MCAT的碳水化合物代谢:你需要知道的一切

学习有关碳水化合物代谢的关键MCAT概念,并练习问题和答案

碳水化合物代谢-mcat.png

(注:本指南是我们的一部分MCAT生物化学系列)

第一部分:导言

第2部分:碳水化合物的消化

a) 酶分解

b) 胰腺调节

c) 糖原生成和糖原分解

第3部分:糖酵解和发酵

a) 糖酵解

b) 乳酸发酵

c) 糖异生

第四部分:丙酮酸氧化和三羧酸循环

a) 线粒体结构

b)丙酮酸氧化

c) 柠檬酸循环

电子传递链和氧化磷酸化

a) 电子传递链

b) 电化学梯度

c) 氧化磷酸化

第6部分:戊糖磷酸途径

第7部分:高收益条款

第8部分:基于短文的问题和答案

第9部分:独立问答

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第一部分:导言

由于现代化带来了技术的进步和更高的生活水平,它似乎是一把双刃剑。精制碳水化合物或高度加工碳水化合物消费量的增加已经成为一个全球性问题。除了美国,中国和印度这两个在过去几十年因经济发展而受到赞誉的国家,也正面临着前所未有的肥胖和心血管疾病。因此,现在比以往任何时候都更重要的是,医疗保健提供者了解与我们所吃的食物代谢有关的生化途径及其潜在的临床意义。

在本指南中,我们将讨论MCAT最喜欢的大分子之一:碳水化合物的消化和代谢。有关碳水化合物和碳水化合物结构本身的更多信息,请参考我们的碳水化合物指南

在我们讨论涉及的各种途径时,请确保围绕以下问题进行研究:

  • 这种途径何时发生?(如饥饿时间)

  • 这一途径发生在哪里?(如线粒体基质)

  • 为什么会发生这种途径?(例如,发电)

  • 这一途径是如何发生的?(例如,机制是什么?)

这四个问题将帮助你专注于大局,而不是在细节中迷失。在本指南结束时,您将有机会通过练习文章和问题应用您的知识。

让我们开始吧!

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第2部分:碳水化合物的消化

a) 酶分解

淀粉酶是将淀粉等大分子碳水化合物水解成较小单元的关键酶。这些大量的碳水化合物可以分解成单糖双糖:糖单体及其连接产物。

淀粉酶可以在唾液中找到唾液淀粉酶在胰腺分泌物中胰淀粉酶。唾液淀粉酶在口腔中起作用,而胰腺淀粉酶则分泌到小肠中。

然后,双糖酶进一步分解十二指肠中的双糖。麦芽糖酶,蔗糖酶,乳糖酶分别分解麦芽糖、蔗糖和乳糖。因此,我们剩下三种单体碳水化合物:葡萄糖、半乳糖和果糖。

b) 胰腺调节

除了分泌胰淀粉酶外,胰腺还负责分泌三种基本激素。这些激素是由不同的胰腺细胞制造的,可以发现这些细胞聚集在一起的结构称为朗格汉斯岛

胰岛包含三种重要类型的细胞:α细胞、β细胞和δ细胞。

  • 胰高血糖素是由α细胞当血糖水平低时。这种激素促进合成代谢和分解代谢途径,增加血液中的葡萄糖浓度,如糖原分解和糖异生。

  • 胰岛素由发布β细胞当血糖水平高时。它促进分解代谢途径,如糖酵解,从葡萄糖中获取能量。它还促进合成代谢途径,如糖生成、脂肪酸合成和肽合成。

  • 生长抑素由发布δ-细胞对高血糖和氨基酸水平的反应它抑制胰岛素和胰高血糖素的分泌。

有关胰腺的其他重要作用的信息,请参阅内分泌系统指南

c) 糖原生成和糖原分解

回想一下,身体以糖原的形式储存葡萄糖单体:一种大的分支多糖。为了形成糖原,葡萄糖单体通过糖原生成.这个过程有多个步骤:

