生物氧化

这是一篇关于临床医学生物化学与分子生物学生物氧化的思维导图，包括生物氧化的概念、呼吸链、氧化磷酸化、氧化磷酸化的影响因素。

生物氧化

• 生物氧化的概念
  • 概念：化学物质在生物体内的氧化分解过程
  • 特点：需要酶的催化，分阶段逐步完成
  • 与体外燃烧的区别： 1、环境不同，有酶的催化 2、能量释放更缓慢、温和
• 呼吸链
  • 概念：线粒体是真核细胞内生成ATP的主要部位。NADH、FADH2在线粒体中通过逐步、连续的酶促反应被氧化，并逐步释放能量，除了产生热能外，释放的能量主要由ADP捕获生成ATP。催化此连续反应的酶是由多个含辅因子的蛋白质复合体组成，按一定顺序排列在线粒体内膜中，形成一个连续传递电子/氢的反应链，氧分子最终接受电子和氢生成水，故称为电子传递链或呼吸链。
  • 人线粒体的呼吸链复合体（泛醌和Cyt c不包括在上述四种复合体中）
  • 组成
    • 复合体组成形式：复合体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ
    • 递电子/氢体形式
      • 递氢体：NAD+、FMN、FAD、Q
      • 递电子体：Fe-S、Cyt（b→c1→c→aa3）
    • 排列顺序
      • NADH氧化呼吸链
      • FADH2氧化呼吸链 （琥珀酸氧化呼吸链）
• 氧化磷酸化
  • 细胞内产生ATP的方式
    • 底物水平磷酸化
    • 氧化磷酸化
  • 偶联部位
    • P/O比值（phosphate/oxygen ratio）： 指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2O2所需磷酸的摩尔数，即所能合成ATP的摩尔数（或一对电子通过呼吸链传递给氧所生成ATP分子数）。 由各部分P/O比值的不同推断复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ可能是氧化磷酸化的偶联部位用于产生ATP。
    • 复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ内
  • 化学渗透假说
    • 内容：在电子沿呼吸链传递过程中，H+被复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ从线粒体基质侧转运到膜间隙，由于线粒体内膜对H+不通透，由此在线粒体内膜两侧产生了H+浓度差，H+经ATP合酶进入线粒体基质中时可将势能转变为高能磷酸键中的能量储存在ATP中。
    • 高能磷酸键的主要类型
  • ATP循环
• 氧化磷酸化的影响因素
  • 体内能量状态
    • 最主要
  • 抑制剂阻断氧化磷酸化过程
    • 呼吸链抑制剂
      • 抑制氢或电子链传递
      • 第一位点抑制剂
      • 第二位点抑制剂
      • 第三位点抑制剂
    • 解偶联剂
      • 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：2,4-二硝基苯酚、解偶联蛋白
      • 新生儿硬肿症
        • 解偶联蛋白少了
    • ATP合酶抑制剂
      • 对呼吸链的电子传递和ATP磷酸化均产生抑制作用的药物和毒物称为ATP合酶抑制剂（氧化磷酸化抑制剂），如寡毒素。
      • 阻断质子回流
        • 当线粒体膜内外氢离子浓度相差太大时，氢离子就泵不出去了
        • 抑制ATP合酶，ATP也无法产生
  • 甲状腺激素
    • 可促进氧化磷酸化和产热
    • 间接影响氧化磷酸化的速率
      • 甲状腺激素可以激活细胞膜上的钠钾ATP酶，使ATP水解增加，导致ADP水平升高，氧化磷酸化速率加快
      • 甲状腺激素可促使线粒体内膜解偶联蛋白表达增强，从而加速氢离子回流，减少ATP合成
  • 线粒体内的DNA突变
    • 线粒体DNA表达呼吸链复合体中的13个亚基、以及线粒体内的22种tRNA和2种rRNA
    • 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，e.g.运动失调、色素性视网膜炎、线粒体脑肌病、乳酸性中毒、阵发性抽搐等
  • 线粒体内膜选择性协调转运氧化磷酸化相关代谢物
    • 胞质中NADH进入线粒体的转运机制
      • 胞质中的NADH必须经一定机制进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化
      • α-磷酸甘油穿梭
        • 脑和骨骼肌
      • 苹果酸-天冬氨酸穿梭
        • 肝、肾、心肌
    • ATP-ADP转位酶协调转运ATP和ADP出入线粒体
• 其他氧化与抗氧化体系
  • 微粒体细胞色素P450单加氧酶催化底物分子羟基化
  • 线粒体呼吸链也可产生活性氧
  • 抗氧化酶体系清除反应活性氧