剂，既抑制氧的利用又抑制ATP的形成；2,4-二硝基酚等酸性芳香化合物使线粒体内膜对H﹢的通透性增加是______剂。[南开大学研]
【答案】氰化物；细胞色素氧化酶；氧化磷酸化抑制；解偶联
6目前，ATP合酶的作用机理是用______模型来解释的。[中山大学研]
【答案】结合变构
三、判断题
1解偶联剂可抑制呼吸链的电子传递。（ ）[华中农业大学2007研]
【答案】错
【解析】解偶联剂使电子传递与氧化磷酸化脱节，电子传递能断续进行，但电子传递释放的能量以热形式散发，不能形成ATP。
2线粒体电子传递链复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ都能泵出质子。（ ）[中国科技大学2008研]
【答案】错
【解析】电子传递链中的四种电子传递复合物中的三种复合物即复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ都和质子传递有关系，复合物Ⅱ参与的是低能电子传递途径，将琥珀酸的电子经FAD传给CoQ。复合物Ⅱ传递电子时不伴随质子的泵出。
3生物氧化快速而且一次放出大量的能量。（ ）[厦门大学研]
【答案】错
【解析】生物氧化是指需氧细胞呼吸代谢过程中的一系列氧化还原作用，是一种逐步放能的缓慢氧化方式。
4呼吸链上电子流动的方向是从高标准氧化还原电位到低标准氧化还原电位。（ ）[华东师范大学研]
【答案】错
【解析】电子从电势较低的电对流向电势较高的电对。
5辅酶Q是呼吸链中唯一的非蛋白氧化还原载体。（ ）[中山大学2018研]
【答案】对
6呼吸链中将电子直接传递给氧的是细胞色素aa3。（ ）[中山大学2018研]
【答案】对
7二硝基苯酚和寡霉素均能抑制线粒体的氧化磷酸化作用，但在二硝基苯酚的存在下加入寡霉素，则对电子传递过程并不发生影响。（ ）[山东大学2016研]
【答案】对
【解析】寡霉素阻断质子通过ATP合酶的通道，使ATP的合成受阻，由于质子泵出线粒体需要更高的能障，电子传递被抑制，氧的消耗停止。二硝基苯酚存在时，ATP的合成仍然因为寡霉素的存在而被抑制，但质子梯度被二硝基苯酚破坏，所以消除了寡霉素对电子传递的抑制，所以电子传递过程能够继续进行。
四、名词解释题
1底物水平磷酸化[中山大学2018研]
答：底物水平磷酸化是指代谢物在脱氢和脱水的过程中，分子内部发生能量重排生成高能磷酸键，这种高能键将ADP磷酸化生成ATP的过程。
2Oxidative phosphorylation [武汉大学2015研]
答：Oxidative phosphorylation的中文名称是氧化磷酸化，是指在真核细胞的线粒体或细菌中， NADH和FADH2上的电子通过一系列电子传递载体传递给O2，伴随NADH和FADH2的再氧化，其间释放出的能量使ADP磷酸化形成ATP的生物化学过程。
3活化能[中山大学2018研]
答：活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的最低能量。活化能的大小与反应速率相关，活化能越低，反应速率越快，因此降低活化能会有效地促进反应的进行。酶通过降低活化能来促进一些原本很慢的生化反应得以快速进行。
4氧化呼吸链[中山大学2018研]
答：氧化呼吸链（respiratory chain）是指有机物在生物体内氧化过程中所脱下的氢原子，经过一系列有严格排列顺序的传递体组成的传递体系进行传递，最终与氧结合生成水的电子或氢原子的传递体系。
5磷氧比[山东大学2016研]
答：磷氧比是指氧化磷酸化过程中，每消耗一个氧原子（或每对电子通过氧化呼吸链传递给氧），所产生的ATP分子数。电子经过呼吸链的传递作用最终与氧结合生成水，在此过程中所释放的能量用于ADP磷酸化生成ATP，经此过程消耗一个原子的氧所要消耗的无机磷酸的分子数，也是生成ATP的分子数，称为磷氧比值，即磷氧比。NADH氧化呼吸链P/O比值接近2.5，琥珀酸氧化呼吸链P/O比值接近1.5。
