1、目 录第 1 9 章 代 谢 总 论1 9 .1 复 习 笔 记1 9 .2 课 后 习 题 详 解1 9 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 2 0 章 生 物 能 学2 0 .1 复 习 笔 记2 0 .2 课 后 习 题 详 解2 0 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 2 1 章 生 物 膜 与 物 质 运 输2 1 .1 复 习 笔 记2 1 .2 课 后 习 题 详 解2 1 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 2 2 章 糖 酵 解 作 用2 2 .1 复 习 笔 记2 2 .2 课 后 习 题 详 解2 2 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 2 3 章 柠 檬
2、 酸 循 环2 3 .1 复 习 笔 记2 3 .2 课 后 习 题 详 解2 3 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 2 4 章 生 物 氧 化 电 子 传 递 和 氧 化磷 酸 化 作 用2 4 .1 复 习 笔 记2 4 .2 课 后 习 题 详 解2 4 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 2 5 章 戊 糖 磷 酸 途 径 和 糖 的 其 他 代谢 途 径2 5 .1 复 习 笔 记2 5 .2 课 后 习 题 详 解2 5 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 2 6 章 糖 原 的 分 解 和 生 物 合 成2 6 .1 复 习 笔 记2 6 .2 课 后 习 题 详
3、解2 6 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 2 7 章 光 合 作 用2 7 .1 复 习 笔 记2 7 .2 课 后 习 题 详 解2 7 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 2 8 章 脂 肪 酸 的 分 解 代 谢2 8 .1 复 习 笔 记2 8 .2 课 后 习 题 详 解2 8 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 2 9 章 脂 类 的 生 物 合 成2 9 .1 复 习 笔 记2 9 .2 课 后 习 题 详 解2 9 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 3 0 章 蛋 白 质 降 解 和 氨 基 酸 的 分 解代 谢3 0 .1 复 习 笔 记3 0 .2 课
4、 后 习 题 详 解3 0 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 3 1 章 氨 基 酸 及 其 重 要 衍 生 物 的 生物 合 成3 1 .1 复 习 笔 记3 1 .2 课 后 习 题 详 解3 1 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 3 2 章 生 物 固 氮3 2 .1 复 习 笔 记3 2 .2 课 后 习 题 详 解3 2 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 3 3 章 核 酸 的 降 解 和 核 苷 酸 代 谢3 3 .1 复 习 笔 记3 3 .2 课 后 习 题 详 解3 3 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 3 4 章 DNA的 复 制 和 修 复3 4
5、.1 复 习 笔 记3 4 .2 课 后 习 题 详 解3 4 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 3 5 章 DNA的 重 组3 5 .1 复 习 笔 记3 5 .2 课 后 习 题 详 解3 5 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 3 6 章 RNA的 生 物 合 成 和 加 工3 6 .1 复 习 笔 记3 6 .2 课 后 习 题 详 解3 6 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 3 7 章 遗 传 密 码3 7 .1 复 习 笔 记3 7 .2 课 后 习 题 详 解3 7 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 3 8 章 蛋 白 质 合 成 及 转 运3 8 .1 复
