生物氧化

生物氧化是在生物体内，从代谢物脱下的氢及电子﹐通过一系列酶促反应与氧化合成水﹐并释放能量的过程。也指物质在生物体内的一系列氧化过程。主要为机体提供可利用的能量。

生物氧化

• 生物氧化与能量代谢
  • ⾼能化合物
    • 高能键
      • 在标准条件下⽔解时释放⼤量⾃由能的化学键
      • 可以用“~”表示
      • 释放能⼒≥30.5kJ/mol
    • 高能化合物
      • 含⾼能键的化合物
      • 分类
        • 高能磷酸化合物
        • ⾼能硫酯化和物
    • 高能磷酸基团
      • ⾼能磷酸化合物中以⾼能键结合的磷酸集团
    • ⾃由能（G）与⾃由能变化△G
      • 当△G＜0 放能反应
      • 当△G＝0 不变化
      • 当△G＞0 吸能反应
  • ATP的合成
    • 种类
      • 底物磷酸化
        • 底物脱氢或脱⽔，使分⼦内部能量重新分配，产⽣⾼能磷酸化合物的过程，⼜称底物⽔平磷酸化
        • 部位
          • 细胞质
            • 磷酸⽢油酸激酶、丙酮酸激酶催化的底物磷酸化反应
          • 线粒体
            • 琥珀酰辅酶A合成酶的底物磷酸化反应
      • 氧化磷酸化
        • 是ATP主要的合成⽅式
        • 在⽣物氧化过程中，代谢物定脱下的氢经呼吸链氧化⽣成⽔时，所释放的能最能够偶联ADP磷酸 化⽣成ATP的过程
        • 部位
          • 线粒体
  • 氧化磷酸化机制
    • 化学渗透假说
      • 内容
        • 电⼦传递和ATP合成是通过跨线粒体内膜的质⼦梯度偶联的
      • 偶联机制
        • 电⼦传递的⾃由能，驱动质⼦(F)从线粒体基质跨过内膜进⼊到膜间隙，产⽣膜内外质⼦电化学梯度,以此储存能量。当质⼦顺浓度梯度回流时驱动ADP与Pi⽣成ATP
    • 磷/氧⽐
      • 标准条件下NADPH、琥珀酸、维⽣素c传递⼀对 电⼦可以推动合成约2.5、1.5、1个ATP
      • 磷/氧⽐约为2.5、1.5、1
  • 氧化磷酸化的影响因素
    • ADP
      • 最主要因素
      • ADP⽔平对氧化磷酸化的调节称为呼吸控制
    • 甲状腺激素
      • 能诱导许多组织 Na+，K+ - ATP酶（钠泵）基因表达，合成钠泵，从⽽加快消耗ATP，产⽣⼤量ADP进⼊线粒体，使氧化磷酸化加快
    • 呼吸链抑制剂
      • 专业性抑制呼吸链中的某些电⼦载体的电⼦传递
      • 如：CO、CN-：阻断细胞⾊素aa3利⽤O2
    • 解偶联剂
      • 2，4-⼆硝基苯酚（DNP） 羰氰三氟甲氧苯腙（FCCP）
        • 可以通过线粒体内膜，在膜间隙侧结合H+，在基质侧释放H+，从⽽破坏电化学梯度
      • 解偶联蛋⽩
        • ⼜称产热蛋⽩，存在于棕⾊脂肪组织（BAT）
        • 这是⼀种六次跨膜蛋⽩，在线粒体内膜上形成H+通道，使H+流回线粒体基质，从⽽将以电化学梯度形式储存的⾃由能转换成热能
        • ⽤于维持体温，抵御严寒
    • ATP合成酶抑制剂
      • 抑制H+回流，抑制ATP合成
      • 如寡霉素、⼆环⼰基碳⼆亚胺
    • ADP-ATP载体抑制剂
      • 从线粒体内膜膜间隙侧和基质侧抑制载体，从⽽ 抑制氧化磷酸化
      • 如苍木苷、米酵菌酸
    • 线粒体DNA突变
  • ATP的利⽤
    • ⽣物氧化合成ATP，⽣命活动利⽤ATP，ATP的合成与利⽤构成ATP循环
    • ATP是⽣命活动的直接供能物质
    • 磷酸肌酸是肌组织和脑组织的主要储存形式
• 细胞质NADH的氧化
  • 3-磷酸⽢油穿梭
  • 苹果酸-天冬氨酸穿梭
• 其他氧化体系与抗氧化体系
  • P450系统
  • 氢过氧化物酶
    • 过氧化氢酶
    • 过氧化物酶
  • 超氧化物歧化酶（SOD）
• 呼吸链
  • 概念
    • 呼吸链
      • 指位于真核生物线粒体内膜或原核生物细胞膜上的一组电子载体(又称递电子体) ,其作用是接收营养物质氧化释放的氢原子(还原当量) ,并将其电子按-定顺序传递给氧，生成水
    • 电子传递链
      • 呼吸链是一个通过连续反应有序传递电子的过程
    • 递氢体（氢载体）
      • 呼吸链中传递氢的电子载体
  • 组成
    • 电子载体
      • 两种游离体
        • 辅酶Q、细胞色素c
      • 四种复合体
        • 复合体Ⅰ
