2025年大學(xué)《化學(xué)生物學(xué)》專業(yè)題庫——生物能量轉(zhuǎn)化與熱力學(xué)考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)的首字母填入括號內(nèi)。）1.下列哪個熱力學(xué)參數(shù)最直接地反映了化學(xué)反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行的自發(fā)性？A.焓變(ΔH)B.熵變(ΔS)C.吉布斯自由能變(ΔG°')D.活化能(Ea)2.在一個特定的生物化學(xué)反應(yīng)中，ΔG°'為-30kJ/mol。這意味著該反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)條件下：A.必然會迅速進(jìn)行至completionB.是非自發(fā)的，需要持續(xù)輸入能量C.自發(fā)進(jìn)行的趨勢，但實(shí)際速率取決于活化能D.其逆反應(yīng)的ΔG°'必然為+30kJ/mol3.以下哪個過程在細(xì)胞中主要將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能？A.糖酵解B.三羧酸循環(huán)C.氧化磷酸化D.光合作用（光反應(yīng)）4.關(guān)于ATP作為細(xì)胞的“能量通貨”，下列描述錯誤的是：A.ATP水解釋放的能量可用于多種生命活動B.ATP的能量儲存效率非常高C.ATP在細(xì)胞內(nèi)的含量非常恒定D.ATP與ADP之間的相互轉(zhuǎn)化是可逆的5.熱力學(xué)第二定律指出，孤立系統(tǒng)的總熵總是：A.隨時間減少B.隨時間增加C.保持不變D.在某些條件下增加，某些條件下減少6.在線粒體中，ATP合成主要依賴于：A.糖酵解產(chǎn)生的NADHB.氧化磷酸化過程釋放的能量C.脂肪酸β-氧化D.直接來自葡萄糖的分解7.下列哪種非共價鍵在維持蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)（如α-螺旋和β-折疊）中起著關(guān)鍵作用？A.離子鍵B.范德華力C.疏水作用D.共價鍵8.一個非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的化學(xué)反應(yīng)，其吉布斯自由能變(ΔG)的計(jì)算公式是：A.ΔG=ΔG°'+RTlnQB.ΔG=ΔH-TΔSC.ΔG=ΔG°'-RTlnKD.ΔG=ΣΔG°'f(products)-ΣΔG°'f(reactants)9.光合作用中，卡爾文循環(huán)的主要產(chǎn)物是：A.NADPHB.FADH2C.谷氨酸D.葡萄糖（或其前體）10.下列哪個過程是生物體內(nèi)能量釋放和ATP合成的主要場所？A.細(xì)胞核DNA復(fù)制B.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)合成C.線粒體內(nèi)膜氧化磷酸化D.高爾基體糖基化二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填入橫線上。）1.衡量反應(yīng)物和產(chǎn)物在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下能量的相對高低，通常使用________的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)（ΔG°'）。2.生物體內(nèi)能量的直接儲存和傳遞主要依靠________分子。3.糖酵解過程net產(chǎn)生________分子ATP。4.熱力學(xué)第一定律指出，能量既不能被創(chuàng)造也不能被消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，即________守恒。5.在生物體內(nèi)，非共價鍵如________和________對于維持生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能至關(guān)重要。6.氧化還原反應(yīng)中，失去電子的物質(zhì)是________劑，得到電子的物質(zhì)是________劑。7.