生物化学－生物氧化

这是一篇关于生物化学－生物氧化的思维导图。该思维导图比较系统全面地整理了关于生物氧化的知识点，适用于农学考研

生物氧化

• 生物氧化
  • 糖，脂肪，蛋白质经过分解代谢生成乙酰CoA,
  • 乙酰CoA进TCA循环脱氢，生成CO2,使NAD,FAD还原为NADH,FADH2
  • NADH FADH2 中的氢经呼吸链将电子传递给氧生成水，同时发生氧化磷酸化，产生大量ATP
  • 特点
    • 生物氧化是代谢物在一系列酶的作用下，逐步氧化，分次释放能量，不是以爆发式进行
    • 在常温常压生理PH有水的温和条件下进行的，不需要剧烈的条件
    • 生物氧化释放的能量主要用于 ATP 合成，而非光和热
    • 真核生物在线粒体内膜身上进行，原核生物在细胞膜上进行
  • ATP 结构特点
    • 一个腺嘌呤 一个核糖 三个磷酸单位
    • 在能量代谢过程中，有磷酸基团的转移，势能高的化合物将磷酸基团转移给ADP 形成ATP，再由ATP将磷酸基团转移给低势能化合物，ATP充当中转站
• 电子传递链
  • 从氧化还原电位低的传递体依次到氧化还原电位高的传递体逐步流向氧气
  • NADH>复合物1（FMN)>Q>复合物3(Fe-S, Ctyb)>细胞色素c>复合物4(Ctyaa3)>O2
  • FADH2>复合物2>Q>复合物3>细胞色素C>复合物4>O2
  • 如何测定电子传递体的顺序
    • 测定氧化还原电势
      • 首选测定不同传递体的氧化还原电势，然后按从低到高的顺序排列
    • 测定差异光谱
      • 每种电子传递体都有自己的吸收峰，且同一种电子传递体其还原态和氧化态的特征吸收峰有差异。
      • 向线粒体内膜反应体系加入电子供体，使线粒体内膜上各电子传递体处于还原态。加入电子最终受体O2，及时测定反应系统的光谱变化，确定各传递体由还原态编程氧化态的先后顺序。最先先变成氧化态的电子传递体更加靠近O2，最后转变的远离O2.
    • 利用专一性电子传递抑制剂
      • 在一个有底物和完整线粒体且有氧供应的单子传递反应系统中，加入某种抑制剂，被抑制组分前面的传递体处于还原态，之后的传递体处于氧化态
  • Q和细胞色素C 可以自由移动，其他复合物内嵌如线粒体内膜
  • 复合物1 －4H, 复合物3 - 2H, 复合物4 - 4H, 可将H 离子从线粒体基质泵到内膜外侧
  • 电子传递抑制剂
    • 鱼藤酮，安密妥，抑制复合物1 阻断NADH>Q
    • 抗霉素A 抑制复合物3 阻断了Q>细胞色素C 的电子传递
    • 氰化物，叠氮化物 抑制复合物4 阻断细胞色素C>O2
• 氧化磷酸化
  • 电子从NADH,FADH2 经电子传递链给分子氧，产生线粒体内膜内外的质子电化学梯度，在质子驱动力下ATP酶将ADP, Pi合成 ATP
  • 氧化磷酸化依赖电子传递
    • 加入ADP Pi 后，电子传递速率没有变化，当加入琥玻酸之后，氧消耗大幅提升，说明电子传递需要电子供体
    • 加入呼吸抑制剂后完全抑制电子传递，ATP合成也同步降低，说明只要有 ADP Pi不能合成ATP，ATP合成依赖电子传递的进行
  • 氧化磷酸化影响电子传递
    • 在加入琥玻酸之后，氧化磷酸化无法进行，在加入ADP Pi之后才能正常合成ATP. 加入氧化磷酸化抑制剂寡霉素之后，ATP 停止合成同时氧消耗速率也同步下降，说明氧化磷酸化对电子传递有重要影响
  • P/O 每消耗一个氧原子，生成ATP分子数量
    • NADH P/O 2.5
    • FADH2 P/O 1.5
  • ATP 合酶
    • F0
      • 组成跨膜质子通道，当质子从内膜外侧回流到线粒体基质时，驱使F1的b亚基合成ATP
  • 解偶联剂
    • 2，4－二硝基苯酚 DNP
      • DNP将线粒体氧化磷酸和电子传递两个儿过程解偶联。可在生物膜中自由扩散，将电子传递过程中泵出的质子带回线粒体内，从而消除跨膜线粒体的质子梯度，切断氧化磷酸化合成ATP 的驱动力，但是电子传递照常进行，电子传递释放的能量以热量形式散失
      • 线粒体内膜上有解偶联蛋白，产热素。是通道蛋白，允许质子刘辉线粒体内部。通常情况下被GDP 分子塞住，在受到冷刺激时，GDP脱离，通道打开，质子内流，自由能以热形式释放。
    • 生物学意义
      • 冬眠的动物和适应寒冷的哺乳动物通过解偶联作用产生热量维持体温
  • 调节
    • 呼吸调控，受体调控
      • 反应体系中加入ADP ，线粒体氧消耗会骤然增加
      • ADP影响NADH FADH2的代谢途径，ADP 含量高能促进生成NADH FADH2
      • 细胞呼吸强度阅读答案，ATP消耗越多，ADP 水平越高，线粒体电子传递和氧化磷酸化速度越快
    • 抑制剂 寡霉素
  • 氧化磷酸化抑制剂
  • 离子载体抑制剂
• 化学渗透学说
  • 电子传递的结果是导致H离子从线粒体内膜基质泵到内膜外的膜间隙中，形成一个跨膜的电化学梯度，包括H梯度和电势梯度，这电化学势是H离子返回膜内的一种动力，称为质子动力，质子动力驱动ATP合成。
  • 假说实验证据支持
    • 氧化磷酸化作用只有在完整的线粒体中才能进行
    • 线粒体内膜对H OH K Cl离子不具有通透性
    • 电子传递链能将H 离子排到线粒体内膜外，产生跨线粒体内膜的质子梯度，而ATP 的形成又伴随着H向内膜的转移运动。
    • 破坏跨膜H梯度必然抑制氧化磷酸化的进行
  • ATP合成在线粒体内膜内，需要通过腺苷酸载体进行转移
• 线粒体穿梭系统
  • 磷酸甘油穿梭
    • NADH 在细胞质3－磷酸甘油脱氢酶催化下，将H 和 电子传递给磷酸二羟丙酮，生成3－磷酸甘油
    • 3－磷酸甘油在线粒体内膜上的3－磷酸甘油脱氢酶复合体将H和电子传递给FAD，生成FADH2和磷酸二羟丙酮
    • NADH>FADH2
  • 苹果酸－天冬氨酸穿梭
    • NADH+草酰乙酸>苹果酸，苹果酸通过线粒体上的二羧酸转运酶进入线粒体
    • 苹果酸>草酰乙酸+NADH
      • NADH 进入电子传递链
    • 草酰乙酸+谷氨酸>天冬氨酸+a－酮戊二酸> 通过转运酶进入回到细胞质中，重新合成草酰乙酸
    • NADH>NADH