  1. 每个葡萄糖6-磷酸单体转化为葡萄糖1-磷酸。

  2. 一种称为尿苷二磷酸(UDP)的生物分子附着在葡萄糖分子上。

  3. 葡萄糖单体被添加到一种叫做糖原蛋白使糖原链开始形成糖原链或使糖原链生长糖原合酶。尿苷二磷酸被回收。糖原合成酶通过α-1,4糖苷键线性连接葡萄糖单体。

  4. 在某些时候,一种酶被称为分支酶水解其中一个连接。这就切断了一种寡糖,这种酶用来启动一个带有α-1,6糖苷键的新分支。

糖原被分解成葡萄糖单体通过糖原分解。与糖生成相似,有两种关键酶可以催化糖生成的逆反应。

  1. 一种被称为糖原磷酸化酶断开线性链中的α-1,4糖苷键,直到到达分支点。

  2. 脱支酶水解α-1,4糖苷键,并将产生的低聚糖重新定位到另一条线性链的末端。

  3. 然后,去支化酶水解支链葡萄糖分子和线性链之间的α-1,6糖苷键,从而释放单个葡萄糖单体。

图:糖原生成和糖原分解。

图:糖原生成和糖原分解。

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第3部分:糖酵解和发酵

a) 糖酵解

糖酵解是一个葡萄糖分子转化为两个丙酮酸分子的过程。它通常发生在细胞质中。除了2个丙酮酸分子外,糖酵解过程中每个葡萄糖分子也会产生2个NADH和4个ATP分子。然而,在这个过程中,消耗了2个ATP分子。因此,糖酵解的净产物是2个丙酮酸分子,2个NADH和2个ATP。(这些NADH分子在电子传递链中作为电子载流子非常有用,我们将在后面讨论。)

下图说明了糖酵解的每个步骤;然而,其中只有少数几个产量特别高。虽然你不需要记住糖酵解的每一步及其相关酶,但熟悉每一种酶的功能可能会很有用。

图:糖酵解概述。注意,一个葡萄糖分子(一个6-碳分子)产生两个丙酮酸分子(一个3-碳分子)。

图:糖酵解概述。注意,一个葡萄糖分子(一个6-碳分子)产生两个丙酮酸分子(一个3-碳分子)。

步骤1:己糖激酶/葡糖激酶

葡萄糖激酶存在于肝细胞和胰岛细胞中。它被胰岛素激活。另一方面,己糖激酶更为普遍,存在于大多数组织中。这两种酶具有相同的功能:利用ATP催化葡萄糖的不可逆磷酸化。

这个反应的产物,葡萄糖6-磷酸,现在无法自发地扩散出细胞。葡萄糖6-磷酸对己糖激酶也有抑制作用。

步骤3:磷酸果糖激酶1 (PFK-1)

磷酸果糖激酶1,也称为PFK-1,催化糖酵解的限速步骤。它利用ATP催化果糖6-磷酸转化为果糖1,6-二磷酸。这一步骤受到高度监管。枸橼酸(有氧呼吸的代谢产物)和ATP对PFK-1有负反馈作用。

为什么会这样?柠檬酸盐和/或ATP的存在表明细胞的能量需求得到满足,因此表明糖酵解途径不是立即需要的。由于该步骤是不可逆的转换,因此需要进行能量转换,因此在不需要时关闭PFK-1可使电池保存有价值的能量。

另一方面,AMP(一磷酸腺苷)的存在表明细胞内能量较低,并激活PFK-1。

步骤6:G3P脱氢酶

G3P脱氢酶催化3-磷酸甘油醛可逆转化为1,3-二磷酸甘油酯,生成一个分子NADH。然而,一个葡萄糖分子(6-碳结构)产生2个甘油醛3-磷酸分子,因此这一步骤每个葡萄糖分子产生两个NADH分子。

步骤7:磷酸甘油酸激酶

磷酸甘油酸激酶催化1,3-双磷酸甘油酸可逆转化为3-磷酸甘油酸,或从1,3-双磷酸甘油酸中去除磷酸基团。每分子磷酸甘油酸产生一个ATP(或每分子葡萄糖产生两个ATP)。