根據(jù)吉布斯自由能變(ΔG)的值，可以判斷反應(yīng)的自發(fā)性：ΔG<0表示反應(yīng)________，ΔG>0表示反應(yīng)________。8.細(xì)胞呼吸過程中，葡萄糖完全氧化分解產(chǎn)生約________分子ATP（指凈產(chǎn)生量，不同計(jì)算方式有差異）。9.光合作用的光反應(yīng)階段將光能轉(zhuǎn)化為________能，并產(chǎn)生________和NADPH。10.熵是一個系統(tǒng)________的度量，熵增意味著系統(tǒng)________增加或無序度增加。三、名詞解釋（每題3分，共12分。請給出簡潔準(zhǔn)確的定義。）1.自由能（GibbsFreeEnergy）2.熱力學(xué)第二定律3.能量代謝4.疏水作用四、簡答題（每題5分，共10分。請簡要回答問題。）1.簡述ΔG°'與反應(yīng)速率之間的關(guān)系，并解釋為何ΔG°'負(fù)值的反應(yīng)不一定速率很快。2.簡要說明線粒體氧化磷酸化過程中，質(zhì)子驅(qū)動力（質(zhì)子梯度）是如何用于ATP合成的。五、計(jì)算題（每題7分，共14分。請寫出計(jì)算過程和結(jié)果。）1.已知以下標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的自由能變(ΔG°'values,kJ/mol)：葡萄糖氧化為CO2和H2OΔG°'=-2858,NADH氧化為NAD+ΔG°'=-227,ATP水解為ADP和PiΔG°'=-30.5。請估算糖酵解過程中，從葡萄糖到丙酮酸（假設(shè)糖酵解總放能一步完成，忽略其他中間步驟）的凈ΔG°'。2.某反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)條件下的ΔG°'=-10kJ/mol。如果反應(yīng)體系中反應(yīng)物和產(chǎn)物的摩爾比Q=[P]/[R]=0.1，且已知R和P在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的濃度均為1M，反應(yīng)是在25°C（T=298K）進(jìn)行的。請計(jì)算該反應(yīng)此時的ΔG。(提示：RT≈8.314J/(mol·K)或0.008314kJ/(mol·K))六、論述題（10分。請結(jié)合實(shí)例進(jìn)行闡述。）論述非共價鍵的能量（如氫鍵、離子鍵、疏水作用能）在維持蛋白質(zhì)三級和四級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的作用，并解釋這些作用如何與生物功能相關(guān)聯(lián)。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.D4.C5.B6.B7.B8.A9.D10.C二、填空題1.吉布斯自由能(GibbsFreeEnergy)2.ATP3.2(或4，取決于ATP的計(jì)算方式，但net通常指2)4.能量5.氫鍵(Hydrogenbonds)，離子鍵(Ionicbonds)6.氧化(Oxidizing)，還原(Reducing)7.自發(fā)進(jìn)行(Spontaneous)，非自發(fā)進(jìn)行(Non-spontaneous/Requiresenergyinput)8.30(或32,或34，取決于具體計(jì)算途徑和P/O比)9.化學(xué)(Chemical)10.無序度(Disorder)，無序度三、名詞解釋1.自由能（GibbsFreeEnergy）：在恒溫恒壓條件下，系統(tǒng)可以做有用功的最大極限值，它反映了系統(tǒng)發(fā)生變化時對外做功能力的大小，是判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的關(guān)鍵thermodynamic參數(shù)。2.熱力學(xué)第二定律：孤立系統(tǒng)的總熵（或總混亂度、無序度）總是趨向于增加，或在可逆過程中保持不變。3.能量代謝（EnergyMetabolism）：生物體與外界環(huán)境進(jìn)行能量交換，并將獲取的能量用于維持生命活動（如合成大分子、維持離子梯度、運(yùn)動等）的過程的總稱，主要包括能量的獲取、儲存、轉(zhuǎn)化和利用。4.疏水作用（HydrophobicEffect）：在水溶液中，非極性分子或基團(tuán)傾向于聚集在一起，以減少它們與水分子的接觸面積，從而降低系統(tǒng)總自由能的現(xiàn)象。