章6 生物氧化

生物化学与分子生物学第六章生物氧化知识点概述，包括线粒体氧化体系与呼吸链、氧化磷酸化与ATP生成、氧化磷酸化的影响因素等内容。

章6 生物氧化

• 概述
  • 生物氧化（细胞氧化）
    • 遵循氧化一般规律
      • 脱H、加O、失电子
    • 概念
      • 物质在生物体内的氧化分解过程
        • 主要是指糖、脂类、蛋白质 在体内氧化分解 生成CO2、水，并释放能量的过程
          • 能量是逐渐释放并储存在 ATP
    • 特点
      • 需要有酶催化，而且是分阶段 、逐步完成
    • 场所
      • 线粒体内
        • 称为细胞呼吸
        • 其产物是 CO2 H20, 要消耗氧并伴随能量的产生，能量主要用于生成 ATP 等
      • 在线粒体外（微粒体 、内质网
        • 是对底物进行氧化修饰、转化等，并无 ATP 的生成
      • 真核生物
        • 线粒体中
      • 原核生物
        • 细胞膜上
    • 分为三阶段
      • 糖、脂、PR分解为相应的基本组成单位
      • 上述物质经一系列反应 生成乙酰CoA
        • 释放1/3能量
      • 三羧酸循环
        • 大量能量
• 线粒体氧化体系
  • 概念
    • 呼吸链
      • 代谢物脱下的成对氢原子(2H) 通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应 逐步传递，最终与氧结合生成水。由于此过程与细胞摄取氧的呼吸过程相关，故称呼吸链
    • 递氢体
      • 传递氢的酶、辅酶
    • 电子传递体
      • 传递电子的酶、辅酶
    • 电子传递链
      • 两者按一定顺序排列在线粒体内膜，组成递氢或递电子的体系
  • 呼吸链的主要成分
    • 呼吸链的4种复合体
      • • 有5类组分
          • NAD+
            • 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+/辅酶I/CoI）
              • 含维生素PP（烟酰胺），核糖、核酸、腺嘌呤AMP
              • 是许多脱氢酶的辅酶，有传递氢和电子的功能
            • 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸( NADP+/辅酶II/CoII)
              • 通过相同的机制接受氢后生成NADPH+H+,再将还原当量转移给NAD+
              • 是许多脱氢酶的辅酶，有传递氢和电子的功能
          • 黄素蛋白FP
            • 2种辅基
              • 黄素单核苷酸FMN
              • 黄素腺嘌呤二核苷酸FAD
                • 比FMN多含一分子核苷酸AMP
              • 都含维生素 B2（核黄素）
            • 可催化代谢物脱H，H可被FMN/FAD接受
          • 铁硫蛋白（铁硫中心）
            • 含 铁原子、硫原子
          • 泛醌（UQ/辅酶Q）
            • 多个异戊二烯组成
            • 1H1e-→半醌
            • 2F2e-→二氢泛醌
          • 细胞色素体系
            • 细胞色素Cyt
              • 位于线粒体内膜
              • 含铁电子传递体
              • 辅基为铁卟啉
                • 三类
                  • a、b、c
  • 呼吸链中传递体的排列顺序
    • （1）各组分的标准氧化还原电位（低到高） （2）吸收光谱的改变 （3）抑制剂 （4）体外将呼吸链拆开和重组
    • 呼吸链中电子传递方向
      • 还原性低→还原性高
        • NADH→UQ→Cyt→氧
    • 细胞色素在呼吸链中的排列顺序
      • b560→b562→b566→c1→c→a→a3→O2
  • 两条呼吸链
    • NADH 呼吸链
      • 乳酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶、β羟丁酸脱氢酶
    • FADH2（琥珀酸）呼吸链
      • 琥珀酸脱氢酶、α-磷酸甘油脱氢酶、脂酰 CoA 脱氢酶
  • ATP生成、利用、储存
    • 概念
      • ADP
        • 二磷酸腺苷
      • ATP
        • 三磷酸腺苷
      • 高能磷酸化合物
        • 含高能磷酸键（~P）的化合物
      • 高能硫酯化合物
