生物氧化

考研414统考之生物化学，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

• 基本概念
  • 生物体所需的能量大都来自于糖，脂肪，蛋白质等有机物的氧化，有机分子在细胞内氧化分解成二氧化碳和水，并释放出能量的过程，称为生物氧化
  • 食物大分子氧化获能（3阶段）
    • 食物大分子分解为有机小分子（淀粉水解为葡萄糖，蛋白质水解为氨基酸，脂肪水解为脂肪酸和甘油）
      • 无ATP
    • 小分子降解为代谢关键物质
      • 少量ATP
    • 由柠檬酸循环和氧化磷酸化，组成是燃料分子氧化作用的最后共同途径，乙酰CoA将乙酰基带入柠檬酸循环中，氧化，分解出二氧化碳，生成高还原力物质NADH和FADH2，当电子从这些高还原力物质逐级经线粒体载体传递给氧气时发生氧化磷酸化
      • 大量ATP（主要产能阶段）
  • 生物氧化与燃烧区别（3点）
    • 生物氧化是在正常体温，生理pH，有水的温和条件下进行的，不需要剧烈条件
    • 生物氧化是代谢物在一系列酶的作用下，逐步氧化，分次释放能量，而不是爆发式进行
    • 生物氧化释放的能量主要用于合成ATP，而非光和热
  • ATP
    • 含有2个高能键，涉及的细胞做功过程有：细胞运动、大分子合成、主动运输、生物荧光等
    • ATP在生物体内作用（5点）
      • 是生物体内特殊的自由能载体，充当能量货币
      • 是生物体内的能量交换中心（ATP-ADP-ATP）
      • 是细胞内磷酸基团转移的中间载体
      • 参与代谢调节
      • 是合成RNA等物质的原料
• 电子传递链
  • 在真核细胞中，这种电子传递发生在线粒体内膜上。代谢物脱下的氢经过一系列按一定顺序排列的氢传递体和电子传递体的传递，最后传递给分子氧并生成水，这种氢和电子的传递体系称为电子传递链或呼吸链。原核生物没有线粒体，电子传递发生在质膜上。
  • 电子传递链的组成
    • 包括镶嵌在线粒体内膜上的4个酶复合体，1个CoQ和1个细胞色素C（Cytc）
      • 复合体Ⅰ
        • 又称NADH-CoQ还原酶，整个分子呈L型
        • 起电子传递作用的组分是FMN（黄素辅基）和铁硫中心
        • FMN在传递电子的同时还传递氢原子，既是电子载体，又是递氢体
        • 重要作用（2个）
          • 将电子从NADH（CoⅠ）传递给CoQ。复合体Ⅰ朝向线粒体基质的一侧与NADH瞬间结合，接受2个电子，经过FMN和铁硫中心传递给CoQ
          • 作为质子泵将4个H+从线粒体内膜泵到膜间隙
      • 复合体Ⅱ
        • 即琥珀酸-CoQ还原酶，能将电子从琥珀酸传递给CoQ
        • 起电子传递作用的组分是FAD、铁硫中心和细胞色素b（b560）
      • 复合体Ⅰ和复合体Ⅱ在电子传递过程中不存在前后关系，它们分别从NADH和琥珀酸接受电子，传递给CoQ，换句话说，进入线粒体呼吸链的电子有两个来源，一个是NADH，一个是FADH2
      • CoQ（泛醌）
        • 属于醌，简称A，广泛存在于生物系统，因而称为泛醌
        • CoQ在呼吸链中既是双电子传递体，又是递氢体
        • 传递链中唯一非蛋白组分
      • 复合体Ⅲ
        • 即CoQ-Cytc还原酶，能将电子从CoQH2传递给Cytc
        • 作为质子泵，每传递一对电子，向线粒体膜间泵出4个质子
      • Cytc
        • 唯一能溶于水的细胞色素，也是唯一处于线粒体膜间隙的细胞色素
      • 复合体Ⅳ
        • 线粒体电子传递链的最后一个酶复合体，称为末端氧化酶
        • 作为质子泵，每传递一对电子，向线粒体内膜间隙泵出2个质子
  • 一对电子从NADH传递到分子氧将10个质子从线粒体内膜内侧泵至内膜外侧，从FADH2传递到分子氧则只泵出6个质子
  • 电子传递的抑制剂
    • 专一性电子传递抑制剂（3类）
      • 抑制复合体Ⅰ的酶活性
        • 安密妥、鱼藤酮
      • 抑制复合体Ⅲ的酶活性
        • 抗霉素A
      • 抑制复合体Ⅳ的酶活性
        • 氰化物、硫化氢、叠氮化物、CO
• 氧化磷酸化
  • 氧化磷酸化的机制
    • 化学渗透学说
      • 电子传递的结果是导致H+从线粒体内膜基质泵到内膜外的膜间隙中，形成了一个跨内膜的电化学梯度，包括氢离子梯度和电势梯度。这种电化学势梯度是氢离子返回膜内的一种动力，称为质子动力。质子动力驱动了ATP的合成
      • 实验证据（4点）
        • 氧化磷酸化只有在完整的线粒体中才能进行
        • 线粒体内膜对H+、OH-、K+、Cl-等离子具有不同透性
        • 电子传递链能将H+排到线粒体内膜外，而ATP的形成又伴随着H+向膜内的转移运动
        • 破坏跨膜H+梯度必然抑制氧化磷酸化的进行
  • 氧化磷酸化的解偶联和抑制
    • 线粒体电子传递过程是释放自由能的过程，氧化磷酸化过程是将自由能储藏在ATP中的过程，这两个过程相偶联
    • 电子传递是氧化磷酸化的前提。没有电子传递就没有氧化磷酸化的发生，可通过电子传递抑制剂CN-在抑制线粒体电子传递后ATP不能合成的实验现象来证实
    • 氧化磷酸化的进行有利于电子传递。线粒体电子传递链快速传递电子，不仅需要高还原力物质（如NADH或FADH2），或代谢底物（如可产生FADH2的琥珀酸，或可产生NADH的苹果酸），还需氧化磷酸化的正常进行，这从寡糖素特异抑制氧化磷酸化后导致电子传递明显减弱的实验现象来证实
    • 解偶联剂
      • 2，4-二硝基苯酚（DNP）
  • 线粒体外NADH的再氧化
    • 线粒体穿梭系统
      • 磷酸甘油穿梭系统
      • 苹果酸-天冬氨酸穿梭系统