生物氧化

下图总结了生物氧化的知识点，包括生物氧化的概念及特点、呼吸链概念和组成、主要的呼吸链、呼吸链产生ATP的方式等。

七、生物氧化

• 1.生物氧化的概念及特点
  • 主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成CO2和H2O的过程。
  • 生物氧化发生的部位：
    • 真核生物的线粒体
    • 原核生物的细胞质
  • 生物氧化的一般过程(三个阶段 书本p128图7-1)
• 2.呼吸链概念和组成
  • 概念
    • 是线粒体内膜上由多种递氢体和递电子体有序排列组成的传递氢或电子的链式氧化还原系统，最后将电子传递给O2产生H2O，称为氧化呼吸链，递氢也是递电子，故也称电子传递链。
  • 组成
    • 主要由四种具有传递电子功能的酶复合体组成
      • 复合物Ⅰ：NADH-泛醌还原酶或NADH脱氢酶。复合体Ⅰ有质子泵功能，每传递2个电子可将4H+从内膜基质侧泵到胞浆侧。
        • 功能：将NADH+H+中的电子传递给泛醌
        • NAD+和NADP+
          • 功能：将NADH+H+中的电子传递给泛醌
        • FMN、FAD
          • 氧化型→还原型
        • 铁硫蛋白
          • 铁硫蛋白是以铁硫簇（Fe-S）为辅基的递电子体
        • 泛醌（辅酶Q, CoQ）
          • 是分布于线粒体内膜的脂溶性醌类化合物。在内膜中作为可移动的电子载体，在各复合体间穿梭传递电子。
      • 复合物Ⅱ：无质子泵的功能。
        • 功能：将电子从琥珀酸传递到泛醌
        • 细胞色素
          • 以血红素（铁卟啉）为辅基电子传递蛋白。功能：电子传递体
      • 复合物Ⅲ：有质子泵功能
        • 泛醌-细胞色素C还原酶
        • 功能：把泛醌从复合体Ⅰ、Ⅱ募集的电子传递到细胞色素c
      • 复合物Ⅳ：有质子泵功能
        • 细胞色素C氧化酶
        • 功能：将电子从细胞色素C传递给氧
• 3.主要的呼吸链
  • NADH氧化呼吸链
    • NADH →复合体Ⅰ→CoQ →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2
  • 琥珀酸氧化呼吸链
    • 琥珀酸 →复合体Ⅱ →CoQ→复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2
• 4.呼吸链产生ATP的方式—氧化磷酸化
  • 底物水平磷酸化
    • 由于脱水或脱氢，形成含有高能键的化合物，其能量直接转移给ADP(GDP)生成ATP(GTP)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。是机体产生ATP的主要方式。在线粒体内进行。
• 5.氧化磷酸化机制与ATP合酶
  • 氧化磷酸化机制
    • 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，当质子顺浓度梯度回流时驱动ADP与Pi生成ATP。
    • 电子传递过程复合体Ⅰ 、Ⅲ和Ⅳ 有质子泵功能。
    • 影响因素
      • 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。如：解偶联蛋白
      • 氧化磷酸化抑制剂
        • 对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素
  • ATP合酶与ATP的生成机制
    • ATP合酶的结构
      • F0：疏水性，由a1b2c9～12亚基等组成
      • F1：亲水部分 ，由α3β3γδε亚基等组成，其中β亚基催化ATP生成
    • ATP的生成机制
      • 当H+经质子通道回流时，γ亚基发生旋转，3个β亚基的构象发生改变。
    • ATP生成量
      • P/O 比值：指氧化磷酸化过程中，每消耗1摩尔原子氧所消耗的无机磷的摩尔数，即生成ATP的摩尔数。
    • ATP的生理功能
      • 体内能量的载体
      • ATP是机体能量的直接供体
      • ATP处于能量代谢核心地位
    • 高能键
      • 高能键：水解时释放的自由能大于25kJ/mol的化学键，常用符号“~”表示。常见的高能键主要是高能磷酸键。
      • 高能磷酸化合物：含有高能磷酸键的化合物
      • 自由基：又称游离基，由于共价键均裂而生成的带有未成对的电子碎片
      • SOD：超氧化物歧化酶，能催化自由基清除。
• 6.细胞质NADH的转运与氧化
  • 发生在细胞质中的脱氢反应，所产生的NADH需经一定转运机制（穿梭）进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。
  • 转运途径
    • 3磷酸甘油穿梭
      • α-磷酸甘油穿梭主要存在于脑和骨骼肌中
    • 苹果酸-天冬氨酸穿梭
      • 苹果酸-天冬氨酸穿梭机制主要存在于肝和心肌中