將酵母菌研磨,取一部分勻漿離心,得到上清液(含細胞質溶膠)和沉淀物(含細胞器)。將等量的上清液、沉淀物和未離心的勻漿分別加入甲、乙、丙三支試管,進行四組實驗。下列對實驗的敘述,正確的是: A.實驗一:向三支試管中分別滴加等量的葡萄糖溶液,只有乙沒有反應
B.實驗二:向三支試管中分別滴加等量的丙酮酸溶液,只有甲沒有反應
C.實驗三:要隔絕空氣的條件下,重復實驗一,甲乙都沒有反應
D.實驗三:要隔絕空氣的條件下,重復實驗二,甲乙丙都沒有反應
答案是A
《金榜》P45上也有這樣的題目:將酵母菌研磨,取一部分勻漿離心,得到上清液(含細胞溶膠)和沉淀物(含細胞器)。將等量的上清液、沉淀物和未離心的勻漿分別加入甲、乙、丙三支試管,分別進行以下幾項實驗: 實驗一:向三支試管中分別加入等量的葡萄糖溶液,三支試管中的最終產物分別是甲:丙酮酸 、乙:_葡萄糖、 丙:CO2和H2O。 實驗二:向三支試管中分別加入等量的丙酮酸溶液,三支試管中的最終產物分別是甲:丙酮酸 、乙:CO2和H2O、 丙:CO2和H2O。
實驗三:隔絕空氣的情況下,重復實驗一,三支試管中的產物分別是甲: 乙醇和CO2、 乙: 丙酮酸 、丙:乙醇和CO2。
這二題的答案上(我用紅字標出的)有矛盾,那么到底是那個答案正確?是不是作業本上有二個答案AB?
本人認為,作業本上答案是對的,也就是說B不是正確答案。現分析如下:
總的來說可用1葡萄糖+2ADP+2Pi+2NAD+→2丙酮酸+2NADH+2H++2ATP+2H2O這個反應式來表示,但細胞溶膠中NAD+、ADP和無機磷的存量都很少,如果全部被消耗了,且不能循環使用,糖酵解就會停止。
在沒有氧氣的情況下,NADH就在細胞溶膠中還原丙酮酸,生成酒精和二氧化碳。而本身被氧化重新生成NAD+,ATP則被細胞代謝消耗生成ADP和磷酸,這樣就使得發酵過程得以不斷地進行;若有氧氣存在時,因線粒體內膜上的呼吸鏈(電子傳遞鏈)有最終受體(O2),三羧酸循環和電子傳遞都得以順利進行,因此2NADH和2H+有更好的去路,即能迅速進入線粒體,通過線粒體內膜上的呼吸鏈而被氧化,丙酮酸也就因細胞溶膠中缺乏NADH和H+而未能按厭氧呼吸的方式被還原,而是不斷進入線粒體內進行脫羧,生成乙酰輔酶A而進入三羧酸循環,也就是說氧氣促進了三羧酸循環和氧化磷酸化的過程,同時也就抑制了厭氧呼吸過程。
對于酵母菌在有氧條件下發酵被抑制的現象還可用巴斯德效應來解釋,其主要觀點是:ATP能抑制6-磷酸果糖激酶的活性,而無機磷和ADP能促進其活性,同時三羧酸循環的第一個產物檸檬酸也能抑制6-磷酸果糖激酶的活性。因此需氧呼吸進行時,ADP和無機磷進入線粒體,其產物ATP和檸檬酸進入細胞溶膠,這些過程都會促使6-磷酸果糖激酶的活性會下降,最終導致6-磷酸葡萄糖的積累。而過多的6-磷酸葡萄糖對已糖激酶有反饋抑制作用,使葡萄糖磷酸化減慢,這樣就抑制了糖酵解的過程,使葡萄糖的分解速度變慢了。需氧呼吸需要分解的葡萄糖要比厭氧呼吸少得多,也可以看出需氧呼吸的效率要遠遠大于厭氧呼吸。酵母菌的酒精發酵速度還與糖酵解過程中NAD+和NADH的周轉有關,在無氧條件下,糖酵解生成的丙酮酸,在細胞溶膠中經過脫羧生成乙醛和二氧化碳,NADH能將乙醛還原成酒精,而本身被氧化成NAD+,使NADH和NAD+周轉速度加快,糖酵解加快。然而,在有氧條件下,糖酵解產生的NADH,不能用于還原乙醛,而是通過穿梭系統進入線粒體,通過呼吸鏈的傳遞生成水,由于NAD+和NADH不能周轉,發酵作用便受到抑制。但不管怎么說,上述實驗一的甲試管中具有發酵作用所需的酶,最終產物應當是二氧化碳和酒精,盡管沒有隔絕空氣,發酵作用也不會受抑制。
以上過程說明,對既能進行需氧呼吸又能進行厭氧呼吸的真核細胞如酵母菌,氧氣抑制厭氧呼吸并不是因為破壞或抑制了厭氧呼吸過程中某些酶的催化活性。因此,如將葡萄糖加入只含酵母菌細胞溶膠的試管中,在有氧氣但其它條件適宜的情況下,應該是進行完整的厭氧呼吸過程,即產物為酒精和二氧化碳。
綜上所述,作業本上的B答案錯誤,因為甲也發生了反應;金榜上的錯在實驗一和二的甲應該是酒精和二氧化碳,而不是不反應即仍然是丙酮酸。
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