          • NADH脱氢酶，FMN、Fe-S
        • 复合体Ⅱ
          • 琥珀酸脱氢酶: FAD、Fe-S、Cyt b
        • 复合体Ⅲ
          • 细胞色素c还原酶: Fe-S、 Cyt b,、Cyt c1
        • 复合体Ⅳ
          • 细胞色素c氧化酶: cyt aa3
    • 黄素蛋白
      • 复合物Ⅰ
        • 以黄素单核苷酸(FMN/FMNH2) 为辅基——参与催化NADH脱氢
      • 复合物Ⅱ
        • 以黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD/FADH2) 为辅基——参与催化琥珀酸脱氢
    • 辅酶Q
      • 简写: Q, CoQ又称:泛醌。存在于线粒体内膜上的一类脂溶性醌类化合物
      • 复合物Ⅰ和复合物Ⅱ通过铁硫蛋白将电子传递给泛醌，泛醌再将电子传递给复合物Ⅲ的铁硫蛋白
    • 铁硫蛋白
      • 辅基称为铁硫中心、铁硫簇
      • 复合物Ⅰ、复合物Ⅱ、复合物Ⅲ都含有铁硫蛋白 传递电子方式: Fe2+↔ Fe3++e-
    • 细胞色素（Cyt）
      • 一类含血红素辅基的蛋白质，血红素又称铁卟啉
      • 传递电子方式: Fe2+↔ Fe3++e-
      • 分类
        • 细胞色素aa3
          • 即复合物IV，其亚基Ⅰ含两个血红素A,分别为血 红素a，a3
        • 细胞色素b
          • 复合物Ⅱ
            • 含血红素b560,不参与电子传递
              • ⾎红素bH（b562）：氧化还原电位较⾼
          • 复合物Ⅲ
            • 参与电⼦从泛醌向细胞⾊素c传递
              • ⾎红素bL（b562）：氧化还原电位较低
        • 细胞⾊素c
          • 从复合物Ⅲ的细胞⾊素c1获得电⼦向复合物Ⅳ传递
          • 特点
            • 通过离⼦键结合于线粒体内膜外表⾯
            • 所含的⾎红素c与蛋⽩质半胱氨酸以共价键结合
        • Cu²+、Cu+
          • 复合物Ⅳ的亚基Ⅱ含有两个铜（CuA/CuA） ，亚基Ⅰ含有⼀个铜（CuB）
          • 传递电⼦⽅式：Cu+ ↔ Cu²+ + e
  • 呼吸链成分的排列顺序
    • NADH氧化呼吸链
      • 线粒体内NADH把还原当量送⼊呼吸链
      • NADH→复合物Ⅰ→辅酶Q→复合物Ⅲ→Cytc→复合物 Ⅳ→O2 字⺟式： NADH→FMN→CoQ→Cytb→Cytc1→Cytc→Cytaa3→O2
    • 琥珀酸氧化呼吸链
      • 线粒体内琥珀酸把还原当量通过FAD送⼊呼吸链
      • NADH→复合物Ⅱ→辅酶Q→复合物Ⅲ→Cytc→复合物Ⅳ→O2 字⺟式：琥珀酸→FAD→CoQ→Cytb→Cytc1→Cytc→Cytaa3→O2
• 概述
  • 概念
    • 生物氧化
      • 生物氧化是指有机分子在体内氧化分解，最终生成CO2和H2O并释放能量满足生命活动需要的过程。又称细胞呼吸或细胞氧化
    • 还原当量
      • 指参加到氧化还原反应中的是一个电子，不管电子本身以一个氢原子或一个电子形式转移。因此，一个氢负离子为两个还原当量
  • 特点
    • 在细胞内进行，有酶参与
    • 能量逐级释放，大多数储存在ATP中
    • 产物来源
      • 二氧化碳
        • 有机物脱羧
          • α单链脱羧
          • α氧化脱羧
          • β单链脱羧
          • β氧化脱羧
      • 水
        • 代谢物脱氢逐级传递，最终与氧化合
  • 过程
    • 有机物氧化代谢生成乙酰CoA，并释放氢原子
      • 细胞质基质、线粒体
    • 乙酰CoA的乙酰基通过三羧酸循环氧化成CO2
      • 线粒体
        • 生成少量ATP
    • 前两个阶段适当的还原当量经呼吸链传递给氧生成H2O
      • 线粒体
        • 合成大量ATP
  • 方式
    • 脱氢
      • 生物氧化的主要方式
        • 由脱氢酶活氧化酶催化
    • 加氧
      • 加入一个氧原子
        • 由单加氧酶（羟化酶）催化
      • 加入两个氧原子
        • 由双加氧酶催化
    • 失电子
      • 原子或离子在反应过程中失去电子，化合价升高