6、 习 笔 记3 8 .2 课 后 习 题 详 解3 8 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 3 9 章 细 胞 代 谢 与 基 因 表 达 调 控3 9 .1 复 习 笔 记3 9 .2 课 后 习 题 详 解3 9 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 4 0 章 基 因 工 程 及 蛋 白 质 工 程4 0 .1 复 习 笔 记4 0 .2 课 后 习 题 详 解4 0 .3 名 校 考 研 真 题 详 解更多各类考试资料 v：344647 公众号：顺通考试资料 第1 9章代谢总论1 9 .1复习笔记一、新陈代谢概述1定义（1）新陈代谢（metab o lism）简称代谢，是营养物质
7、在生物体内所经历的一切化学变化总称，是生物体表现其生命活动的重要特征之一。（2）代谢途径是指完成某一代谢过程的一组相互衔接的酶促反应。代谢通过代谢途径将有机分子都转变成代谢的最终产物。（3）中间代谢（in termed iary metab o lism）是指新陈代谢途径中的个别环节，个别步骤。2生物催化剂酶（1）定义酶是推动生物体内全部代谢活动的工具。（2）特点高度专一性酶对催化的反应和反应物有严格的选择性，往往只能催化一种或一类反应。很高的催化效率活性受到调节每种特殊的酶都有其调节机制，使错综复杂的新陈代谢过程成为高度协调的、高度整合在一起的化学反应网络。（3）代谢中间产物代谢中间产物（m
8、etab o lic in termed iates），简称代谢物（metab o lites）是在代谢过程中连续转变的酶促产物的统称。生物体内酶催化的化学反应是连续的，前一种酶的作用产物往往成为后一种酶的作用底物。3功能（1）从周围环境中获得营养物质；（2）将外界引入的营养物质转变为自身需要的结构元件，即大分子的组成前体；（3）将结构元件装配成自身的大分子，例如蛋白质、核酸、脂类以及其他组分；（4）形成或分解生物体特殊功能所需的生物分子；（5）提供生命活动所需的一切能量。二、分解代谢与合成代谢1分解代谢（catab o lism）（1）分解代谢分解代谢是指从外界环境获得的或自身贮存的有机营养
9、物通过一系列反应步骤转变为较小的、较简单的物质的过程，与分解代谢相伴随的是能量的释放。（2）分解代谢途径分解代谢途径是指分解代谢所经过的反应途径。2合成代谢（an ab o lism）合成代谢又称生物合成，是生物体利用小分子或大分子的结构元件建造成自身大分子的过程。由小分子建造成大分子是使分子结构变得更为复杂。这种过程都是需要提供能量的。3分解代谢与合成代谢途径的异同点（1）不同点同一种物质，其分解代谢和合成代谢途径一般是不相同的，他们并非可逆反应，而是通过不同的中间反应或不同的酶来实现；分解和合成代谢选择不同的途径，增加了生物机体内化学反应的数量，提高了代谢活动的调控的灵活性和应变能力；同一
10、种物质的两种过程是在细胞的不同部位进行，这种现象在真核细胞生物比较常见。（2）相同点分解代谢和合成代谢存在双方都可共同利用的代谢环节两用代谢途径，如柠檬酸循环。三、能量代谢在新陈代谢中的重要地位1相关概念（1）物质代谢物质代谢是指在分解代谢和合成代谢的途径中所包括的物质转化。（2）能量代谢能量代谢是指以物质代谢为基础，与物质代谢过程相伴随发生的能量转化。2能量（1）太阳能太阳能是所有生物最根本的能量来源，光能通过光合作用转化为化学能。（2）自由能自由能是指能用于机体做功的能量。能够直接提供自由能推动生物体多种化学反应的核苷酸类分子有ATP、GTP、UTP以及CTP等。（3）自然界以ATP形式贮
11、存的自由能的用途提供生物合成做化学功时所需的能量；是生物机体活动以及肌肉收缩的能量来源；供给营养物逆浓度梯度跨膜运输到机体细胞内所需的自由能；在DNA、RNA和蛋白质等生物合成中，保证基因信息的正确传递，ATP也以特殊方式起着递能作用。（4）ATP供能的基本方式当ATP提供能量时，ATP分子失掉一个磷酰基而变为ADP和磷酸分子。ADP又可在捕获能量的前提下，再与无机磷酸结合形成ATP。ATP和ADP的往复循环是生物机体利用能量的基本方式。3辅酶I和辅酶II辅酶的递能作用（1）分解代谢释放的能量还能以氢原子和电子的形式将自由能转移给生物合成的需能反应；（2）这种具有高能的氢原子是由脱氢反应形成的