步骤10:丙酮酸激酶

糖酵解的最后一种酶,丙酮酸激酶,催化磷酸烯醇式丙酮酸不可逆转化为丙酮酸,或从磷酸烯醇式丙酮酸中去除磷酸基团。每个磷酸烯醇式丙酮酸分子产生一个ATP(或每个葡萄糖分子产生两个ATP)。

b) 乳酸发酵

在厌氧条件下,或缺氧时,糖酵解产生的丙酮酸分子将进行发酵。在这个过程中,,乳酸脱氢酶催化丙酮酸转化为乳酸盐(另一种3碳分子),并产生副产品NAD+。因为它是这个过程中唯一的酶,所以它是决定速率的步骤。

如果乳酸发酵不产生ATP,我们的细胞为什么要进行乳酸发酵呢?乳酸发酵的主要目的是补充甘油醛3-磷酸脱氢酶糖酵解过程中转化为NADH的NAD+。这使得糖酵解酶可以获得额外的NAD+,所以我们的细胞可以通过糖酵解一次继续产生2 ATP。

乳酸发酵是一个更大的途径的一部分,称为乳酸循环科里循环. 肌肉产生的乳酸通过血液输送到肝脏。肝脏有专门的酶,可以将乳酸转化为葡萄糖,然后再送回肌肉。

图:Cori循环允许乳酸盐的循环。

图:Cori循环允许乳酸盐的循环。

c) 糖异生

在糖原储存的能量和饮食摄入之间,体内的葡萄糖含量通常足以满足能量需求。然而,这些能量来源很容易在运动或禁食期间耗尽。能源是如何持续供应的?

糖异生是一种代谢途径,利用其他来源的前体,例如脂质或氨基酸,来产生葡萄糖。这一过程可以被认为是糖酵解的“反向”:在将这些前体分子转化为丙酮酸后,糖酵解中使用的几种相同的酶将进行反向反应以生成葡萄糖。

在糖酵解过程中,任何限速反应都需要一组额外的酶来催化糖异生过程中的逆反应。每一步都需要一个额外的ATP分子来自发进行。

糖酵解酶 糖质新生酶 结果反应
丙酮酸激酶
丙酮酸羧化酶
丙酮酸盐→ 草酰乙酸
丙酮酸激酶
PEP羧激酶
草酰乙酸→ 磷酸烯醇式丙酮酸
PFK
果糖1,6-二磷酸酶
1,6-二磷酸果糖→ 6-磷酸果糖
己糖激酶
葡萄糖6-磷酸酶
6-磷酸葡萄糖→ 葡萄糖

图:糖酵解和糖异生的限速步骤。

糖异生途径由激素胰高血糖素刺激,胰岛素抑制。有关这些激素作用的更多信息,请参阅内分泌系统指南

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第四部分:丙酮酸氧化和三羧酸循环

a) 线粒体结构

通俗地说是牢房的发电站线粒体在新陈代谢中起重要作用。在有氧条件下,糖酵解过程中形成的丙酮酸将进入该细胞器进行进一步加工。了解线粒体的不同结构成分至关重要。

图:线粒体结构的简化视图;

图:线粒体结构的简化图。

线粒体的最外层,即外膜在胞质和细胞器内部之间起屏障作用。为了实现这一功能,离子是高度不透水的。内层,或者说内膜,是电子传输链的位置(我们将在本指南后面详细讨论)。内膜有许多折叠,称为,增加表面积。线粒体内膜对离子交换也是高度不渗透的。

被线粒体内膜包围的空间称为线粒体基质。最后,在内膜和外膜之间是膜间间隙,电子传递链的另一个重要位置。这些区域和它们的酸度,或氢离子浓度,对于理解电子传输链的功能将变得极其重要。

b)丙酮酸氧化

回想一下,在有氧条件下,糖酵解产生的丙酮酸分子将进入线粒体。在线粒体基质中,一种称为丙酮酸脱氢酶催化丙酮酸不可逆转化为乙酰辅酶A,并生成NADH和二氧化碳作为副产品。这种酶会受到负反馈,因为其产物乙酰辅酶A会抑制其活性。

丙酮酸脱氢酶既不是糖酵解的一部分,也不是柠檬酸循环的一部分。相反,它是一种中间酶,催化两种途径之间的过渡步骤。

c) 柠檬酸循环

在线粒体基质中,乙酰辅酶A将进入柠檬酸循环,也被称为克雷布斯循环。虽然这个过程不使用氧气,但它被认为是有氧的。为什么会这样?

