【生化】02物质代谢及调节-生物氧化

物质代谢及调节-生物氧化的知识点总结，详细的总结了呼吸链，氧化磷酸化。胞液NADH进入线粒体。适用于医学生备考，复习！

生物氧化

• 呼吸链
  • 定义
    • •三羧酸循环脱氢反应获得的还原当量(H、H⁺、电子)需要经过线粒体内膜才能与氧结合生成水，同时释放能量 •呼吸链是线粒体内膜上按照严格顺序排列的一系列氧化还原酶及辅酶，完成H的传递，同时生成水和ATP。 •传递H的是递氢体(同时也传递电子)； •只传递电子的是递电子体
    • 递氢体：传递H(同时也传递电子)
      • FMN，FAD，CoQ(辅酶Q、泛醌)
        • 泛醌(辅酶Q、CoQ)：递氢体 脂溶性小分子，可在线粒体内膜中移动 是唯一可游离存在的电子载体
    • 递电子体：只传递电子
      • 细胞色素(Cyt)：含铁卟啉 (也是胆色素代谢的来源)
        • ★细胞色素(Cyt)：是一类含铁卟啉辅基的蛋白，通过其中的铁得失电子完成对e的传递，全部为递电子体。 •根据不同细胞色素的吸收光谱和最大吸收波长分为a、b、c三大类，a与a3结合存在，构成复合体Ⅳ即Cyt aa3，b和c1存在于复合体Ⅰ，Cyt c 单独存在。
        • ♦Cyt aa₃：a与a3结合→复合体Ⅳ即Cyt aa3
        • ♦Cyt b、Cyt c₁：b和c1存在于复合体Ⅰ
        • ♦Cyt c：单独存在(水溶性，内膜外侧)
          • Cyt c：单独存在(水溶性，内膜外) •不在内膜中，在内膜外侧 •呼吸链唯一水溶性的球状蛋白，位于内膜外表面，结合疏松
      • 铁硫蛋白(Fe-S)
        • ★铁硫蛋白：以丰富的铁和硫为组成特征的一类蛋白质，通过Fe2+和Fe3+的转换完成对电子的得失，是递电子体
  • 组成
    • ①复合体Ⅰ：质子泵 NADH-泛醌还原酶
      • NADH→复合体Ⅰ→CoQ
        • FMN：递氢体
          • VB₂的衍生物，与FAD结构、功能类似
        • 铁硫蛋白(Fe-S)：递电子体
    • ②复合体Ⅱ： 琥珀酸脱氢酶
      • 琥珀酸→复合体Ⅱ→CoQ
        • FAD：递氢体
        • 铁硫蛋白(Fe-S)：递电子体
        • NADH与FADH2生成ATP数量不同的原因： 复合体Ⅰ是质子泵，复合体Ⅱ不是质子泵
    • ③复合体Ⅲ：质子泵 泛醌-细胞色素c还原酶
      • CoQ→复合体Ⅲ→Cyt c
        • 铁硫蛋白(Fe-S)、Cyt b、Cyt c₁：递电子体
        • Q循环存在于复合体Ⅲ
    • ④复合体Ⅳ：质子泵 细胞色素c氧化酶
      • Cyt c→复合体Ⅳ→O2
        • 含有：Cyt aa₃，铜原子
    • 泛醌(辅酶Q、CoQ)：递氢体
      • 脂溶性小分子，可在线粒体内膜中移动 是唯一可游离存在的电子载体
    • Cyt c：水溶性，内膜外侧
      • 呼吸链唯一水溶性的球状蛋白，位于内膜外表面，结合疏松
  • 排列顺序：得电子的能力 (Eo值从小到大的排列顺序)
    • 呼吸链各个组分是按照标准氧化还原电位E°值由低到高排列的。 E°值是某物质与电子的亲和力，呼吸链后-组分与电子的亲和力比前一组分高，电子才会最终传给氧原子。 如果利用抑制剂阻断呼吸链某一环节，在阻断部位之前的组分因为已经获得电子而处于还原态，阻断之后的组分尚未获得电子而处于氧化态。
    • NADH氧化呼吸链
      • NADH→复合体I→CoQ→复合体Ⅲ→Cytc→复合体Ⅳ→O₂
      • 苹果酸、异柠檬酸、谷氨酸、β-羟丁酸、β-羟脂酰CoA
    • FADH₂(琥珀酸)氧化呼吸链
      • 琥珀酸→复合体Ⅱ→CoQ→复合体Ⅲ→Cytc→复合体Ⅳ→O₂
      • 琥珀酸、α-硝酸甘油、脂酰CoA
• 氧化磷酸化
  • 氧化磷酸化实质是葡萄糖和H油三酯氧化供能的最后阶段，不仅要理解呼吸链对电子的传递过程，还要结合代谢中的脱氢反应判断进入呼吸链的途径和P/O比值的数量。在氧化磷酸化阶段注意高能磷酸化合物和氧化磷酸化影响因素的作用方式。胞浆NADH进入线粒体的两种穿梭机制要与其它部分出现的循环加以对比记忆。
  • 定义