12、；（3）脱氢酶催化物质的脱氢反应将脱下的氢原子和电子传递给一类特殊能接受这种氢原子和电子的辅酶，称为辅酶I和辅酶II。4FMN和FAD的递能作用（1）FMN（黄素腺嘌呤单核苷酸）和FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸），它们也是在传递电子和氢原子中起作用的载体；（2）FMN和FAD都能接受两个电子和两个氢原子，它们在氧化还原反应中，特别是在氧化呼吸链中起着传递电子和氢原子的作用。5辅酶A在能量代谢中的作用（1）结构辅酶A简写为Co A，分子中含有腺嘌呤、D-核糖、磷酸、焦磷酸、泛酸和巯基乙胺，巯基是Co A的活泼基团。（2）作用携带酰基的部位在-SH基上，因此Co A又常以辅酶A-SH或Co A-SH表
13、示；Co A-SH在酶促转乙酰基的反应中，起着接受或提供乙酰基的作用，乙酰-Co A形成的硫酯键和ATP的高能磷酸键相似，都在水解时释放出大量的自由能。图1 9 -1 乙酰辅酶A的结构四、新陈代谢的调节1分子水平的调节分子水平的调节包括反应物和产物的调节，主要是浓度的调节和酶的调节。（1）酶的调节酶的调节是最基本的代谢调节。酶的数量调节酶的数量不只受到合成速率的调节，也受到降解速率的调节。酶的活性调节a可逆的变构调节；b共价修饰两种形式。2细胞水平细胞的特殊结构与酶结合在一起，使酶的作用具有严格的定位条理性，从而使代谢途径得到分隔控制。3整体水平多细胞生物还受到在整体水平上的调节，主要包括：（
14、1）激素的调节；（2）神经的调节。4其他水平来自基因表达的调控作用。五、代谢中常见的有机反应机制代谢过程几乎都是酶促有机反应。酶催化的有机反应机制为酸-碱催化、共价催化、金属离子催化和静电催化。1基团转移反应在生物化学体系中，基团转移（或称亲核体的取代反应）是指亲电子基团从一个亲核体转移到另一亲核体。表1 9 -1 常见的基团转移反应2氧化反应和还原反应（1）氧化-还原反应的实质氧化-还原反应的实质是电子的得失反应，从代谢物转移的电子，通过一系列的传递体转移到氧，并伴随能量的释放，电子的传递通过辅酶来完成。（2）举例NAD（NADH）的转换。反应中NADH为电子供体，NAD为电子受体；在生物体
15、的能量代谢中，NADH提供出两个电子，进入电子传递链。如图1 9 -2所示。图1 9 -2 NAD（NADH）中电子传递3消除、异构化及重排反应（1）消除反应碳-碳双键的形式双键的形成是单键饱和中心发生消除反应后形成的，消除掉的分子一般是H2 O、NH3、R-OH、或R-NH2。消除反应的机制a协同机制；b经过碳正离子的机制；c经过碳负离子的机制。酶消除反应时酸性基团以b机制、碱性基团以c机制进行。立体化学分类a反式消除：生物化学发生最多的机制；b顺式消除两类。（2）异构化反应生物化学中的异构化反应是指一个氢原子在分子内迁移，即质子从一个碳原子脱离转移到另一个碳原子上，由此发生了双键位置的改变
16、。在代谢中，存在最多的异构化反应是醛糖-酮糖互变反应。图1 9 -3 醛糖-酮糖互变反应机制（3）分子重排反应概念重排是C-C键断裂，又重新形成的反应。其结果是碳骨架发生了变化。举例a在甲基丙二酰单酰-Co A变位酶的作用下，L-甲基丙二酰单酰辅酶A转化为琥珀酰-Co A。这个变位酶的辅基是维生素B1 2的衍生物；b具有奇数碳原子脂肪酸的氧化、某些氨基酸的降解属于这一类反应。4碳-碳键的形成与断裂反应分解代谢与合成代谢实质就是以碳-碳键的形成与断裂为基础的反应过程。（1）羟醛缩合反应羟醛缩合反应又称醛醇缩合反应。如醛缩酶所催化的果糖-1 ,6 -二磷酸反应图1 9 -4 羟醛缩合反应的机制（2
17、）克莱森酯缩合反应这个反应是在柠檬酸合酶的作用下发生的。这是一个羟醛-克莱森酯缩合的反应，又称醛醇-克莱森酯缩合反应。它包括以下3个步骤：乙酰-Co A负碳离子的形成是由于特定酶的组氨酸残基以碱性催化夺去乙酰基的一个质子。Co A的硫酯键使烯醇式负碳离子通过共振而稳定；乙酰-Co A负碳离子对草酰乙酸的羰基碳进行亲核进攻，反应所得柠檬酰-Co A仍然保持与酶成键；柠檬酰-Co A的水解，形成柠檬酸及Co A。（3）-酮酸的氧化脱羧反应这类反应是在异柠檬酸脱氢酶或脂肪酸合酶的催化下发生的。如在柠檬酸循环中由异柠檬酸脱氢酶催化的脱羧过程中，由NAD还原形成NADH，异柠檬酸氧化后形成-酮酸的中间体
