生物氧化学习笔记

生物氧化学习笔记，介绍了生物氧化、线粒体氧化体系与呼吸链、氧化磷酸化的影响因素、氧化磷酸化与ATP的生成。

生物氧化

• 氧化磷酸化的影响因素
  • 体内能量状态可调节氧化磷酸化速率
    • 正常情况下，氧化磷酸化速率主要受体内ADP水平的调节
    • ADP水平增高或ATP消耗过多，可致氧化磷酸化速率加快；反之，当ADP水平下降或ATP消耗减少时，则氧化磷酸化速率减慢
  • 抑制剂阻断氧化磷酸化过程
    • 呼吸链抑制剂阻断电子传递过程
      • 能够抑制呼吸链递氢或递电子过程的药物或毒物称为呼吸链抑制剂
    • 解偶联剂阻断ADP磷酸化过程
      • 不抑制呼吸链的递氢或递电子过程，但能使氧化产生的能量不能用于ADP磷酸化的药物或毒物称为解偶联剂
      • 主要的解偶联剂有2,4-二硝基苯酚、解偶联蛋白
    • ATP合酶抑制剂同时抑制电子传递和ATP的生成
      • 对呼吸链的电子传递和ADP磷酸化均产生抑制作用的药物和毒物称为ATP合酶抑制剂，如寡霉素
  • 甲状腺激素可促进氧化磷酸化和产热
    • 甲状腺激素可以激活细胞膜上的Na+,K+-ATP酶，使ATP水解增加，导致ADP水平升高，氧化磷酸化速率加快
    • 甲状腺激素也可促使线粒体内膜解偶联蛋白表达增强，从而加速H+的回流，减少ATP合成
  • 线粒体DNA突变可影响氧化磷酸化功能
    • 线粒体DNA的突变可直接影响电子传递过程及ADP的磷酸化，使ATP生成减少，导致代谢紊乱及疾病
  • 线粒体内膜选择性协调转运氧化磷酸化相关代谢物
    • 转运机制
      • α-磷酸甘油穿梭系统
        • 主要存在于脑和骨骼肌中
        • NADH通过此穿梭系统带一对氢原子进入线粒体，由于经FADH2氧化呼吸链进行氧化磷酸化，故只能产生1.5分子ATP
      • 苹果酸穿梭系统
        • 主要存在于肝、肾和心肌中
        • 胞质中NADH+H+的一对氢原子经此穿梭系统带入一对氢原子，由于经NADH氧化呼吸链进行氧化磷酸化，故可生成2.5分子ATP
    • ATP-ADP转位酶协调转运ATP和ADP出入线粒体
      • 每分子ATP4-和ADP3-反向转运时，向内膜外净转移1个负电荷
      • 每分子ATP在线粒体基质中生成并转运到胞质，需要4个H+ 回流
• 氧化磷酸化与ATP的生成
  • 生物体内ATP的生成方式
    • 底物水平磷酸化
      • 定义
        • 直接将高能代谢物中的能量转移至ADP（底物），生成ATP的过程称为底物水平磷酸化
      • 三个反应
    • 氧化磷酸化
      • 定义
        • 在线粒体中，底物分子脱下的氢原子通过呼吸链逐步失去电子被氧化成水，在此过程中伴随能量的逐步释放，使ADP磷酸化生成ATP，这种能量的生成方式就称为氧化磷酸化
      • P/O比值
        • 定义
          • 氧化磷酸化过程中，每消耗一摩尔氧原子所消耗的无机磷原子的摩尔数，即所能合成ATP的摩尔数
        • 在NADH氧化呼吸链中有三处可以生成ATP（2.5分子ATP）
        • 在FADH2氧化呼吸链中，只有两处可以生成ATP（1.5分子ATP）
  • 氧化磷酸化偶联机制是产生跨线粒体内膜的质子梯度
    • 化学渗透假说
      • 目前公认的氧化磷酸化的偶联机制是1961年由Peter Mitchell提出的化学渗透学说
  • 质子顺浓度回流释放能量用于合成ATP
    • 当质子从膜间腔返回基质中时，这种“势能”可被位于线粒体内膜上的ATP合酶利用以合成ATP
    • ATP合酶的分子结构
      • 嵌于线粒体内膜上，其头部呈颗粒状，突出于线粒体内膜的基质侧
      • 由亲水部分 F1和疏水部分 F0组成
    • 功能
      • F1
        • 催化ATP合成