柠檬酸循环需要两种电子载体——NAD+和FAD——来继续产生NADH和FADH2。NAD+和FAD在电子传递链的后期通过向氧原子提供氢化物离子再生,最终形成水。在没有氧气的情况下,柠檬酸循环无法吸收NAD+和FAD,最终会停止。

对于MCAT,你应该能够识别执行这一过程的酶的名称和功能。“警官,我能继续卖贝壳赚钱吗?”这一记忆法经常被用来记忆三羧酸循环中的反应物。一种特别重要的酶是异柠檬酸脱氢酶,因为它催化TCA循环的限速步骤。

与其记住这一途径中每个中间分子的确切结构,不如简单地记住碳的数量,这样可以帮助你识别考试中出现的结构。一个有用的诀窍是记住分子上碳的数量可以帮助你回忆起它们的名字。柠檬酸盐和异柠檬酸盐各有6个碳。α-酮戊二酸有5个碳。琥珀酰辅酶A、琥珀酸、富马酸、苹果酸和草酰乙酸各有4个碳。乙酰辅酶A有2个碳。

图:TCA循环概述。

图:TCA循环概述。

最终,每个经过TCA循环的乙酰辅酶A分子将产生1 GTP、3 NADH、1 FADH2和2 CO2。由于一个葡萄糖分子产生两个乙酰辅酶A分子,TCA循环将为每个葡萄糖分子产生2 GTP、6 NADH、2 FADH2和4 CO2。

有三种TCA酶受到高度调节。下表总结了它们的激活剂和抑制剂。

活化剂 抑制剂
柠檬酸合成酶
没有一个
ATP、NADH、柠檬酸盐和琥珀酰辅酶A
异柠檬酸脱氢酶
ADP和NAD+
ATP和NADH
α-酮戊二酸脱氢酶
ADP与钙
ATP、NADH、柠檬酸、琥珀酰辅酶A

图:柠檬酸循环中高度调节的酶。

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电子传递链和氧化磷酸化

a) 电子传递链

还记得糖酵解和柠檬酸循环中产生的NADH分子吗?像NADH和FADH2这样的电子载流子有它们的发光时间电子传递链,一系列氧化还原(还原-氧化)反应,在线粒体膜间空间形成电化学梯度。

尽管这些电子载体对电子传递链至关重要,但有一个障碍:NADH和FADH2不能从细胞质穿过线粒体膜。因此,细胞必须使用穿梭系统将电子等价物运送到线粒体中;这些穿梭系统包括甘油3-磷酸(G3P)穿梭机和苹果酸-天冬氨酸穿梭机。

电子传递链由位于线粒体内膜的四个膜结合复合物催化的反应组成。其中一些复合物属于一类叫做黄素蛋白,在其结构中嵌入FAD来接受和转移电子。我们在下面列出了前四种复合体。虽然您不需要记住这些复合物,但熟悉它们的名称可能是有用的。注意,每个复合物将质子从线粒体基质泵入膜间空间,但复合体II除外。

  • 复合物I:NADH CoQ氧化还原酶

  • 配合物II:琥珀酸- coq氧化还原酶

  • 复合物III:CoQH2细胞色素C氧化还原酶

复合体也是III的场地问周期

  • 复合物IV:细胞色素C氧化酶

在这里,细胞色素C被氧化,一个氧分子被还原,形成两个水分子。

图:电子传输链的前四个配合物。

图:电子传输链的前四个配合物。

必须严格监控电子传输链内配合物催化的氧化还原反应,以释放高度破坏性的自由基物种。如果线粒体或细胞不能用抗氧化剂对抗自由基氧,线粒体可能停止功能或细胞死亡。这种现象被称为氧化应激,并且可能是细胞执行自身死亡(凋亡)的途径。

b) 电化学梯度

电子传输链的四个复合体中有三个将质子泵入膜间空间。这些质子用于酸化膜间空间,产生电化学梯度,这对能源生产至关重要。

这种梯度是电性的,因为质子带正电荷。因此,随着越来越多的质子被泵入膜间空间,它变得越来越带正电。梯度也是化学性质的,因为膜间空间中质子数量的增加也会导致较低的pH值。回想一下,氢离子是质子,它们的高浓度表示pH值较低。这种电化学梯度也通常被称为质子动力力。