18、草酰琥珀酸，此-酮酸发生脱羧反应，形成-酮戊二酸。六、新陈代谢的研究方法测定中间代谢物的方法1使用酶的抑制剂酶的抑制剂可使代谢途径受到阻断，结果造成某一种代谢中间物的积累，从而为测定该中问代谢物提供可能。如碘乙酸由于抑制了醛缩酶的作用而造成酵母发酵液中积累果糖-1 ,6 -二磷酸。2利用遗传缺欠症研究代谢途径（1）患有遗传缺欠症的病人，由于先天性基因的突变，在体内表现为缺乏某一种酶，致使为该酶作用的前体不能进一步参加代谢过程，从而造成这种前体物的积累。这些代谢中间物因不能进一步利用而出现在血液中或随尿排出体外。测定这些代谢中间物有助于阐明有关的代谢途径；（2）如由遗传缺欠产生的苯丙酮尿症的研究
19、使苯丙氨酸的代谢途径得到了阐明，如图1 9 -5所示；（3）利用微生物的遗传突变型研究代谢途径，这种突变型微生物可能造成酶或代谢途径的缺乏。图1 9 -5 苯丙氨酸的代谢途径3气体测量法气体测量法是用以研究包含有气体变化的生物化学反应，这种方法主要是利用代谢过程中气体的消耗或产生二氧化碳的变化量来探知新陈代谢情况。瓦氏呼吸器可用于此方法的测量。图1 9 -6 瓦氏呼吸器的结构示意图4同位素示踪法（1）用同位素来标记化合物具有无比优越性，因它不改变被标记化合物的化学性质；（2）化合物的标记，可根据需要来选定不同的同位素和不同标记部位；（3）最常使用的方法是放射性同位素示踪法；（4）放射性同位素可
20、用人工方法制得。他们有一定的半寿期或称半衰期，是不稳定的同位素。表1 9 -2 常用的放射性同位素5核磁共振波谱法（NMR）（1）核磁共振现象核磁共振现象是指原子核是带有正电荷的粒子，由于它的旋转产生一定方向的磁场（即磁矩），当以适当频率的电磁波照射于外加磁场中的自旋核，处于低能态的自旋核吸收电磁波的能量，从低能态跃迁到高能态的现象。（2）核磁共振谱出现核磁共振现象时的核产生一种核磁共振信号，从而给出核磁共振谱（即NMR谱）。据此核磁共振谱可反映分子中各个原子所处的状态。1 9 .2课后习题详解1怎样理解新陈代谢？答：新陈代谢是生物体内一切化学变化的总称，是生物体表现其生命活动的重要特征之一。
21、它是由多酶体系协同作用的化学反应网络。新陈代谢包括分解代谢和合成代谢两个方面。新陈代谢的功能可概括为5个方面：（1）从周围环境中获得营养物质；（2）将外界引入的营养物质转变为自身需要的结构元件；（3）将结构元件装配成自身的大分子；（4）形成或分解生物体特殊功能所需的生物分子；（5）提供机体生命活动所需的一切能量。2能量代谢在新陈代谢中占何等地位？答：生物体的一切生命活动都需要能量。生物体的生长、发育（包括核酸、蛋白质的生物合成）机体运动（包括肌肉的收缩以及生物膜的传递、运输功能）等，都需要消耗能量。如果没有能量来源，生命活动也就无法进行，生命也就停止。3在能量储存和传递中，哪些物质起着重要作用
22、？答：在能量储存和传递中，ATP（腺苷三磷酸）、GTP（鸟苷三磷酸）、UTP（尿苷三磷酸）以及CTP（胞苷三磷酸）等起着重要作用。4新陈代谢有哪些调节机制？代谢调节有何生物意义？答：（1）新陈代谢的调节机制：新陈代谢的调节可概括地划分为3个不同水平：分子水平、细胞水平和整体水平。分子水平的调节包括反应物和产物的调节（主要是浓度的调节和酶的调节）。酶的调节是最基本的代谢调节，包括酶的数量调节以及酶活性的调节等。酶的数量不只受到合成速率的调节，也受到降解速率的调节。合成速率和降解速率都备有一系列的调节机制。在酶的活性调节机制中，比较普遍的调节机制是可逆的变构调节和共价修饰两种形式。细胞的特殊结构与
23、酶结合在一起，使酶的作用具有严格的定位条理性，从而使代谢途径得到分隔控制。多细胞生物还受到在整体水平上的调节。这主要包括激素的调节和神经的调节。高等真核生物由于分化出执行不同功能的各种器官，从而使新陈代谢受到合理的分工安排。人类还受到高级神经活动的调节。除上述各方面的调节作用外，还有来自基因表达的调节作用。（2）代谢调节的生物意义：代谢调节的生物学意义在于代谢调节使生物机体能够适应其内、外复杂的变化环境，从而得以生存。5从“新陈代谢总论”中建立哪些基本概念？答：从“新陈代谢总论”中建立的基本概念主要有：代谢、分解代谢、合成代谢、递能作用、基团转移反应、氧化-还原反应、消除异构化及重排反应、碳-
24、碳键的形成与断裂反应等。6概述代谢中的有机反应机制。答：生物代谢中的反应大体可归纳为4类，即基团转移反应；氧化还原反应；消除异构化及重排反应；碳-碳键的形成与断裂反应。这些反应的具体反应机制包括以下几种：酰基转移、磷酰基转移、葡糖基转移，氧化-还原反应，消除反应、分子内氢原子的迁移（异构化反应）、分子重排反应，羟醛综合反应、克莱森酯综合反应、-酮酸的氧化脱羧反应。7举列说明同位素示踪法和波谱法在生物化学研究中的重要作用。答：同位素示踪法和波谱法是生物化学中研究新陈代谢的两种重要方法。（1）同位素示踪法在生物化学研究中的重要作用：同位素示踪法不改变被标记化合物的化学性质，已成为生物化学以及分子生
