平成 24 年度 Ｍ１「代謝生化学Ａ」 定期試験(1)・田原担当（1枚目／全 2枚） 2012.11.27 解答と配点 14.代謝 【１】 ADP のリン酸化 (ATP 合成 )反応の標準自由エネルギー変化 ∆G o 'は 30 .5kJ /mol である。

［ (1) ○○○○： 5､○○○○X： 3､それ以外○＞ X： 1、 (2)○○： 5､○X： 3］ （１）次の 1～ 8 のリン酸化合物のうち、標準状態で ATP 合成できるものの番号を○で囲め。（ ）内はリン酸基の加水分解に伴う自由エネルギー変化である（単位 kJ /mol） ｡

1．ホスホエノールピルビン酸（-61 .9） 2．グルコース 6 -リン酸（-13 .8）

3．アセチルリン酸（-43 .1） 4．グルコース 1 -リン酸（-20 .9）

5．ピロリン酸（-19 .2） 6． 1 ,3 -ビスホスホグリセリン酸（-49 .4）

7． ATP（-30 .5） 8．ホスホクレアチン（-43 .1）

（２）“生化学的標準状態 ”について述べた次の文章のうち正しいものの番号を○で囲め。

1．温度 273K、圧力 1 気圧、 pH0、反応式に現れる化合物の濃度全て 1M での ∆G

2．温度 273K、圧力 1 気圧、 pH7、反応式に現れる化合物の濃度全て 1M での ∆G

3．温度 298K、圧力 1 気圧、 pH7、反応式に現れる化合物の濃度全て 1M での ∆G

4． ∆G o 'は化学反応の自由エネルギー変化の基準点で、全条件で ∆G はこの値をとる。

5． ∆G o 'は化学反応の自由エネルギー変化の基準点で、 ∆G は温度のみの関数である。

6． ∆G o 'は化学反応の自由エネルギー変化の基準点で、 ∆G は濃度により変化する。

（３）ある中間代謝物 X を ATP でリン酸化し、 XPi なる化合物を生成する反応を考える。X をリン酸化する反応（ X + P i → XPi）の標準自由エネルギー変化は 13 .8kJ /mol とする。

※解答以外の数値は部分点なし。

1． ATP で X をリン酸化する反応の反応式を書け。［ 5］

X + ATP XPi + ADP

2．その時の標準自由エネルギー変化を求めよ。［ 10］

∆G0 '(kJ/mol) X + Pi XPi +13.8

ATP ADP + Pi -30.5

X + ATP XPi + ADP -16.7

左の反応式から、X のリン酸化反応と ATPの加水分解反応のそれぞれの標準自由エネルギー変化を加え合わせたものが ATPによる Xのリン酸化反応の∆G0 'となる。したがって、

∆G0 '=-16.7 kJ/mol

3． [ATP] = 3 .5 mM 、 [ADP] = 0 .7 mM、 [P i ] = 4 .0 mM、 [X] = 0 .8 mM、 [XPi ] = 0 .5 mM のときのこの反応の自由エネルギー変化を求めよ。ただし、温度は 37℃とする。［ 20］

∆! = ∆!!′ + !"ln[ADP][XPi][ATP][X]

= −16.7×10! + 8.3145×310

×ln0.7×10!!×0.5×10!!

3.5×10!!×0.8×10!!

= −16700 − 5359 = −22059

∴ −22 kJ mol

平成 24 年度 Ｍ１「代謝生化学Ａ」 定期試験(1)・田原担当（2枚目／全 2枚） 2012.11.27 解答と配点 14.代謝 （４）細胞内で A から D を生成する経路が、連続する３つの化学反応 A→ B､B→ C､C→ D

から成るとする。各化学反応を触媒する酵素を順に X, Y , Z とする。

1．３つの各化学反応の単独の標準自由エネルギー変化が順に-10、+10、0 .1（単位 kJ /mol）であるとき、調節段階となる可能性の高い反応は何番目の反応か。・・・１番目［ 3］

2． A から D をつくる経路が細胞内で実現しているとき、細胞は 2 番目の反応を何らかの方法で自発的に進めていると考えられる。その方法を１つ考え、簡潔に述べよ。［ 12］

① 多量にＢを供給して (Ｃを消費して )2番目の反応の実際の ∆Gを負にする

② 2 番目の反応と ATP 加水分解を共役させ、合計の ∆G を負にする。等 【２】シトクロム（ cy t）c の一電子酸化還元反応の標準酸化還元電位 E o 'は 0 .235V である。一方、 NADP＋ の E o 'は-0 .320V である。

（１）以下のそれぞれの反応式を書け。cyt c は酸 化 状 態 がわかるように書 くこと。［各 5］

cy t c の半反応 cyt c(Fe3 + , 酸化型 ) + e- cyt c(Fe2 + , 還元型 )

NADPH の半反応 NADP+ + 2e- + H+ NADPH

（２）（１）の２つの半反応を共役させて反応式を完成させよ。またこのたとき酸化剤（電子受容体）と還元剤（電子受容供 与 体）は何か。［各 5］

酸化剤 : cyt c(Fe3 +) 還元剤 : NADPH

（３）反応で移動する電子の数に注意して、この反応の標準自由エネルギー変化 ∆G o 'を求めよ。有効数字 3 ケタ。ファラデー定数 F=96485J /mol･KV。［ 20］

反応に伴う ∆E 0 'は、

∆!!! = !!"#  !!’ − !!"#$%!’

= 0.235 − −0.320 = 0.555

このとき、標準自由エネルギー変化は、

∆!!′ = −!"∆!!!

= −2×96485×0.555 = −107098  (J mol)

∴ −107   kJ mol