记住每一个NADH或FADH2分子被泵入膜间空间的质子数可能是值得的。NADH直接或间接地向配合物I、III和IV提供电子。因此,对于每个NADH分子,有10个质子被泵入膜间空间(配合物I中有4个质子,配合物III中有4个质子,配合物IV中有2个质子)。FADH2直接或间接地向配合物II、III和IV提供电子。因此,每个FADH2分子只有六个质子被泵入膜间空间(配合物II没有质子,配合物III有四个质子,配合物IV有两个质子)。

电化学梯度为本质的通过ATP合成酶产生ATP。这就是为什么外膜和内膜都不渗透离子交换的原因:如果H+离子能够从任一膜泄漏,梯度将迅速消散。

c) 氧化磷酸化

构成电化学梯度的质子通过一个称为ATP的过程被用来生成ATP氧化磷酸化. 顾名思义,这个过程将NADH和FADH2氧化释放的能量转移到一个新的键中:ADP和无机磷酸盐分子之间的键。这导致ATP的产生。

酶跨越线粒体内膜ATP合酶,有时称为复杂的,复杂的。酶本身由两种成分组成。F0组分作为一个通道,线粒体内部空间中的氢离子通过该通道流入线粒体基质。这种质子流也称为质子流化学渗透

F1组分利用梯度释放的能量通过ADP的磷酸化生成ATP。这种磷酸化是通过F1组分旋转引起的构象变化完成的,导致F1组分被称为“分子马达”

去耦剂解偶联剂是通过破坏质子梯度来抑制ATP合成的分子。被称为细胞色素的蛋白质中的缺陷通常会使这种梯度解耦。

有氧呼吸产物

现在我们已经介绍了有氧呼吸的最后一步,让我们更宏观地看一下这个过程,并讨论净产品。回想一下,在糖酵解、丙酮酸氧化和柠檬酸循环过程中,会产生ATP和电子载体。对于MCAT,你应该知道,每产生一个NADH分子,就会产生2.5个ATP。此外,每产生一个FADH2分子,就会产生1.5个ATP。在有氧呼吸之后,我们总共会有32三磷酸腺苷产生的葡萄糖分子。

过程 净产物/葡萄糖分子
糖酵解
2 NADH→ 5ATP
2 ATP
丙酮酸氧化
2 NADH→ 5ATP
柠檬酸循环
6 NADH→ 15ATP
2 FADH2.→ 3ATP
2GTP→ 2ATP
总ATP
32三磷酸腺苷

图:每个代谢过程都使用一定量的电子载体来合成一定量的ATP。

注意,氧化磷酸化依赖于质子梯度的存在。因为质子梯度是由电子传递链产生的,而电子传递链依赖于NADH和FADH的供应₂, 控制这些电子载体产生的能量动力学同样决定了氧化磷酸化的功能。因此,在高能状态下,当葡萄糖随时可用,糖酵解和电子传递链进行时,氧化磷酸化也将进行。在低能状态下,当葡萄糖不易获得,糖原分解或糖异生必须继续进行时,通过氧化磷酸化的能量通量减少。

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第6部分:戊糖磷酸途径

这个戊糖磷酸途径(PPP)最终产生核糖-5-磷酸:一种对核苷酸合成至关重要的分子。这种途径发生在细胞的细胞质中。虽然MCAT不会在核苷酸合成的具体细节上测试您,但了解PPP的副产品以及它们为什么重要是很重要的。

PPP开始于糖酵解的第一步:葡萄糖磷酸化成葡萄糖-6-磷酸。途径的第一阶段,被称为氧化相,结果产生两个NADPH分子和一个称为核酮糖-5-磷酸的分子。路径的第二阶段,称为non-oxidative阶段,根据细胞的能量需求,可产生多种可能的结果。该途径可产生糖酵解中间产物以供糖酵解或核糖-5-磷酸以供核苷酸合成。