25、物学的研究中一种重要的必不可少的常规先进技术。如1 9 4 5年Dav id Sh emin和Dav id Ritten b erg首先成功地用1 4 C和1 5 N标记的乙酸和甘氨酸证明了血红素分子中的全部碳原素和氮原子都来源于乙酸与甘氨酸；胆固醇分子中碳原子的来源也是用同样的同位素示踪法得到阐明的。（2）波谱法在生物化学研究中的重要作用：核磁共振波谱法对于样品不加任何破坏，因此，在生物体的研究得到广泛的应用。例如在生物化学、生理学以及医学等方面都广泛应用核磁共振波谱技术对生活状态的人体进行研究，取得了重要的研究成果，其中最广为人知的实验是1 9 8 6年用核磁共振波谱法对人体前臂肌肉在运动
26、前和运动后的比较研究。1 9 .3名校考研真题详解一、选择题1脊椎动物体内的储能物质是（）。南开大学研A磷酸烯醇式丙酮酸BATPC乳酸D磷酸肌酸【答案】B2以下氧化还原电子对中具有最高氧化还原电势的是（）。山东大学1 9 9 9研ACo Q/Co QH2BFAD/FADH2CCy tc(Fe3/Fe2)DCy ta(Fe3/Fe2)【答案】D【解析】呼吸链中，电子传递的方向是从氧化还原电势低的成分传到氧化还原电势高的组分，上述4种成分中，Cy ta(Fe3/Fe2)最接近呼吸链的末端，因此它的氧化还原电势最高。3生物合成过程中最主要的还原剂是（）。华中师范大学2 0 0 7研ANADHBNAD
27、PHCFMNH2DFADH2【答案】B【解析】NADPH通常作为生物合成的还原剂，并不能直接进入呼吸链接受氧化，只是在特殊酶的作用下，NADPH上的H被转移到NAD上，然后以NADH的形式进入呼吸链。4肌肉组织中肌肉收缩所需的大部分能量是以哪一种形式贮存的？（）华东师范大学2 0 0 7 &华中农业大学2 0 0 8研AADPB磷酸烯醇式丙酮酸CATPDcAMPE磷酸肌酸【答案】E【解析】磷酸肌酸是肌肉组织中肌肉收缩的主要能量来源。5人体活动主要的直接供能物质是（）。华东理工大学2 0 0 7研A葡萄糖B脂肪酸C磷酸肌酸DGTPEATP【答案】E【解析】人体直接供能物质是ATP，主要来源于葡萄
28、糖，最多贮存能量来源是脂肪。二、填空题代谢物在细胞内的氧化与在体外燃烧的主要区别是_ _ _ _ _ _、_ _ _ _ _ _、_ _ _ _ _ _和_ _ _ _ _ _。北京师范大学2 0 0 7研【答案】在体温下进行；需要有酶的催化；经过电子传递链；伴随有脱氢和NAD、FAD的还原【解析】糖类、蛋白质、脂肪等生物大分子物质在体内分解与在体外燃烧是有区别的，主要表现在：在体温下进行、需要有酶的催化、经过电子传递链、并伴随有脱氢和NAD、FAD的还原。三、判断题分解代谢和合成代谢通常是同一反应的逆转，其代谢反应也是可逆的。（）中山大学研【答案】错【解析】它们并不是简单的可逆反应，而往往是
29、通过不同的中间反应或不同的酶来实现的。四、简答题高能化合物为水解或基团转移时释放大量自由能的化合物，高能化合物的类型有哪些？各举一例。中国科学院2 0 0 7研答：高能化合物为水解或基团转移时释放大量自由能的化合物。髙能化合物类型有：（1）磷氧键型：如三磷酸核苷和二磷酸核苷、氨甲酰磷酸。（2）氮磷键型：如磷酸肌酸。（3）硫酯键型：如酰基Co A。（4）甲硫键型：如S-腺苷甲硫氨酸。上述高能化合物都含有特定的容易被水解的键型，这些化合物水解后所形成的产物都含有很少的自由能，所以说上述的高能化合物都有很高的基团转移势能。其中如氮磷键型中的磷酸肌酸、磷氧键型中的乙酰磷酸等具有比ATP更高的基团转移势
30、能。五、论述题新陈代谢中所有的有机反应类型有哪些？请写出代谢途径中符合每种有机反应类型的反应式（用中文文字或结构式表示反应和产物均可）。北京师范大学研答：根据生物体在同化作用过程中能否利用无机物制造有机物，新陈代谢可以分为：（1）自养型。绿色植物直接从外界环境摄取无机物，通过光合作用，将无机物制造成复杂的有机物，并且储存能量，来维持自身生命活动的进行，这样的新陈代谢类型属于自养型。（2）异养型。人和动物不能像绿色植物那样进行光合作用，也不能像硝化细菌那样进行化能合成作用，它们只能依靠摄取外界环境中现成的有机物来维持自身的生命活动，这样的新陈代谢类型属于异养型。根据生物体在异化作用过程中对氧的需
