生物氧化

这是一个关于生物氧化的思维导图，生物氧化是一个在生物体内进行的重要生物化学过程，主要涉及从代谢物中脱下的氢及电子，通过一系列酶促反应与氧化合成水，并释放能量的过程。这一过程也被称为细胞呼吸或组织呼吸，主要为机体提供可利用的能量。以下是对生物氧化的详细概述，希望对大家有用！

生物氧化

• 生物氧化概述
  • 概念
    • 有机物分子在生物体活细胞氧化分解最终生成CO2和H2O并释放和储存能量的过程
  • 特点
    • 1.在温和条件下进行
    • 2.在一系列酶、辅酶及中间传递体的作用下逐步进行
    • 3.产生的能量是逐步释放的
    • 4.能量以热能散失一部分大部分以ATP储存
  • ATP的生成方式
    • 生物体内，ATP是在酶的催化下由ADP磷酸化生成
      • 光合磷酸化
      • 底物水平磷酸化
        • 在酶的催化下高能磷酸化合物高能键水解，将高能磷酸基团转移给ADP，使其磷酸化生成ATP的过程
      • 氧化磷酸化 （电子传递磷酸化）
        • 由代谢物脱氢经电子链传递给O2生成H2O的同时，释放能量用以使ADP磷酸化生成ATP的过程
          • NADH→呼吸链→O2
• 物质与能量的联系
  • 自由能
    • 恒温恒压用来对环境做功的能
      • ＜0 未平衡自发正向
      • ＞0未平衡供能正向
      • ＝0平衡
  • 高能化合物
    • 概念
      • 释放的水解自由能大于20.92kj/mol的化合物为高能化合物
      • 高能化合物中的水解基团为高能基团
      • 水解的键为高能键/高能键不稳定
    • 类型
      • 磷氧键—O~P
      • 氮磷键—N~P
      • 硫碳键—C~S
    • ATP
      • 结构特点：含有一个由三磷酸形成的磷酸链
      • 水解自由能为30.54kj/mol
      • 产生高水解自由能的原因
        • 结构稳定性的差异
          • 在其结构中两个键都是酸酐键，易水解自由能较大
        • 底物与产物的能量差较大
          • 负电荷集中，存在强烈的相互作用，水解后负电荷排斥力缓解，因而促进ATP向水解方向移动
          • 共振杂化，共振杂化数少，能量高，ATP处较高能位
        • 产物稳定不利于逆反应
          • ADP离子化作用，水解产物生成立刻离子化，有利于水解不利于逆反应
          • 水合程度，产物水合程度大，产物比ATP稳定
        • 反应进行的彻底
          • H+浓度低，反应彻底，使其向分解方向移动
      • 作为能量通货的原因
        • 易水解释放自由能，ATP是活泼的高能化合物酶的催化下易水解断开，也容易利用能量再次形成
        • 水解自由能居中
        • 在能量转换酶中作供体受体，适合大多数的酶（大多数催化放能反应需能过程的酶都是以ATP为产物或底物）
• 线粒体电子传递链
  • 概述
    • 概念
      • 代谢物的氢原子被脱氢酶激活脱落，经一系列传递体，最后传递给被激活的分子氧生成水，同时放出能量
    • 组分
      • 黄素蛋白类
        • NADH脱氢酶
          • 辅基FMN，跨膜蛋白，质子泵功能，催化膜内NADH脱氢,NADH+H+→FMNH2
        • 琥珀酸脱氢酶
          • 辅基FAD，膜内侧的嵌入蛋白，无质子泵功能，催化琥珀酸，FADH2
      • 铁硫蛋白类
        • 铁硫蛋白是存在线粒体内膜含铁硫络合物的蛋白质
        • 单递电子体
        • 无论几个Fe都只有一个Fe参与电子转移
        • 是与其他递电子体结合形成复合物存在
      • 辅酶Q
        • 唯一的非蛋白组分
        • 自由度较高，可接受一对质子，一对电子（可单可双）
      • 细胞色素类（5种）
        • 含辅基-血红素的蛋白质
        • 细胞色素c
          • 功能部位：血红素中心的铁离子
          • 功能：接受复合体Ⅲ的电子，传递给复合体Ⅳ
  • 电子传递链复合体
    • 各组分间并非相互游离，而是形成4个复合体和2个游离的传递体