        • 由酰基、硫醇基构成
          • 如乙酰CoA、脂酰CoA、琥珀酰CoA
      • 高能化合物
        • 体内ATP等有机化合物 在水解时释放出 大量的自由能
      • ADP-ATP系统
        • • ATP循环是生物体内 能量转换的基本方式
    • ATP生成
      • 底物水平磷酸化
        • 直接将代谢物分子中的能量转移至 ADP（或 GDP），生成 ATP（或 GTP）的过程
        • 与呼吸链的电子传递无关
        • 生成6/30(32)molATP
      • 氧化磷酸化(偶联磷酸化)
        • 氧化磷酸化
          • 代谢物经氧化分解时通过呼吸链电子传递，该过程中偶联 ADP 的磷酸化，生成 ATP
          • 是体内 ATP 生成最主要的方式
        • 解偶联
          • 只有代谢物氧化
        • P/O 比值
          • 每消耗 1 mol氧原子所需消耗无机磷的摩尔数（=消耗 ADP 的摩尔数=生成 ATP 的摩尔数）
            • 丙酮酸脱氢反应产生 NADH+H+, 通过 NADH 呼吸链传递， P/O约等于2. 5，生成2.5分子ATP
            • 琥珀酸脱氢，P/O约等于1.5
        • 自由能变化
          • 生成1molATP需能约30.5kJ
        • 偶联部位
          • NADH呼吸链存在三个偶联部位（复合体 I、III、IV）， FADH2呼吸链存在两个偶联部位（复合体III、IV）
            • • 用于产生 ATP
        • 偶联机制
          • 化学渗透假说
            • P172
          • ATP合酶（球状颗粒突起）
            • 由F0和F1两部分组成
              • F1：球状的头部和茎部，突向基质液，水溶性（亲水性）
              • F0：亚单位 埋在内膜的底部，是疏水性蛋白，构成 H+ 通道
            • 在生理条件下，H+ 只能从线粒体内膜外侧流向基质，通道的开关受柄部某种蛋白质的调节
        • ATP生成部位
          • 线粒体内膜
        • 影响氧化磷酸化的因素
          • （主要）ADP的调节（呼吸控制）
            • ADP 浓度↓速度↓
          • 抑制剂
            • 解偶联剂：阻断 ADP 磷酸化过程
            • 阻断电子传递过程
              • • • 氰化物
                    • 概念
                      • 含有氰基-CN的化合物
                    • 中毒机制
                    • 临床表现
                    • 治疗措施
                  • CO中毒
                    • 机理
                      • 是一氧化碳与血红蛋白的亲合力比氧与血红蛋白的亲合力高200～300倍，所以一氧化碳极易与血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，使血红蛋白丧失携氧的能力和作用，造成组织窒息。 对全身的组织细胞均有毒性作用，尤其对大脑皮质的影响最为严重。
                    • 口唇呈樱桃红色
                    • 用药
                      • 甘露醇、高渗葡萄糖、利尿剂、地塞米松
                    • 治疗
                      • 呼吸新鲜空气；保温；吸氧；
          • 甲状腺素
            • 促进ATP分解产生ADP
              • ADP↑氧化磷酸化速度↑
          • 线粒体DNA（mtDNA）突变
            • 影响氧化磷酸化的功能，ATP生成↓而致病
              • 盲、聋、痴呆、糖尿病、帕金森病
    • ATP利用、储存
      • ATP直接供能
      • 磷酸肌酸（高能磷酸化合物）
        • 是肌肉组织中能量的储存形式
• 细胞质（胞液）中NADH的转运和氧化
  • a-磷酸甘油穿梭
    • 主要存在于 脑和骨骼肌中
    • 线粒体内以FAD作受氢体，循FADH2呼吸链，产生2（1.5）分子ATP
    • 1molG→30ATP
  • 苹果酸—天冬氨酸穿梭
    • 主要存在于 肝和心肌中
    • 线粒体内以NAD+作受氢体，循NADH+H+呼吸链，产生3（2.5）分子ATP
    • 1molG→32ATP