值得注意的是,PPP不会产生任何NADH,即氧化磷酸化和ATP合酶所需的电子载体类型。相反,它产生NADPH,一种脂肪酸合成中的重要电子载体。

关于作者

肖维克拉姆是Shemmassian Academic Consulting的辅导服金宝搏官网务负责人。他取得了完美的MCAT成绩(528分),并带来了多年的专业辅导经验,帮助我们的学生最大限度地提高考试成绩。

确认:Sahil聊拉

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第7部分:高收益条款

淀粉酶:一种酶,开始将大量的聚合碳水化合物水解成单糖和双糖

胰高血糖素:低血糖时α细胞分泌的激素

胰岛素:血糖水平高时β细胞释放的激素

糖原生成:葡萄糖聚合成糖原的途径

糖原分解:糖原被分解成葡萄糖单体的途径

糖酵解:一个葡萄糖分子转化为两个丙酮酸分子的代谢过程

磷酸果糖激酶1:催化糖酵解的限速步骤

G3P脱氢酶:一种对3-磷酸甘油醛可逆转化为1,3-二磷酸甘油酯进行催化的酶,每个葡萄糖分子产生两个NADH分子

磷酸甘油酸酯激酶:一种对1,3-二磷酸甘油酯可逆转化为3-磷酸甘油酯进行催化的酶;每分子磷酸甘油酯产生一个ATP

丙酮酸激酶:对磷酸烯醇式丙酮酸不可逆转化为丙酮酸进行催化的酶;每个磷酸烯醇式丙酮酸分子产生一个ATP

乳酸循环:用于在厌氧条件下再生NAD+,因此糖酵解可以继续

丙酮酸脱氢酶:一种酶催化丙酮酸不可逆地转化为乙酰辅酶A,并产生NADH和二氧化碳作为副产物

柠檬酸循环:发生在线粒体基质中并产生NADH和FADH的途径2.来自一个乙酰辅酶A分子

异柠檬酸脱氢酶:催化TCA循环限速步骤的酶

电子传输链:由位于线粒体内膜的四种膜结合复合物催化的反应组成;用于从NADH和FADH转移电子当量2.产生一个质子梯度

质子动力:在膜间隙和线粒体基质之间建立的质子梯度

氧化磷酸化:通过NADH和FADH氧化释放能量的过程2.形成一个新的键:ADP和无机磷酸盐分子之间的键,产生ATP

化学渗透:氢离子通过ATP合酶F0组分的自发流动

去耦剂:通过破坏线粒体中的质子梯度来抑制ATP合成的分子

戊糖磷酸途径:产生可用于脂肪酸合成的NADPH和可用于糖酵解或核苷酸合成的碳水化合物产品

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第8部分:基于短文的问题和答案

HK1和HK2是己糖激酶的同工酶。HK1存在于所有哺乳动物组织中,在生理条件下被认为是一种“管家酶”。另一方面,在正常生理条件下,HK2存在于较少的组织中。HK2在癌细胞中高度表达。研究发现,它在“Warburg效应”中起着关键作用,即某些细胞在有氧条件下通过糖酵解和发酵优先代谢葡萄糖。在有氧的情况下,某些光感受器被发现主要利用葡萄糖生产乳酸,尽管它们拥有丰富的线粒体和氧化磷酸化酶。目前尚不清楚光感受器如何平衡好氧发酵和线粒体氧化磷酸化以调节其存活。

为了观察抑制好氧发酵对光感受器代谢调节的影响,研究人员选择性敲除小鼠体内HK2的产生。Western blot用于量化糖酵解酶的变化,包括己糖激酶-1 (HK1)和丙酮酸激酶同工酶M2 (PKM2)。结果如图1所示。

