生物氧化

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。也指物质在生物体内的一系列氧化过程。主要为机体提供可利用的能量。在真核生物细胞内，生物氧化都是在线粒体内进行，原核生物则在细胞膜上进行。

生物氧化

• 氧化磷酸化与ATP的生成
  • 偶联部位在复合体Ⅰ，Ⅲ，Ⅳ内
    • P/O比值
      • 每消耗1/2molO2所需的摩尔数
      • 一对电子经NADH呼吸链传递，P/O比值约为2.5，生成2.5分子ATP
      • 一对电子经琥珀酸呼吸呼吸链传递，P/O比值约为1.5，可产生1.5分子ATP
      • 抗坏血氧化P/O比值为1
    • 自由能变化
      • pH=7时，∆G=nF∆E
  • 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
  • 质子顺浓度梯度回流释放能量用于合成ATP
    • 复合体Ⅴ：即为ATP合酶，多蛋白组成的蘑菇样结构
      • F1：亲水部分线粒体基质侧的蘑菇头状突起，功能为催化ATP的合成
      • F0：疏水部分，大部分嵌入线粒体内膜，组成离子通道，用于质子的回流
      • ATP合酶的两个功能结构域
      • ATP合成的结合变构机制
        • β亚基有3种构象：开放性（0）无活性，与ATP亲和力低：疏松性（L）无活性，可与ADP和P底物疏松结合：紧密型（T）有催化ATP合成的活性，可紧密结合ATP
  • ATP在能量代谢中起核心作用
    • 高能磷酸键：释放标准自由能∆G’大于25kJ/mol
    • ATP是能量捕获和释放利用的重要因子
      • ATP水解释放的自由能达到52.3kJ/mol
      • 有利于细胞对能量代谢进行严格调控
    • ATP是能量转移和核苷酸相互转变的核心
      • 腺苷酸激酶催化
      • UTP、CTP、GTP在核苷二磷酸激酶的催化下由ATP转变而成
      • 能量的生成，转移和利用以ATP为中心
    • ATP通过自身基团转移能量
    • 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
  • 体内能量状态调节氧化磷酸化速率
    • 氧化磷酸化的根本：电子的氧化和ADP的磷酸化
    • ADP是调节机体氧化磷酸化速率的主要因素
  • 抑制剂阻断氧化磷酸化的过程
    • 呼吸链抑制剂阻断电子传递过程
      • 阻断线粒体呼吸链中的电子传递，降低线粒体的耗氧量，阻断ATP的产生
      • CN-，N3-能够紧密结合复合体M中氧化型Cyt a3，阻断电子由Cyt a 到CuB-Cyt a3 的传递。CO与还原型Cyt a3结合
    • 解偶联剂阻断ADP的磷酸化过程
      • 使氧化与磷酸化的偶联分离
        • 二硝基苯酚
    • ATP合酶抑制剂同时抑制电子传递和ATP的生成
      • 寡霉素、二环己基碳二亚胺
  • 甲状腺激素促进氧酸磷酸化和产热
    • 促进NA+，K+-ATP酶的表达，ATP浓度增加促进氧化磷酸化；可诱导解偶联蛋白基因的表达
  • 线粒体DNA突变影响氧化磷酸化的功能
  • 线粒体内膜选择性协调转运氧化磷酸化相关代谢物
    • 胞质中的NADH通过穿梭机制进入线粒体呼吸链
      • α-磷酸甘油穿梭
      • 苹果酸-天冬氨酸穿梭
    • ATP-ADP转位酶协调转运ATP和ADP出入线粒体
      • 质子电化学梯度驱动
• 其他氧化与抗氧化体系
• 线粒体氧化体系与呼吸链
  • 含传递氢和电子的组分
    • NAD+
      • 接受一个H+和两个电子
      • 能传递氢和电子
    • FMN和FAD
      • 通过维生素B2的异咯嗪环进行可你的脱氢加氢反应
      • 辅基为黄素蛋白
    • 辅酶Q
      • 脂溶性醌类化合物
      • 疏水，可以在线粒体中自由扩散
      • 可进行双、单电子的传递，可在复合体之间传递电子
    • 铁硫蛋白
      • 含有铁硫中心（Fe-S）
      • 单电子传递体
    • 细胞色素Cyt
      • 辅基：血红素样a,b,c
        • Cyt b、c、c1均含有铁卟啉
      • Cyt a 和 Cyt a3结合紧密，可以写成 Cyt aa3
      • Cyt C 呈水溶性，易分离
      • 含Fe离子，发挥单电子传递体作用
  • 蛋白质复合体组成呼吸链
    • 电子传递链（也称呼吸链）
      • 多个蛋白质复合体按顺序排列在线粒体内膜，行程传递电子/氢的反应链，氧分子最终接受电子和氢生成水
      • 由线粒体内膜上的4种蛋白质复合体组成，分别为复合体Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ
        • 复合体Ⅰ：NADH-泛琨还原酶；辅基：FMN，Fe-S，结合位点：NADH（基质侧）Q（脂质核心）
          • 质子泵
          • 接受来自NADH的电子并转移给Q
        • 复合体Ⅱ：琥珀酸-泛琨还原酶；FAD，Fe-S；基质侧，脂质核心
          • 将电子从琥珀酸传递给Q
        • 复合体Ⅲ：泛琨-细胞色素c还原酶；血红素，Fe-S；Cyt c（膜间隙测）
          • 接受QH2的电子传递给Cyt c
          • 由Cyt b，Cyt c1和铁硫蛋白组成二聚体
        • 复合体Ⅳ：细胞色素C氧化酶；血红素，CuA,CuB；膜间隙测
          • 电子传递链的出口
          • 接受还原型Cyt c的电子并传递给O2生成H2O
          • 质子泵
          • 双核中心：复合体Ⅳ发挥电子传递的功能单元
  • NADH和FADH2是呼吸链的电子供体
    • FMN和FAD作为黄素蛋白的辅基参与电子传递
    • NADH呼吸链
      • 体内最普遍的呼吸链
    • FADH2呼吸链
    • 呼吸链中电子从电位低的组分向电位高的组分进行传递
• ATP的生成量取决于氧化磷酸的速率