    • 氧化磷酸化： 在代谢物氧化脱氢、经呼吸链传递生成水的同时、偶联ADP磷酸化生成ATP，即为氧化磷酸化，是机体获取能量最主要的方式。 ★脱氢经呼吸链生成水是氧化过程，有能量积累； ADP磷酸化成为ATP需要能量； 通过能量转换将二者偶联，实质是能量的守恒。 ★本质：电势能转换为电化学势能，电化学势能再转换为化学键能(能量的守恒)
    • 偶联部位：质子泵(复合体I/Ⅲ/Ⅳ)
      • 即呼吸链释放能量的部位， 也就是H排出的部位
    • 偶联机制(化学渗透学说)
      • ①还原当量经呼吸链传递时，电子的传递引起了电位改变，建立起了电势能，驱动质子泵将质子从线粒体基质排入膜间隙，形成了跨线粒体内膜的电化学梯度(H浓度梯度和电位差，属于势能) ②线粒体内膜存在ATP合酶，又称复合体V。由亲水部分F1和疏水部分F0组成。F1催化ATP合成，F0构成质子通道。 ③当质子顺浓度梯度从ATP合酶的质子通道回流时，势能降低，释放的能量被ATP合酶利用，形成高能磷酯键，ADP磷酸化成为ATP。
      • ①质子电化学梯度； ②ATP合酶
        • 本质：(能量的守恒) 电势能→电化学势能→化学键能
    • P/O比值
      • P/O比值： 消耗½摩尔O₂所需磷酸的摩尔数(ATP的生成数)
      • NADH=②5，FAH₂=①5
        • 琥珀酸、a-磷酸甘油、脂酰CoA，脱氢生成FADH， 其余多为NADH
    • 高能化合物
      • 即水解时能释放较大自由能的化合物
      • 高能磷酸化合物
        • (核苷酸)NDP、NTP、dNDP、dNTP
        • (糖酵解中间产物)1，3-二磷酸甘油酸、磷酸烯醇式丙酮酸
        • (骨骼肌、脑组织中储存能量的)磷酸肌酸
          • •磷酸肌酸是高能磷酸化合物； •肌酸激酶(CK)：同工酶
      • 高能硫酯键化合物：含有CoA的琥珀酰CoA、乙酰CoA等化合物
  • 影响因素
    • 抑制剂
      • 呼吸链抑制剂
        • 复合体Ⅰ：鱼藤酮； 复合体Ⅲ：抗霉素A； 复合体Ⅳ：CO/氰化物
      • ATP合酶抑制剂：寡霉素
      • 解偶联剂：解偶联蛋白；2，4-二硝基苯酚
    • 甲状腺激素
      • ♦诱导Na⁺-K⁺-ATP酶合成增加 ♦诱导解偶联蛋白基因表达
        • ①诱导细胞膜上钠泵合成增加： 运转后消耗ATP，使ADP浓度增高，促进氧化磷酸化 ②诱导解偶联蛋白基因表达： 加强解偶联作用，物质氧化和产热增加，基础代谢率↑
    • ADP/ATP
      • ATP是能量代谢的核心
        • •生物体内能量的生成、转移和利用都是以ATP为中心，被称为能量货币 •在需能旺盛的骨骼肌、心肌和脑中，ATP 转移末端~P给肌酸，经肌酸激酶催化生成磷酸肌酸，以储备能量。 •当组织需要消耗能量时，磷酸肌酸再将~P转移给ADP生成ATP，直接加以利用。
      • ADP是氧化磷酸化速率的主要调节因素(正相关)， ADP升高，促进氧化磷酸化；反之，降低氧化磷酸化速率。
    • 线粒体基因突变
• 胞液NADH进入线粒体
  • 线粒体内膜的选择性
    • 线粒体外膜对物质的通透性高， 而内膜对物质的通透性低、选择性高。 通过内膜上的相关转运蛋白，某些物质可以顺利通过
    • 外膜通透性高；内膜通透性低、选择性高
    • 进入线粒体→出线粒体 糖酵解：丙酮酸→\ 三羧酸循环：苹果酸→柠檬酸/a-酮戊二酸 氨基酸：谷氨酸→天冬氨酸 脂肪酸β氧化：脂酰肉碱→肉碱 尿素合成：鸟氨酸→瓜氨酸
  • 穿梭机制
    • 线粒体产生的NADH可直接进入呼吸链，但胞浆中脱氢生成的NADH不能自由穿过线粒体内膜，需借助相应的穿梭机制才能进入。
    • a-磷酸甘油穿梭
      • 存在于脑、骨骼肌中，借助a-磷酸甘油与磷酸二羟丙酮的互变反应，最终进入FADH2呼吸链，生成①5ATP。
      • 脑、骨骼肌(①5ATP)
      • a-磷酸甘油、磷酸二羟丙酮
    • 苹果酸-天冬氨酸穿梭苹果酸
      • 存在于肝、心肌中，借助草酰乙酸与苹果酸的互变，再结合谷草转氨酶催化的转氨基反应，最终进入NADH呼吸链，生成②5ATP。
      • 肝、心肌(②5ATP)
      • 苹果酸；谷氨酸/a-酮戊二酸；天冬氨酸/草酰乙酸