图1

图1

研究人员随后进行质谱分析,以确定发酵和TCA循环中13C葡萄糖衍生代谢物的变化。结果如图2所示。

图2:WT和hk2敲除小鼠的发酵和TCA代谢物相对丰度。

图2:WT和hk2敲除小鼠的发酵和TCA代谢物相对丰度。

作者和归属方:张,R.,沈,W.,杜,J.等。选择性敲除杆中己糖激酶2导致年龄相关的感光细胞变性和视网膜代谢重塑。细胞死亡DIS 11885(2020)。文章全文可从以下网址获得:HTTPS://WWW.NATURE.COM/ARTICLES/S41419-020-03103-7。这篇文章不受SHEMMASSIAN学术咨询公司的版权保护。免责声明:SHEMMASSIAN ACADEMIC CONSULTING不拥有此处提供的文章。创作通用许可证:HTTP://CREATIVECOMMONS.ORG/LICENSES/BY/4.0/。对原始文章进行了更改,以创建MCAT风格的文章。金宝搏官网

问题1:图1数据显示己糖激酶2下调导致:

一)细胞凋亡

B) 抑制所有组织中的糖酵解

C) 己糖激酶-1的上调

D) 增加乙醇产量

问题2:以下哪项是人类发酵的主要目的?

A) NAD+的再生

B) NADH的再生

C) ATP生产

D) 丙酮酸生产

问题3:为什么研究人员试图敲除己糖激酶-2?

A)己糖激酶-2是促进光感受器Warburg效应的同工酶

B)己糖激酶2在哺乳动物组织中广泛表达

C) 在人类中未发现己糖激酶-1

D) 己糖激酶-2在癌细胞中表达下调

问题4:研究人员决定选择性地敲除小鼠体内的异柠檬酸脱氢酶。这可能有什么潜在的影响?

A) 发酵抑制

B) ATP水平升高

C) 柠檬酸循环的抑制

D) 琥珀酸含量增加

问题5:根据图2中的数据,可以得出以下哪个结论?

A) 抑制己糖激酶-2促进发酵和柠檬酸循环

B)抑制己糖激酶-2对光感受器的代谢活性没有影响

C) 抑制己糖激酶-2可促进发酵,但可下调柠檬酸循环

D)抑制己糖激酶2降低发酵但促进柠檬酸循环

回答基于短文的问题

  1. 答案选择C是正确的。图1显示了HK2基因敲除的结果,显示了HK2基因敲除下HK1水平的增加。己糖激酶同工酶促进所有组织的糖酵解(选择B是不正确的)。图中未提及凋亡标志物(选择A不正确)。乙醇是在酵母中发酵产生的,而不是哺乳动物细胞(选择D是不正确的)。

  2. 答案A是正确的.在发酵过程中,丙酮酸转化为乳酸,NADH氧化为NAD+(选项B和D不正确)。这种NAD+的产生允许糖酵解在厌氧条件下继续进行。在这个过程中不会产生ATP(选择C是错误的)。

  3. 答案A是正确的. 文章指出,己糖激酶-2在某些感光细胞的Warburg效应中起着重要作用(选择A是正确的)。己糖激酶-1而非己糖激酶-2在哺乳动物组织中广泛表达(选择B是不正确的)。在人类中发现己糖激酶-1(选择C是不正确的)。己糖激酶-2在正常生理条件下受调节,但在癌细胞中高表达(选择D是不正确的)。

  4. 答案C是正确的。异柠檬酸脱氢酶是柠檬酸循环的限速步骤(选择C是正确的)。抑制这种酶可能会促进发酵,因为糖酵解形成的丙酮酸不能进入TCA循环,NADH会被迅速消耗(选择A不正确)。糖酵解和发酵产生ATP的效率远远低于正常的有氧呼吸。琥珀酸是一种TCA循环中间体;TCA循环活性的降低可能会导致琥珀酸水平的降低(选项D不正确)。

  5. 答案D是正确的. 图2显示,基因敲除小鼠的乳酸水平降低,表明发酵被下调(选择A和C是不正确的)。然而,柠檬酸循环中间产物的水平增加,表明柠檬酸循环上调(选择D是正确的)。

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第9部分:独立问答

问题1:去分支酶水解哪种类型的键?

A) α-1,4糖苷键

B) α-1,6糖苷键

C) β-1,4糖苷键

D) A和B

问题2:以下哪种酶催化糖酵解的不可逆步骤?