五、问答题
1生物氧化与物质在体外的氧化有何区别？[南开大学2016研]
答：有机分子在体内氧化分解成二氧化碳和水并释放出能量的过程称为生物氧化。其与体外的一般氧化反应如燃烧相同，都是脱氢、失电子或与氧结合，消耗氧气，都生成CO2和H2O，所释放的能量也相同。不同点如表1-10-1所示。
表1-10-1
2鱼藤酮、抗霉素A和CO分别在什么部位抑制电子传递链？ [中国科学院研]
答：（1）鱼藤酮为农药鱼藤精的一种组分，它能和NADH脱氢酶牢固结合，因而能阻断呼吸链的电子传递。
（2）抗霉素A，是从链霉菌分离出的抗生素，它抑制电子从细胞色素b到细胞色素c1的传递作用。
（3）一氧化碳，可以阻断电子由细胞色素aa3向氧的传递作用
32,4-二硝基苯酚（DNP）是哪一类氧化磷酸化抑制剂及其功能是什么？它如何实现这一功能？[四川大学研]
答：（1）2,4-二硝基苯酚是解偶联剂。其功能是只抑制ATP的形成，不抑制电子传递，使电子传递产生的自由能都变为热能。
（2）实现这一功能是因为2,4-二硝基苯酚是一种亲脂的弱酸性化合物，它能以中性的质子状态穿过线粒体脂质双分子层的内膜。当存在跨膜的质子梯度时，它在膜的酸性侧结合质子，成为一种中性的不带电荷的状态，通过扩散穿过膜，并在膜的碱性侧释放出质子（呼吸链中的质子H＋不经ATP合成酶系的质子通道回流），降低或消除了H＋的跨膜梯度，从而抑制ADP磷酸化生成ATP，由电化学能贮存的能量以热能形式释放。
六、论述题
什么叫呼吸链？有哪些方法可用来确定电子传递顺序？[南京师范大学2000研]
答：（1）线粒体内膜的最基本功能是将代谢物脱下的成对氢原子或电子通过多种酶和辅酶所组成的连锁反应的逐步传递，使之最终与氧结合生成水。这种由递氢体和递电子体按一定顺序排列构成的传递体系称为呼吸链或电子传递链。
（2）确定呼吸链中各递氢体或递电子体的排列顺序的试验方法有多种。如：
①测定各种电子传递体的标准氧化还原电位时发现，从NAD＋到分子氧，每一电子传递体的氧化-还原电势逐步增加。实验测得呼吸链中的氧化-还原电势变化如下（数字代表氧化-还原电势值）：
氧化-还原电势（E0′）的数值愈低，即负值越大，或正值愈小，则该物质丢失电子的倾向愈大，愈易成为还原剂而处于呼吸链的前面。呼吸链中NAD＋/NADH的E0′最小，而O2/H2O的E0′为最大，恰好表明电子的传递方向是从NAD＋到分子氧。
②用分离出的电子传递体进行重组实验表明，NADH可使NADH脱氢酶还原，但是不能直接使细胞色素b、c或细胞色素aa3还原。同样，还原型NADH脱氢酶不能直接与细胞色素c起作用，必须经过辅酶Q和细胞色素b和c1后才能再与细胞色素c起作用。
③利用呼吸链的特殊阻断剂去选择性地阻断某些电子传递环节时发现，若加入某种抑制剂后，则在阻断环节的负电性侧递电子体因不能再氧化而大多处于还原状态，但是，在阻断环节的正电性侧递电子体不能被还原而大多处于氧化状态，由此可以推断各递电子体的排列顺序。
④最直接的证据是用分光光度法通过吸收光谱的变化来测定完整线粒体中呼吸链的各个电子传递体的氧化-还原状态。完整线粒体当其电子传递体处于氧化状态时，吸收和散射的光较多，它的悬浮液混浊，吸收光谱不能直接用分光度法测出。但是当线粒体内的电子传递体处于还原状态时，以氧化态为对照，就可以用灵敏的分光光度计测出吸收光谱的变化。游离的线粒体在有氧状态下传递电子时，表现出不同的吸收光谱的变化。测定结果表明：在呼吸链的NAD＋一端，电子传递体的还原性最强。而在靠近氧一端，电子传递体（细胞色素aa3）几乎全部处于氧化状态。在呼吸链中间的电子传递体，按照从底物到氧的方向，氧化程度逐渐升高。这说明电子是沿着底物到氧的方向传递。将氧气供给完全处于还原态的电子传递体时，细胞色素aa3首先被氧化，其次是细胞色素c，再其次是细胞色素b，再依次往前推，直至使NADH再氧化。