31、求情况，新陈代谢的基本类型可以分为需氧型、厌氧型和兼性厌氧型三种。需氧型。绝大多数的动物和植物都需要生活在氧充足的环境中。它们在异化作用的过程中，必须不断地从外界环境中摄取氧来氧化分解体内的有机物，释放出其中的能量，以便维持自身各项生命活动的进行。这种新陈代谢类型称为需氧型，也称为有氧呼吸型。厌氧型。这一类型的生物有乳酸菌和寄生在动物体内的寄生虫等少数动物，它们在缺氧的条件下，仍能够将体内的有机物氧化，从中获得维持自身生命活动所需要的能量。这种新陈代谢类型称为厌氧型，也称为无氧呼吸型。兼性厌氧型。一个有机体，其能够通过有氧呼吸产生能量，然后切换回无氧呼吸取决于材料在环境中的氧和可发酵的量。有氧
32、的存在，兼性厌氧菌使用有氧呼吸，没有氧气其中一些发酵采用无氧呼吸。兼性厌氧细菌的一些例子是葡萄球菌（革兰氏阳性），大肠杆菌（革兰阴性），棒状杆菌（革兰氏阳性），和李斯特菌（革兰氏阳性）。真菌生物也可以是兼性厌氧的，如酵母。第2 0章生物能学2 0 .1复习笔记一、有关热力学的一些基本概念1体系的概念、性质和状态（1）概念体系又称系统或物系，是指在研究中所涉及的全部物质的总称，即在一个限定范围内的物质。（2）性质一个体系的性质包括压力、体积、温度、组成、比热及表面张力等。（3）类型开放体系凡与环境之间有物质交换和能量传递的体系。生物体都属于开放体系。封闭体系凡与环境之间只有能量传递而不能发生物质
33、交换的体系。隔离体系凡与环境不能以任何形式发生作用的，既无能量传递也无物质交换的体系。（4）状态函数状态函数是指这种性质与状态之间的单值对应关系，即当体系的各种性质确定之后，这个体系的状态的道确定。当一个体系的状态确定之后，这个体系的各种性质也就有了确定的数值。状态函数的变化只与体系状态变化的始态和终态有关。2能的两种形式热与功热与功是能的两种主要形式，是一个体系的状态在发生变化时与环境交换能量的两种形式。（1）热是由于温差而产生的能量传递方式。热的传递总是伴随着质点的无序运动。（2）功是体系与环境间另外一种能量交换方式。任何一种功都伴随着体系质点的定向移动。这是一种有序的运动。3内能和焓的概
34、念内能内能是体系内部质点能量的总和，是由于分子的平动能、转动能、振动能、电子能、电子与核的相对静止质量能及分子间相互作用的势能等所形成。通常用符号U或E表示。内能是体系状态的函数，与达到某个状态的途径无关。焓焓又称为热焓，用符号H表示。它是一个体系的内能与其全部分子的压力和体积总变化之和。焓所涉及到的是体系内质点之间的相互作用和质点自身的能量。焓的变化称为焓变，用符号H表示。焓变和内能变化之间的关系可用下式表示：式中：H：焓变；U：内能的变化，也可用E表示；PV：压力(P)和体积(V)的变化。4热力学第一定律（1）热力学第一定律称为能量守恒定律。这一定律指出一个体系及其周围环境的总能量是一个常
35、数。不会凭空发生和消失。热力学第一定律的数学表达式如下：式中：U：一个体系的内能变化；Q：体系变化时吸收的热量；W：代表体系所做的功。（2）如果体系的内能发生了微小变化，这个微小变化用下式表达：式中：d U：体系内能的微小变化；d Q：体系吸收的的微小热量；d W：体系所做的微小功。（3）等压过程对于一个等压过程，体系只做体积功，不对环境做功，故。即体系吸收的热量在数值上等于体系焓的改变量。（4）等体积过程对于体积不改变的过程，所以。即在恒容条件下，体系吸收的热量，在数值上等于体系内能的改变量。5化学能的转化（1）化学能的转化化学物质所含的能量可以在其发生反应时转换为其他形式。在代谢过程中，生
36、物体将引入机体的化学物质一步步转换为含较低能量的新化学物质同时释放出自由能和热。（2）燃烧热燃烧热是指将一摩尔的有机化合物完全氧化所释放出的最大能量。燃烧是一种激烈的氧化形式。在缓慢的氧化作用中，化学物质所释放的能量等于这一物质所具有的化学键能与其氧化产物所含化学键能之差。（3）生物氧化生物氧化是化学物质在机体内进行的氧化作用。最终产物和燃烧一样是二氧化碳和水，但生物体内的氧化过程是缓慢地，逐步地将能量释放出来，其中大部分能量转移到一些特殊的化合物中。6热力学第二定律和熵的概念（1）熵熵是指代表体系能量分散程度的状态函数，即代表一个体系质点散乱无序的程度，用符号S表示。熵的变化用S表示，是正值
37、。（2）热力学第二定律热力学第二定律第一种概念热的传导只能由高温物体传至低温物体。热的自发地逆向传导是不可能的。即热力学体系的运动有一定的方向性，即自高温流向低温。热力学第二定律另一种概念在隔离体系中，一个过程只有当其体系和周围环境的熵值总和增加时才能自发进行。隔离体系的熵变可用下式表示：或式中：Q：隔离体系的热量；T：体系的热力学温度（绝对温度）；S：体系的熵变。7自由能的概念（1）定义自由能是指凡是能够用于做功的能量，能量Q的全部都是自由能。通常可用的能量分为两种。一种是热能，热能做功只能引起温度或压力的变化；另一种是自由能，这种能可在恒温恒压下做功。（2）Gib b s提出的自由能公式，