一、磷酸果糖激酶-1

二,。甘油醛3-磷酸脱氢酶

3丙酮酸激酶

A) 我只是

B) 二、三

C) 一、三

D) I, II,和III

问题3:胰腺β细胞活性的增加可能会导致:

A) 磷酸果糖激酶-1的直接激活

B) 磷酸果糖激酶-2的直接激活

C) 丙酮酸激酶的直接激活

D)直接激活脱分支酶

问题4:10个NADH和2个FADH2分子会产生多少ATP ?

一)11

B) 七,

C) 三十二

D) 二十八

问题5:下列哪项准确地描述了电子传递链复合体I的作用?

A) NAD+被还原为NADH,4个质子被泵入膜间空间

B) NAD+被还原为NADH,没有质子泵浦

C) NADH被氧化成NAD+,4个质子被泵入膜间空间

D) NADH被氧化成NAD+,不发生质子泵

问题6:当血糖水平较高时,下列哪项会将胰岛素释放到血液中?

I.α细胞

2β细胞

三、 δ-细胞

A) 我只是

B)第二只

C) 三只

D) II和III

问题7:ATP合酶F0组分的作用是什么?

A) 它磷酸化ADP分子形成ATP

B) 它再生NAD+

C) 它催化氧还原为水

D,它作为氢离子流入基质的通道

问题8:糖酵解发生在细胞的何处?

一)细胞质

B)线粒体的内膜

C)线粒体基质

D) 膜间隙

回答关键练习问题

  1. 选项D是正确的。去支化酶水解支点处的α-1,4糖苷键以及直链和支链葡萄糖分子之间的α-1,6糖苷键(选择C不正确)。

  2. 答案选择C是正确的。己糖激酶、磷酸果糖激酶1和丙酮酸激酶催化糖酵解的三个不可逆步骤(选择I和III是正确的)。甘油醛3-磷酸脱氢酶催化糖酵解的可逆步骤(选择II是不正确的)。

  3. 答案B是正确的。胰腺β细胞产生胰岛素。胰岛素直接激活磷酸果糖激酶-2(选择B是正确的)。这间接导致了磷酸果糖激酶-1通过磷酸果糖激酶-2催化的反应产物被激活(选项A是错误的)。胰岛素不能激活丙酮酸激酶(选择C是错误的)。胰岛素促进糖原合成,因此既不会直接也不会间接地激活去分支酶(选择D是错误的)。

  4. 选项D是正确的。对于NADH的每一个分子,最终产生2.5个ATP。对于FADH2的每个分子,将产生1.5 ATP。10个NADH分子产生25个ATP,2个FADH2分子产生3个ATP。这给了我们总共28个ATP(选项a、B和C不正确)。

  5. 答案选择C是正确的. 而在NAD和NAD+上的选择是不正确的。这导致四个氢离子被泵入膜间空间(选择D不正确)。虽然没有必要记住电子传递链的每个复合体的作用和效果,但关键是要知道电子传递链导致电子载体氧化和氢离子泵入线粒体的膜间空间。

  6. 答案B是正确的。胰岛素由β细胞释放(选择II是正确的)。胰高血糖素由α细胞释放(选择I不正确)。生长抑素由δ细胞释放(选择III不正确)。

  7. 答案D是正确的. F0组分作为一个通道,存在于线粒体内部空间的氢离子可以通过该通道流回基质(选择D是正确的)。这种流动是化学渗透梯度的自然结果。F0组分不磷酸化ADP分子形成ATP;此功能由F1部件执行(选项A不正确)。NAD+在乳酸发酵期间由乳酸脱氢酶再生(选择B不正确)。氧在电子传输链的复合物IV处被还原成水(选择C是不正确的)。

  8. 答案A是正确的。糖酵解发生在细胞质中(选择A是正确的)。电子传递链沿着线粒体的内膜发生(选择B是不正确的)。丙酮酸氧化和柠檬酸循环发生在线粒体基质中(选择C不正确)。膜间空间是电子传输链中氢离子被泵送的地方,导致其酸化(选项D不正确)。