生物氧化思维导图

生物化学第六章生物氧化，讲述了生物氧化概述、呼吸链、高能化合物、胞浆中NADH的氧化、其他氧化酶系等，收藏下图学习吧！

生物氧化

• 概述
  • ATP生成形成：
    • 光合磷酸化
    • 非氧化磷酸化
    • 氧化磷酸化（呼吸链氧化磷酸化、底物氧化磷酸化）
  • 定义
    • 有机物质（糖类、脂肪、蛋白质等）在生物体内的氧化作用
  • 特点
    • 酶促氧化过程，反应条件温和（体温）
    • 氧化与还原相偶联
    • 质子和电子由载体传递到氧生成H₂O
    • 分步进行，有利于提高能量利用率
    • 氧化磷酸化（电子传递与磷酸化相偶联）
  • 能量产生的三个阶段
    • 第一阶段：大分子降解成基本结构单元
    • 第二阶段：小分子化合物分解成共同的中间产物（如丙酮酸、乙酰CoA）
    • 第三阶段：共同的产物进入三羧酸循环，氧化脱下的氢由呼吸链传递生成H₂O，并释放出大量能量，其中一部分通过磷酸化储存在ATP中
  • 生物氧化中脱羧生成CO₂
    • α-单纯脱羧
    • α-氧化脱羧
    • β-单纯脱羧
    • β-氧化脱羧
    • 氧化脱羧基作用：同时发生氧化、脱羧作用
  • 生物氧化的类型
    • 线粒体内氧化：有ATP生成
    • 非线粒体氧化：无ATP生成
• 呼吸链
  • 定义：代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成H₂O，这一系列酶和辅酶构成的链状体系称为呼吸链，又称电子传递链
  • 组成：递氢体、电子传递体
  • 呼吸链的组成
    • 烟酰胺脱氢酶（NAD⁺，、NADP⁺)
      • 维生素pp。传H和e
    • 黄素蛋白（FAD、FMN）
      • 维生素B2。单双电子传递体
    • 泛醌（CoQ或Q）
      • 人体Q₁₀(含10个异戊二烯单位）传质子和电子→脂溶性
    • 铁硫蛋白（Fe-s)
      • 有铁硫中心通过Fe²⁺传e，单e传递体
    • 细胞色素（Cyt）
      • 通过辅基血红素中的Fe离子发挥单电子传递体作用
      • 含血红素辅基，分为Cyta、Cytb、Cytc，辅基为a,b,c
      • 根据最大吸收峰确定亚类
  • 线粒体呼吸链
    • 小结
      • 呼吸链由4种具有传递电子能力的蛋白质复合体组成
      • 4个蛋白质复合体位于线粒体内膜
      • 传递电子能力的辅基如FMN、Fe-S、金属离子等
      • 蛋白质复合体、泛醌以及细胞色素c协同传递电子到氧的过程
      • 电子传递过程伴随H⁺转移至线粒体内膜胞质侧，形成跨膜H⁺浓度释放能量用于生成ATP
• 高能化合物
  • 定义：含有高能化合键（水解时产生能量>21KJ/mol的化学键）的化合物
  • 种类
    • ATP、ADP等含有高能磷酸键的物质
    • GTP、NDP......
    • 乙酰CoA （酰基-S键）
    • 1,3-双磷酸甘油酸；磷酸烯醇式丙酮酸；琥珀酸CoA
  • ATP的生成
    • 底物水平磷酸化
      • 底物分子内部能量重新分布，生成高能键，ADP磷酸化生成ATP的过程
    • 氧化磷酸化
      • 指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，生成ATP，又称为偶联磷酸化
      • 偶联部位
        • 根据P/O的比值确定
        • 根据自由能变化确定
        • 氧化磷酸化偶联部位在复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ
      • 影响氧化磷酸化的因素
        • 抑制剂
          • 呼吸链抑制剂（阻断呼吸链中某些部位电子传递）
          • 解偶联剂（使氧化与磷酸化偶联过程脱离）
            • 二硝基苯酚
              • 解除氧化与磷酸化偶联作用→耗O₂↑→耗Pi↓→P/O值↓→ATP生成↓
            • 解偶联蛋白（棕色脂肪内的线粒体内膜上）
            • 解偶联机制：破坏电化学梯度，使氧化与磷酸化偶联过程脱离。呼吸链的氧化作用正常进行，但ADP不能磷酸化生成ATP
          • 氧化磷酸化抑制剂（对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用）
        • 促进
          • 甲状腺激素促进氧化磷酸化和产热
            • Na⁺，K⁺-ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加
          • 线粒体DNA突变影响氧化磷酸化功能
            • 突变→氧化磷酸化→ATP生成↓→mtDNA病（遗传性，以母亲遗传较多）
          • 线粒体内膜选择性转运代谢物
    • 化学渗透假说
      • 电子经呼吸链传递时，可将质子（H⁺）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动ADP与Pi生成ATP
      • 氧化磷酸化偶联机制是产生跨线粒体膜的质子梯度
    • ATP合酶
      • 跨内膜质子形成的电化学梯度势能是ATP合酶转动的驱动力（合成1分子ATP需要4个H⁺，其中3个H⁺通过ATP合酶穿线粒体内膜回流入基质，另1个H⁺用于转运ADP、Pi和ATP
    • ATP作用
      • ATP是能量捕获和释放利用的重要分子
        • 直接参与各种代谢物活化反应、合成生物大分子的反应
        • 通过ATP分解代谢与合成代谢紧密相连
        • ATP通过水解反应为耗能的跨膜转运、骨骼肌收缩、蛋白质构象改变提供能量
      • ATP是能量转移和核苷酸相互转变的核心
      • ATP通过转移自身集团提供能量
      • 磷酸肌酸也是储存能量的高能化合物
• 胞浆中NADH的氧化
  • 胞浆中NADH必须经一定转运机制进入线粒体，在经呼吸链进行氧化磷酸化
  • 转运机制
    • α-磷酸甘油穿梭
      • 脑和骨骼肌（1分子NADH穿梭产生1.5分子ATP）
    • 苹果酸-天冬氨酸穿梭
      • 肝、肾及心肌（2.5分子ATP）
• 其他氧化酶系
  • 微粒中的酶类
    • 加单氧酶（催化的反应）
      • RH+NADPH+H⁺+O₂→ROH+NADP⁺+H₂O
      • 又称混合功能氧化酶或羟化酶，需要细胞色素P₄₅₀（CytP₄₅₀)参与
    • 加双氧酶
  • 过氧化物酶体中的酶类
    • 过氧化氢酶（又称触酶，其辅基含4个血红素）
    • 过氧化物酶（以血红素为辅基，催化H₂O₂直接氧化酚类或胺类化合物
  • 超氧化歧化酶
    • 反应氧族{超氧离子（O₂⁻)、H₂O₂、羟自由基（-OH）的统称}
    • SOD：超氧化物歧化酶
    • 谷胱甘肽氧化物酶（GPx）
  • 参与生物氧化的酶类
• 参与物质的生物氧化