生物化学-生物氧化

参考书为杨荣武的《生物化学原理》，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。

生物氧化

• 呼吸链
  • 呼吸链上的组分
    • 辅酶I（NAD+）及NADH脱氢酶
      • 辅酶I
        • 主要电子供体，电子来自于与其偶联的脱氢酶的底物（NAD+→NADH/H+）。NADH在呼吸链入口留下氢和电子后再次去脱氢酶结合，重复先前的进程
          • 递氢体，递电子体，双电子传递
      • NADH脱氢酶
        • 呼吸链上，从NADH处获得电子再传递电子
    • 黄素及与黄素偶联的脱氢酶
      • FAD与FMN作为辅基，递氢体和递电子体，单、双递电子
    • 辅酶Q
      • 脂溶性醌类化合物，能在线粒体内膜中自由扩散
        • 递氢体，递电子体，单、双电子传递
    • 铁硫蛋白
      • 含有非血红素铁，还可能含有对酸不稳定的无机S。借助铁的价态变化来传递电子
        • 递电子体
    • 细胞色素
      • 含有血红素辅基（血红素铁），借助铁的价态变化来传递电子
        • 递电子体
          • 分类
            • 细胞色素a和a3
              • 血红素辅基为血红素a
            • 细胞色素b562和b566
              • 血红素辅基为血红素b
            • 细胞色素c和c1
              • 血红素辅基为血红素c
                • 只有细胞色素c是可溶的（膜外在蛋白）
            • 细胞色素b，c，c1，P450均含辅基铁卟啉
    • 氧气
      • 有氧生物呼吸链的末端电子受体
        • 1分子氧气可接受4个电子
  • 递电子体和递氢体（一定是递电子体）汇总
    • 递氢体和递电子体
      • NAD+/NADP+、FMN、FAD、CoQ
    • 递电子体
      • 铁硫蛋白、Cyt
  • 呼吸链组分的排列顺序测定方法
    • 氧化还原电位
      • 各组分的排列顺序由低到高
    • 有氧环境下氧化反应达到平衡时各电子传递体的还原程度
      • 各组分还原程度递减
    • 特异性呼吸链抑制剂和人工电子受体
    • 呼吸链的拆分和重组
  • 四种复合体
    • 复合体I
      • 电子进入NADH呼吸链的门户；NADH为底物，FMN和铁硫蛋白为辅基
      • 主要成分为NADH脱氢酶
      • 电子流动方向
        • NADH→FMN→铁硫蛋白→CoQ
      • 一对电子流过，4个质子泵出线粒体基质进入膜间隙
    • 复合体II
      • 电子从琥珀酸进入FADH2呼吸链的入口；FAD和铁硫蛋白为辅基
      • 主要成分为琥珀酸脱氢酶
      • 电子流动方向
        • 琥珀酸→FAD→铁硫蛋白→Cytb→CoQ
      • 无质子离开线粒体基质
    • 复合体III
      • 主要成分为Cytb、Cytc1、铁硫蛋白
      • 电子流动方向
        • CoQH2→Cytb→铁硫蛋白→Cytc1→Cytc
      • 一对电子流过，4个质子泵出线粒体基质进入膜间隙
    • 复合体IV
      • 主要成分为CuA、CuB、Cyta、Cyta3
      • 电子流动方向
        • Cytc→CuA→Cyta→Cyta3-CuB→氧气
      • 一对电子流过，2个质子泵出线粒体基质进入膜间隙
    • 偶尔会释放出氧气的部分还原产物如超氧阴离子、过氧化基团，由超氧化物歧化酶SOD和过氧化氢酶构成的“双保险”清除超氧阴离子和过氧化氢
  • 呼吸体
    • 具有完整呼吸活性的呼吸链超复合体
• 氧化磷酸化
  • 概念
    • NADH和FADH2的氧化过程与ADP的磷酸化过程相偶联，释放的自由能驱动ADP磷酸化生成ATP
  • 偶联的含义
    • 电子在呼吸链上传递时必然发生氧化磷酸化，只有发生氧化磷酸化电子才可能在呼吸链上传递
  • 偶联部位
    • 在复合体I、III、IV内
      • P/O值
        • 氧化磷酸化过程中，每消耗1/2mol氧气所需磷酸的摩尔数，即所能合成ATP的摩尔数
          • P/O值越高，氧化磷酸化的效率就越高
        • NADH：2.5 FADH2：1.5
      • 线粒体内ADP浓度↑，F1F0-ATP合酶活性↑，质子梯度↓，电子传递速率↑，耗氧率↑，细胞呼吸↑；线粒体内ADP浓度↓，F1F0-ATP合酶活性↓，质子梯度↑，电子传递速率↓，耗氧率↓，细胞呼吸↓
  • 偶联机制
    • 化学渗透假说（产生跨线粒体内膜的质子梯度）
      • 1.利用电子传递时释放的自由能，将氢离子通过质子泵从线粒体基质转运到膜间隙
      • 2.形成跨线粒体内膜的质子电化学梯度，储存电子传递释放的能量
      • 3.质子驱动力促使质子从膜间隙顺浓度梯度经F1F0-ATP合酶回流至线粒体基质，释放势能，合成ATP
  • F1F0-ATP合酶
    • F1与ATP的合成和释放有关，F0与ATP的合成有关；F0是跨内膜质子通道，质子回流
    • 活性中心合成ATP不需要质子驱动力，离开活性中心需要能量
    • β亚基的3种构象
      • 开放型O
        • 释放ATP
      • 疏松型L
        • 结合ADP和Pi
      • 紧密型T
        • 结合ATP
  • 影响因素
    • 呼吸链抑制剂
      • 复合体I
        • 鱼藤酮
      • 复合体II
        • 萎锈灵
      • 复合体III
        • 抗霉素A
      • 复合体IV
        • 氰化物、CO、H2S、叠氮化物
    • F1F0-ATP合酶抑制剂
      • F0
        • 寡霉素
      • 阻碍质子通过F0通道
        • DCCD
      • F1
        • 金轮霉素
    • 解偶联剂
      • 缬氨霉素、DNP(2，4-二硝基苯酚)
    • ATP/ADP交换体抑制剂
      • 苍术苷
  • 线粒体内膜的跨膜运输
    • NADH的跨膜转运
      • a-磷酸甘油穿梭
        • 1分子的NADH经此穿梭能产生1.5分子ATP
        • 部位：脑和骨骼肌
      • 苹果酸-天冬氨酸穿梭
        • 进入基质的NADH=H+则通过NADH呼吸链进行氧化，生成2.5分子ATP
        • 部位：肝、肾、心脏
    • ATP-ADP的跨膜转运
      • 腺苷酸转运蛋白，也称ATP-ADP转位酶
• 生物氧化的特点
  • 1.本质都是脱氢、失电子或加氧。被氧化的物质相同，终产物和释放的能量也相同。
  • 2.需氧生物电子的最终受体是氧气，糖类、脂质和蛋白质的终产物是水和二氧化碳
    • 二氧化碳来自有机酸的脱羧
  • 条件比较温和，需要酶的催化，分多步逐步进行并放能