      • F2
        • 组成离子通道，用于质子的回流
  • ATP在能量代谢中起核心作用
    • 高能磷酸键
      • 生物化学中常将水解时释放的能量>25kJ/mol的磷酸键称为高能磷酸键
      • 主要类型
        • 磷酸酐键：包括各种多磷酸核苷类化合物，如ADP，ATP，GDP等
        • 混合酐键：由磷酸与羧酸脱水后形成的酐键，主要有1,3-二磷酸甘油酸等化合物
        • 烯醇磷酸键：见于磷酸烯醇式丙酮酸中
        • 磷酸胍键：见于磷酸肌酸中
      • 高能化合物
    • ATP是体内能量捕获和释放利用的重要分子
      • ATP是生物界普遍使用的供能物质，有“通用货币”之称。ATP分子中含有两个高能磷酸酐键（A-P~P~P），均可以水解供能
      • ATP水解为ADP并供出能量之后，又可通过氧化磷酸化重新合成，从而形成ATP循环
    • ATP是体内能量转移和磷酸核苷化合物相互转变的核心
      • 在生物体内，除了可直接使用ATP供能外，还使用其他形式的高能磷酸键供能，如UTP用于糖原的合成，CTP用于磷脂的合成，GTP用于蛋白质的合成等
      • 生物体内能量的生成、转移和利用都以ATP为中心
    • 磷酸肌酸是高能键能量的储存形式
      • 磷酸肌酸（C～P）是骨骼肌、心肌和脑组织中能量的贮存形式
      • 磷酸肌酸中的高能磷酸键不能被直接利用，必须先将其高能磷酸键转移给ATP，才能供生理活动之需
      • 反应过程由肌酸激酶（CK）催化完成。该酶定位线粒体内膜和胞质中
  • 机体中两种重要的高能化合物
    • ATP
      • 机体中能量的直接供给者
    • 磷酸肌酸
      • 机体中能量的储存形式
• 线粒体氧化体系与呼吸链
  • 定义
    • 在线粒体中，由若干递氢体或递电子体按一定顺序排列组成的链式反应体系，氧分子最终接受电子和H+生成水，称为电子传递链。由于与需氧细胞的呼吸过程有关，又称为呼吸链
  • 部位
    • 构成氧化呼吸链的递氢体或递电子体通常以复合体的形式存在于线粒体内膜上
  • 复合体
    • 复合体Ⅰ（NADH-泛醌还原酶）
      • 电子传递
      • 功能
        • 复合体Ⅰ有质子泵功能，每传递2个电子可将4个H+从内膜基质侧泵到胞质侧
    • 复合体Ⅱ（琥珀酸-泛醌还原酶）
      • 电子传递
      • 功能
        • 复合体Ⅱ是三羧酸循环中的琥珀酸脱氢酶
        • 复合体Ⅱ没有H+泵的功能
    • 复合体Ⅲ（泛醌-细胞色素c还原酶）
      • 电子传递
      • 功能
        • 复合体Ⅲ也有质子泵作用，复合体Ⅲ每传递2个电子向内膜胞质侧释放4个H+
    • 复合体Ⅳ（细胞色素c氧化酶）
      • 电子传递
      • 功能
        • 复合体Ⅳ也有质子泵作用，复合体Ⅳ每2个电子传递过程使2个H+跨内膜向胞质侧转移
  • 细胞色素类
    • 细胞色素——单电子传递体
    • 部位
      • 线粒体
        • 存在于线粒体内膜的细胞色素有cyt(b→c1→c→aa3)
      • 微粒体
        • 存在于微粒体的细胞色素有CytP450和Cytb5
  • 呼吸链成分的组成
    • 复合体组成形式: 复合体Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
    • 递氢、递电子体形式
  • 氧化呼吸链的组成
    • NADH氧化呼吸链
    • FADH2氧化呼吸链
• 生物氧化
  • 定义
    • 物质在生物体内氧化分解的过程称为生物氧化
  • 反应
  • 与体外燃烧区别
    • 在37℃，近于中性的含水环境中，由酶催化进行
    • 反应逐步释放出能量，相当一部分能量以高能磷酸酯键的形式储存起来