生物氧化思维导图

生物氧化（BiologicalOxidation）——物质在生物体内进行氧化称生物氧化，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。 此过程需耗氧、排出CO₂，又在活细胞内进行，故又称细胞呼吸 (cellular respiration)。

生物氧化

• 概述
  • 定义：化学物质在生物体内氧化分解的过程
  • 特点：需要酶、分阶段、逐步完成
  • 氧化体系：
    • 线粒体氧化体系：产生CO2、H2O，消耗氧，产生ATP
    • 微粒体氧化体系：对底物进行氧化修饰、转化等、不产生ATP
  • 场所：细胞胞质、线粒体、微粒体、内质网
• 线粒体氧化体系和呼吸链
  • 传递氢和电子的组分
    • 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+ CoⅠ）：氮原子接受两个电子，芳香环接受一个H，游离出一个H NAD+→NADH+H+ NAD+核糖第二位羟基被磷酸化以后形成 NADP+(CoⅡ) 可接受两个H+生成NADPH+H+
    • 核黄素单核苷酸（FMN）、黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）：VB2加核苷酸形成。 可接受两个H和两个电子，生成FMNH2和FADH2
    • 泛醌（Co Q）：脂溶性。可接受两个电子和两个H，形成QH2。可传递双、单电子
    • 铁硫蛋白cytochrome，cyt：拥有铁硫中心。铁硫中心有多种形式。单电子传递体 细胞色素：含有血红素样辅基的蛋白质。分为Cyt a,Cyt b, Cyt c,Cyt c1溶于水
  • 呼吸链
    • 复合体Ⅰ（NADH-Q还原酶、NADH脱氢酶）：L型跨膜蛋白 长臂突出线粒体基质，横臂嵌在内膜
      • 传递电子：
      • 质子泵：每传递一对电子给Q，将4个H离子从线粒体基质转移到膜间质
    • 复合体Ⅱ（琥珀酸-泛醌还原酶、琥珀酸脱氢酶）
      • 传递电子：
      • 不具有质子泵功能
    • 复合体Ⅲ（泛醌-细胞色素c还原酶）：
      • Q循环：
      • 质子泵：每传递两个电子，泵4个氢离子进入膜间隙
    • 复合体Ⅳ（细胞色素c氧化酶）
      • 电子传递：Cytc→Cu A→Cyt a→Cyt a3→Cu b→O2 传递4个电子，从线粒体基质获得4个氢离子，生成两个H2O 经Ⅰ和Ⅲ之间排水通道进入胞质
      • 质子泵：每转移两个电子，泵2个氢离子进入膜间隙
    • 两条呼吸链
    • 呼吸链组分的排列顺序
      • 标准氧化还原电位
      • 特异抑制剂阻断
      • 还原状态呼吸链慢慢给氧
      • 呼吸链体外拆开和重建
• 氧化磷酸化与ATP的生成
  • ATP的产生：1、底物水平磷酸化产生少量ATP 2、氧化磷酸化产生大量ATP，能量由NADH2和FADH2氧化提供
  • 氧化磷酸化偶联部位
    • P/O值：每消耗 1/2mol O2所生成的ATP物质的量 NADPH P/O值约为2.5 FADH2 P/O值约为1.5
    • 自由能变化：ΔG=-nFΔE（n：传递电子数 F:法拉第常数 96.5kj/mol ΔE 标准还原电位）
    • 合成1mol ATP需能约30.5kj
    • 氧化磷酸化偶联部位：复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ
  • 氧化磷酸化偶联机制
    • 化学渗透假说 1、电子经过呼吸链传递时释放的能量，通过复合体的质子泵功能，转运H+从线粒体基质转运到线粒体膜间隙。 2、质子不能自由穿过线粒体内膜，跨膜与线粒体基质形成电化学梯度（氢离子浓度和跨膜电位差），储存电子释放能量 3、质子的电化学梯度转化成质子驱动力，之自从膜间隙顺浓度梯度回流至基质，释放势能，驱动ADP和Pi合成ATP
  • 质子顺浓度梯度回流释放能量用于合成ATP
    • ATP合酶
    • ATP合成机制
  • ATP在能量代谢中起核心作用
    • ATP是能量捕获和释放利用的重要分子
    • ATP是能量转移和核苷酸相互转变的核心：腺苷酸激酶可以催化ATP、ADP、AMP互变 核苷酸二磷酸激酶催化ATP 转化成GTP、CTP、UTP
    • ATP是能量货币
  • ATP通过转移自身基团提供能量
    • 肌酸→磷酸肌酸
  • 磷酸肌酸也是储存能量的高能化合物
• 氧化磷酸化的影响因素
  • ATP生成量主要取决于氧化磷酸化的速率，通过调节氧化磷酸化的速率来调节ATP合成
  • 体内能量状态调节氧化磷酸化的速率：ADP/ATP比值调节氧化磷酸化速率；也调节糖酵解、三羧酸循环途径，以满足NADH和FADH2的需求。ATP浓度较高时，通过别构调节抑制糖酵解、降低三羧酸循环速率
  • 抑制阻断剂阻断氧化磷酸化进程
    • 呼吸链抑制剂阻断电子传递
      • 复合体Ⅰ：鱼藤酮、粉蝶霉素、异戊巴比妥阻断电子从Fe-S→Q的传递
      • 复合体Ⅱ：萎锈灵
      • 复合体Ⅲ：抗霉素A阻断电子从Cytb →Qn
    • 解偶联剂阻断ADP的磷酸化过程
      • 二硝基苯酚：结合质子破坏质子浓度
      • 内源性解偶联蛋白UCP1：棕色脂肪组织线粒体使组织产热
      • ATP合酶抑制剂
        • 寡霉素：结合F0单位
        • 二环己基碳二亚胺(DCCP)共价结合F0的c亚基谷氨酸残基，阻断质子从F0质子半通道回流，抑制ATP合酶活性
      • 甲状腺素促进氧化磷酸化和产热
      • 线粒体DNA 突变影响氧化磷酸化功能
      • 线粒体内膜选择性协调转运氧化磷酸化相关代谢产物
        • 细胞质中NADH通过穿梭机制进入线粒体呼吸链
          • α-磷酸甘油穿梭机制
            • 主要存在于脑和骨骼细胞中
            • 胞液中的NADH通过穿梭将两个H交给FADH2进入琥珀酸氧化呼吸链生成1.5个ATP
          • 苹果酸-天冬氨酸穿梭机制
            • 存在于肝肾心肌细胞中
            • 胞液NADH经过穿梭进入线粒体形成NADH氧化形成2.5个ATP
        • ATP-ADP转位酶协调转运ATP和ADP出入线粒体
          • • 子主题
• 其他氧化和抗氧化体系
  • 微粒体细胞色素P450单加氧化酶催化底物分子羟基化
    • 肝、肾上腺微粒体含量最多
    • 微粒体：内质网分离式形成的囊泡，道标内质网的代谢方式
    • RH+NADPH+O2→ROH+HADP PLUS+H2O 使底物羟化：参与类固醇激素、胆汁酸及胆色素生成 药物、毒物的生物转化
  • 线粒体呼吸链也可产生活性氧
    • 氧的不完全还原产物：超氧阴离子（ROS）、羟自由基、过氧化氢等
    • 化学性质活泼、氧化性强
    • ROS作用：氧化杀死入侵细菌 过氧化氢可使两个碘离子氧化形成碘单质，时酪氨酸碘化生成甲状腺素
    • ROS 伤害：
    • 抗氧化体系消除ROS：