38、即自由能在一个反应中，如果，则表示该反应是可逆反应；，该反应不能够发生；，反应可以进行。二、化学反应中自由能的变化和意义1化学反应的自由能变化公式（1）自由能的变化公式即自由能公式（2）自由能可以被看成是促使化学反应达到平衡的一种驱动力。当一化学反应达到平衡时，焓和熵的变化在数值上是相等的。这时自由能的变化是0。2标准自由能变化和化学平衡的关系（1）标准条件标准条件指的是反应的温度为2 5，大气压为1 atm（1 0 1 3 2 5 Pa），参加反应的物质和生成物质的浓度都是1 mo l/L。反应环境的p H为7。（2）标准自由能化学反应的自由能变化是指反应物自由能的总和与产物自由能总和之差。
39、通常把在标准条件下所发生的化学反应的自由能变化称为标准自由能变化，用表示。（3）G0和G的关系对于可逆反应在恒温恒压条件下当反应到达平衡时自由能变化为零，即表示在一定条件下反应的平衡常数则将上面式改写为对数式：还可改写成：式中R为气体常数，（K为绝对温度2 9 8 K，即2 5）。3标准生成自由能及其应用（1）定义由处于标准状态的最稳定单质合成标准状态当量化合物时，其标准自由能的变化值（）。规定在一大气压下，一定温度时，最稳定单质的标准自由能为零。这样在标准状态下，由稳定单质生成1 mo l纯化合物的G0就等于该化合物的标准生成自由能。单位是J/mo l，或k J/mo l。（2）应用利用标准
40、生成自由能可以测知一个反应的标准自由能变化。计算公式为计算时标准自由能可以查表而得，一些常见的物质标准自由能如表2 0 -1所示。表2 0 -1 常见化合物的标准自由能4偶联化学反应标准自由能变化的可加性及其意义（1）在互相联系或称为偶联的化学反应中，这些相互联系的化学反应的总的标准自由能变化等于各步反应自由能变化的总和。即偶联化学反应各反应的标准自由能变化是可以相加的；（2）G0的反应可以和G1 .7 5 1 0 4。7乙酰-Co A的乙酰基在柠檬酸循环中氧化推动力是什么？计算其数值。答：乙酰-Co A的乙酰基在柠檬酸循环中氧化推动力是释放出的标准自由能变化G0，其数值是-4 1 k J/m
41、o l。8如果将柠檬酸和琥珀酸加入到柠檬酸循环中，当完全氧化为CO2，形成还原型NADH和FADH2并最后形成H2 O时需经过多少次循环？答：柠檬酸需经过3次循环，琥珀酸需经过2次循环。9丙二酸对柠檬酸循环有什么作用？为什么？答：丙二酸进入柠檬酸循环后，会引起琥珀酸、-酮戊二酸和柠檬酸的堆积，中止柠檬酸循环反应。这是由于丙二酸结构类似于琥珀酸，也是个二羧酸，是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂，可以与琥珀酸脱氢酶的活性部位的碱性氨基酸残基结合，但由于丙二酸不能被氧化，使得循环反应不能继续进行。2 3 .3名校考研真题详解一、选择题1丙酮酸氧化脱羧需要（）。西南农业大学基础化学2 0 0 3研ANADB
42、NADPCFMNDUQ【答案】A【解析】丙酮酸氧化脱羧形成乙酰Co A的反应是在真核细胞的线粒体基质中进行的，这是一个连接酵解和三羧酸循环的中心环节。丙酮酸氧化脱羧反应是由丙酮酸脱氢酶系催化的。它是一个十分大的多酶体系，其中包括丙酮酸脱羧酶E1，二氢硫辛酸乙酰转移酶E2和二氢硫辛酸脱氢酶E3三种不同的酶及焦磷酸胺素（TPP）、硫辛酸、FAD、NAD、Co A和Mg 2六种辅助因素组装而成。丙酶酸脱氢酶系是在线粒体膜上，催化反应如下：2对丙酮酸激酶缺乏症患者来说，测定其生理生化指标之前，你预示会发生下述哪种现象？（）清华大学2 0 0 3研A血红蛋白对氧亲和力升高B血红蛋白对氧亲和力降低C2 ,
43、3 -二磷酸甘油酸水平下降D2 ,3 -二磷酸甘油酸水平不变【答案】B【解析】丙酮酸激酶缺乏病人由于酵解产物不能进入三羧酸循环，使酵解中间产物浓度增加，导致红细胞中2 ,3 -二磷酸甘油酸浓度增高，而使血红蛋白与氧的亲和力非常低。由于病人不能很好地进行酵解，ATP减少，因为降低了Na，K-ATP酶的活性，细胞无法维持正常离子浓度而肿胀裂解，造成溶血性贫血。3-酮戊二酸脱氢氧化生产琥珀酸。在有氧条件下，完整线粒体中，一分子-酮戊二酸氧化将能生成（）。中国科学院2 0 0 2研A1分子ATPB2分子ATPC3分子ATPD4分子ATP【答案】D【解析】由-酮戊二酸脱氢反应经历了两个步骤：-酮戊二酸C