這是生物大分子（如蛋白質(zhì)）折疊形成疏水核心的主要驅(qū)動力之一。四、簡答題1.ΔG°'反映的是反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)條件下的能量傾向，ΔG°'越負(fù)，反應(yīng)越傾向于正向進(jìn)行。但它并不直接決定反應(yīng)速率，反應(yīng)速率還取決于活化能、反應(yīng)物濃度、酶催化效率等因素。一個ΔG°'負(fù)值很大的反應(yīng)，如果其活化能很高，實(shí)際速率可能很慢；反之，一個ΔG°'負(fù)值較小的反應(yīng)，如果活化能很低（例如有高效酶催化），速率可能很快。2.在線粒體內(nèi)膜上，電子傳遞鏈將電子傳遞過程中的能量逐步釋放，用于將質(zhì)子（H+）從基質(zhì)泵到膜間隙，建立起跨膜的質(zhì)子濃度梯度和電位差，即質(zhì)子驅(qū)動力（質(zhì)子梯度）。這個質(zhì)子梯度蘊(yùn)含著巨大的勢能。ATP合酶是一種特殊的酶，它位于內(nèi)膜上，具有兩種功能：利用質(zhì)子梯度驅(qū)動質(zhì)子順濃度梯度流回基質(zhì)，同時利用這個流動的質(zhì)子動能驅(qū)動ADP和無機(jī)磷酸（Pi）合成ATP。這個過程就是化學(xué)滲透（Chemiosmosis），質(zhì)子驅(qū)動力直接轉(zhuǎn)化為ATP的化學(xué)能。五、計(jì)算題1.糖酵解從葡萄糖到丙酮酸的主要反應(yīng)可近似看作葡萄糖+2Pi+2H2O→2丙酮酸+4H++2ADP+2NAD+。ΔG°'rxn=ΣΔG°'f(products)-ΣΔG°'f(reactants)ΔG°'rxn=[2ΔG°'f(丙酮酸)+4ΔG°'f(H+)+2ΔG°'f(ADP)+2ΔG°'f(NAD+)]-[ΔG°'f(葡萄糖)+2ΔG°'f(Pi)+2ΔG°'f(H2O)+2ΔG°'f(ADP)+2ΔG°'f(NAD+)]ΔG°'rxn=[2(0，標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下產(chǎn)物自由能為零或基準(zhǔn))+4(0)+2(-30.5)+2(-227)]-[(-2858)+2(0)+2(0)+2(-227)]ΔG°'rxn=[0+0-61.0-454]-[-2858-454]ΔG°'rxn=[-515]-[-3312]ΔG°'rxn=2797kJ/mol*（注：此計(jì)算假設(shè)丙酮酸、H+、ADP、NAD+在反應(yīng)開始時均為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，葡萄糖和H2O也為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)。實(shí)際ΔG°'f(丙酮酸)不為零，但常被設(shè)定為基準(zhǔn)值。此題估算旨在考察ΔG°'計(jì)算方法，結(jié)果受基準(zhǔn)值選取影響。若按更完整數(shù)據(jù)，結(jié)果會不同。通常教材會給出更精確的糖酵解總ΔG°'值，約為-1200kJ/mol，這需要考慮所有步驟。此題按題目所給步驟計(jì)算。）*2.ΔG=ΔG°'+RTlnQΔG=-10kJ/mol+(0.008314kJ/(mol·K)*298K*ln(0.1))ΔG=-10kJ/mol+(0.008314*298*ln(0.1))ΔG=-10kJ/mol+(0.008314*298*(-2.3026))ΔG=-10kJ/mol+(0.008314*-686.968)ΔG=-10kJ/mol-5.714kJ/molΔG=-15.714kJ/mol*（保留三位小數(shù)）*六、論述題非共價鍵，特別是氫鍵和離子鍵，雖然單個鍵能相對較小，但它們在生物大分子（尤其是蛋白質(zhì)）的折疊和穩(wěn)定性中起著至關(guān)重要的作用。蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)從二級結(jié)構(gòu)（α-螺旋、β-折疊）到三級結(jié)構(gòu)（整體折疊構(gòu)象）再到四級結(jié)構(gòu)（多亞基復(fù)合物），都離不開非共價鍵的維系。氫鍵方向性強(qiáng)，常在主鏈之間形成網(wǎng)絡(luò)，穩(wěn)定α-螺