    • 复合体Ⅰ
      • 接受NADH的电子，将电子传递给CoQ。质子泵，内膜内侧的4个H+泵到膜间隙，-69.5
    • 复合体Ⅱ
      • 催化内膜内侧琥珀酸脱氢，将电子通FAD和铁硫蛋白给CoQ，无质子泵功能，-2.9
    • 复合体Ⅲ（跨膜蛋白）
      • 接受CoQH2的电子经复合体Ⅲ传递给细胞色素c，质子泵，泵出4个H+，-36.7
    • 复合体Ⅳ
      • 催化电子由细胞色素c经细胞色素aa3传递给分子氧生成水，质子泵，每传递2个电子，泵2个H+，-112
  • 种类
    • NADH电子传递链
      • NADH→Ⅰ→Q→Ⅲ→C→Ⅳ→O2
        • 2个电子与质子→泵出4+4+2=10个H+
    • FADH2电子传递链
      • FADH2→Ⅱ→Q→Ⅲ→C→Ⅳ→O2
        • 2个电子与质子→泵出4+2=6个H+
  • 电子传递抑制剂
    • 概念：能够阻断电子传递链中某一特定部位电子传递的物质
    • 鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶
      • 抑制Ⅰ，不影响琥珀酸到Q，电子链照常工作
    • 抗霉素A
      • 抑制Ⅲ
    • 氰化物、叠氮化物、CO和H2S
      • 抑制Ⅳ
• 氧化磷酸化
  • 氧化磷酸化：是需氧生物获得ATP的主要方式。真核生物在线粒体内膜，原核生物在细胞质膜
  • 氧化磷酸化的抑制
    • 抑制作用：抑制ATP合酶使ATP合成停止的作用
    • 寡霉素：使c环停止转动，质子流停止，ATP合成停止
  • 偶联
    • 电子传递链是逐步释放自由能的过程，ADP磷酸化是吸能，两者偶联才能形成ATP。
    • 部位：Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ
    • 磷氧比
      • 作用：用来研究氧化磷酸偶联的定量关系
      • 概念：电子传递链电子传递时消耗的磷酸分子数与氧原子数的比例/一对电子通过电子传递链传至O2所产生的ATP分子数
      • 产生一个ATP需4个质子
        • 一对电子从NADH→O2 产生2.5分子ATP[（4+2+4）/4]
        • 一对电子FADH2→O2 产生1.5分子ATP[（2+4）/4]
  • 解偶联
    • 解偶联作用：由某些因素的影响，解除电子传递和ADP磷酸化之间的偶联作用
    • 解偶联剂：能使电子传递和ADP磷酸化两个过程分离的化合物
    • 机理：破坏质子电化学梯度，ATP合酶无能量利用而停止
    • 只阻止ATP的形成，不影响电子传递，电子传递的自由能以热的形式耗散
  • 化学渗透学说（如何推动ADP和Pi合成ATP
    • 线粒体内膜是完整的封闭系统
    • 电子传递过程中，释放能量将质子由内膜内侧泵到内膜外侧
    • 内膜两侧形成质子电化学梯度，蕴藏了进行磷酸化的能量
    • 质子经F1-F0复合体回到内膜内侧，推动ADP磷酸化形成ATP
  • ATP合成机理
    • ATP合酶（线粒体内膜基质）
      • 组成
        • 头部（F1）由α3β3γδε组成，β为ATP合成催化中心位置
        • 基部（Fo）疏水的内在蛋白质，镶嵌在线粒体内膜，电子链围绕其周围，有质子通道
      • 功能
        • 在完整线粒体上催化ADP和Pi合成ATP
        • 缓慢催化ATP水解
      • 催化机理
        • 旋转、催化、结合、变构（转子旋转一周，三次变构，产生3分子ATP）
  • 有关物质的运输
    • ATP、ADP、Pi的运输
    • 外源NADH的运输
      • 动物
        • 磷酸甘油穿梭
          • （骨骼肌、脑组织、神经组织）胞质α-磷酸甘油脱氢酶和线粒体α-磷酸甘油脱氢酶
          • 细胞质中的NADH只产生1.5分子ATP
        • 苹果酸穿梭
          • （肝脏、心肌组织细胞）两个苹果酸脱氢酶（细胞质与线粒体）和两个谷草转氨酶（C1C2两个载体）
          • 细胞质的NADH转化成线粒体基质NADH，生成2.5分子ATP
      • 植物