44、o ASHNAD琥珀酰Co ANADHHH2 O；琥珀酰Co AADPPi琥珀酸Co AATP其中，中生成的NADH氧化可产生3个ATP分子，所以这两步反应中共能产生4个分子的ATP。4硫胺素在体内常以TPP形式，作为（ ）的辅酶参与糖代谢。南开大学2 0 0 2研A脱氢酶B脱羧酶C转氨酶D变位酶【答案】A【解析】硫胺素在体内常以TPP形式存在，可作为丙酮酸脱氢酶系的辅酶参与丙酮酸的氧化脱羧反应。5下列哪种不是丙酮酸脱氢酶系的辅酶因子？（ ）华中师范大学2 0 0 9研A磷酸吡哆醛B焦磷酸硫胺素C硫辛酸DFAD【答案】A6丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制是（ ）。华中农业大学2 0 0 9研A不可逆
45、抑制B竞争性抑制C非竞争性抑制D产物反馈抑制【答案】B71分子葡萄糖有氧氧化时共有几次底物水平磷酸化？（）华中农业大学2 0 0 8、2 0 0 7研A3B4C5D6【答案】A8三羧酸循环的调节点不包括（ ）。首都师范大学2 0 0 7研A柠檬酸合成酶B异柠檬酸脱氢酶C-酮戊二酸脱氢酶D二氢硫辛酰胺脱氢酶【答案】D9不能进入三羧酸循环氧化的物质是（ ）。中科院水生生物研究所2 0 0 7研A亚油酸B乳酸C-磷酸甘油D胆固醇E软脂酸【答案】D1 0下述哪种情况可导致丙酮酸脱氢酶系活性升高？（ ）华东师范大学2 0 0 7研AATP/ADP比值升高BCH3 COCo A/Co A比值升高CNADH
46、/NAD比值升高D能荷升高E能荷下降【答案】E二、填空题1TCA中催化第一步脱氢反应的酶是_ _ _ _ _ _。华东师范大学2 0 0 7研【答案】异柠檬酸脱氢酶2某些细菌和植物中，异柠檬酸有两种主要的命运：需能时，通过_ _ _ _ _ _（反应类型）生成_ _ _ _ _ _；而能量充裕时，则通过_ _ _ _ _（反应类型）生成。上海交通大学2 0 0 7研【答案】三羧酸循环；ATP；乙醛酸循环；草酰乙酸（葡萄糖）3从生化代谢途径来看，脚气病和汞中毒的作用位点都是_ _ _ _ _ _复合体。中山大学2 0 0 8研【答案】丙酮酸脱氢酶4丙酮酸脱氢酶复合物受_ _ _ _ _ _、_
47、_ _ _ _ _和_ _ _ _ _ _的调控。复旦大学2 0 0 8研【答案】NADH；乙酰Co A；Ca25-酮戊二酸脱氢酶的辅酶有_ _ _ _ _ _、_ _ _ _ _ _、_ _ _ _ _ _、_ _ _ _ _ _和_ _ _ _ _ _。南开大学2 0 0 9研【答案】NAD；TPP；FAD；Co A硫辛酸三、判断题1在三羧酸循环中，只有一步属于底物磷酸化。（ ）华东师范大学2 0 0 7研【答案】对【解析】三羧酸循环中唯一的底物水平磷酸化反应是琥珀酰Co A琥珀酸，生成GTP（可转化为ATP）。2糖酵解和三羧酸循环酶类的合成是组成型的。（ ）华中农业大学2 0 0 8研【
48、答案】对3在代谢途径的研究中，第一个被阐明的循环是三羧酸循环。（ ）南京大学2 0 0 7研【答案】错4三羧酸循环中没有氧分子参与反应，因此，三羧酸循环也可在无氧条件下进行。（）中山大学2 0 0 7研【答案】错5三羧酸循环的琥珀酸脱氢酶位于线粒体内膜上。（ ）中国科学院2 0 0 7研【答案】对6人体可以通过TCA循环分解代谢掉乙酸的衍生物。（ ）复旦大学2 0 0 8研【答案】错7糖的有氧氧化形成ATP的方式有底物水平磷酸化和氧化磷酸化两种形式，而糖的无氧氧化形成ATP的方式只有底物水平磷酸化一种方式。（）华东师范大学2 0 0 4研【答案】对【解析】细胞合成ATP有两个独特的方法，即底物
49、水平磷酸化和氧化磷酸化。在糖的无氧酵解中，2个ATP合成反应包括磷酸基团从糖的磷酸中间体到ADP的直接转移，都是底物水平磷酸化，而糖的有氧氧化形成的3 63 8分子ATP。除了有上述底物水平磷酸化以外，还有氧化磷酸化反应，包括电子传递链、ATP的生成与NADH和FADH2分别氧化为NAD和FAD相联系，并通过质子跨线粒体内膜产生的质子梯度。8丙酮酸脱氢酶系催化底物脱下的氢，最终交给FAD生成FADH2。（）中国科学院水生生物研究所2 0 0 4 研【答案】错【解析】丙酮酸脱氢酶系中，二氢硫辛酸脱氢酶氧化二氢硫辛酸，并将氢交给其辅基FAD，FADH2再使NAD还原，因此，电子传递方向为硫辛酸FA
50、DNAD。四、名词解释题两用代谢途径。复旦大学2 0 0 3研答：两用代谢途径是指既可用于代谢物分解，又可用于合成的代谢途径，往往是物质代谢间的枢纽。如三羧酸循环，既是糖脂蛋白质彻底氧化的最后途径，又可为糖、氨基酸的生物合成提供所需碳骨架和能量。五、问答题1在柠檬酸循环各个反应中并没有出现氧，但柠檬酸循环却是有氧代谢的一部分。请解释。中国科学院2 0 0 7研答：檬酸循环和电子传递磷酸化反应是细胞产生能量的最重要的反应系统。任何物质要完全氧化必须经过这两个系统。柠檬酸循环包括几步脱氢反应，而NAD、FAD则是其电子受体，线粒体内的NAD、FAD库的大小相对于乙酰Co A的量来说是很小的，这些辅
