生物氧化

物质在生物体内进行的氧化分解称生物氧化( biological oxidation ) ＞生物氧化发生的部位：细胞胞质、线粒体、微粒体等 ＞线粒体氧化体系：通过酶促反应将营养物质氧化分解为CO2和H2O，并释放能量，产生 ATP ＞微粒氧化体系：利用氧化酶类对底物进行加氧修饰，不产生 ATP。

生物氧化

• 物质在生物体内进行的氧化分解称生物氧化( biological oxidation ) ＞生物氧化发生的部位：细胞胞质、线粒体、微粒体等 ＞线粒体氧化体系：通过酶促反应将营养物质氧化分解为CO2和H2O，并释放能量，产生 ATP ＞微粒氧化体系：利用氧化酶类对底物进行加氧修饰，不产生 ATP
• ■营养物质体内氧化与体外氧化的异同
  • (-）相同点 遵循氧化反应的一般规律 氧化时所消耗的氧量、终产物和产能相同
  • ）不同点 ●体内氧化过程是在37℃，近于中性的含水环境中，由酶催化进行的； ●能量逐步释放出，相当一部分能量以化学能的形式储存起来。 ●氢通过电子传递链的传递与氧结合产生H2O,有机酸脱羧产生CO2。
• 一．氧化呼吸链( OXIDATIVE RESPIRATORY CHAIN )
  • 概念△ 存在于线粒体内膜上的一种由不需氧脱氢酶所催化的连锁反应体系，此体系由若干递氢体或递电子体严格按一定顺序排列而成，通过此体系还原当量逐步释放能量，驱动 ATP 生成。由于其与细胞呼吸过程有关称为氧化呼吸链。
  • 传递氢和电子的组分
    • 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸NAD+，通过烟酰胺环传递H+和电子。 功能基团芳环中三价氮与五价氮的变化
    • ＞水溶性辅酶或辅基： FAD /FADH2,为氢及电子传递体 FMN /FMNH2 结构中含核黄素 异咯嗪环为功能基团
    • ＞脂溶性有机化合物：泛醌（ ubiquinone , CoQ , Q )＞人体：CoQ10，含10个异戊二烯单位 可在线粒体内膜中自由扩散＞为氢及电子传递体
    • 铁硫蛋白( iron - sulfur protein ) 辅基：铁硫中心（ Fe - S ）含铁离子和硫原子通过Fe2+=Fe3++ e *反应传递电子 >单电子传递体
    • 细胞色素（ CYTOCHROME , Cyt ) ●是一类含血红素样辅基的蛋白质。 ．通过铁离子的转变而传递电子，细胞色素为单电子传递体。●细胞色素有 Cyta , Cytb , Cytc
    • 通过血红素辅基 Fe2+=Fe3++ e 反应传递电子＞单电子传递体
  • 具有传递电子能力的蛋白质复合体组成呼吸链
    • 1．复合体 I : NADH ﹣泛酿还原酶 功能：将电子从 NADH 传递给泛醌( ubiquinone 每传递2个电子可将4个 H ＋从内膜基质侧泵到胞浆侧，复合体 I 有质子泵功能。
    • 2．复合体 I ：琥珀酸﹣泛酿还原酶 功能：将电子从琥珀酸传递给泛醌 复合体 I 没有 H ＋泵的功能
    • 3、复合体皿：泛醌﹣细胞色素 C 还原酶 将电子从还原型泛醌传递给细胞色素 c
      • ＞复合体的电子传递通过 " Q 循环"实现 ＞复合体每传递2个电子向内 膜胞浆侧释放4个 H +，复合体有质子泵作用 Cyt c 是呼吸链唯一水溶性球 状蛋白，不包含在复合体中> Cyt c 将获得的电子传递到复 合体 IV
    • 4．复合体 IV ：细胞色素 C 氧化酶 ＞电子从细胞色素 C 传递给氧 复合体 IV 有 H ＋泵的功能
    • 两条氧化呼吸链
      • ◆ NADH 氧化呼吸链（主要） NADH →复合体 I 一 Q →复合体 II → Cyt c →复合体 IV 一O2 特点： ＞进入形式： NADH ＞每对氢氧化生成2.5分子 ATP
      • FADH2氧化呼吸链（次要） 琥珀酸一复合体 I → Q →复合体三→ Cytc 一复合体 IV -02 特点： ＞进入形式：FADH2 ＞每对氢氧化生成1.5分子 ATP
  • 呼吸链成分的排列顺序
    • 由以下实验确定 ①标准氧化还原电位②拆开和重组 ③特异抑制剂阻断 ④还原状态呼吸链缓慢给氧
      • 1电位高，吸引电子能力强。实现了电子的转移。
• 氧化磷酸化
  • -、底物水平磷酸化 在脱氢或脱水反应中，发生分子内 能量的重新排布，从而形成高能键， 此高能键的能量转移给 ADP 生成 ATP 的过程称为底物水平磷酸化
  • 二、氧化磷酸化
    • 概念△ 指在代谢底物脱下来的氢通过呼吸链传递，氧化释放能量过程中偶联 ADP 磷酸化，从而生成 ATP 的过程。是细胞内生成 ATP 的主要方式。
    • （一）氧化磷酸化的偶联部位 1.P/ O 比值△ ●每消耗一摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数。●表示某个底物氧化磷酸化时能生成 ATP 的分子数。 2．自由能变化 偶联部位△ . NADH - CoQ . CoQ - Cytc · Cytc -O2
    • 氧化磷酸化的偶联机理
      • 1．化学渗透假说（ chemiosmotic hypothesis ) 电子经呼吸链传递时，可将质子（ H +）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动 ADP 与 Pi 生成 ATP 。
    • ■ ATP 合成的结合变构机制（ binding change mechanism ) 当 H ＋顺浓度递度经 F 。中 a 亚基和 c 亚基之间回流时， y 亚基发生旋转，3个 B 亚基的构象发生改变。
    • 三、 ATP 在能量代谢中的核心作用：是能量捕获和释放利用的重要分子。是能量转移和核苷酸相互转化的核心。通过转移自身基团提供能量。 高能磷酸键 水解时释放的能量大于25KJ/ mol 的磷酸酯键，常表示为～ P 。 高能磷化合物：磷酸肌酸也是储存能量的高能化合物。在肌酸激酶的作用下实现了肌酸与磷酸肌酸的相互转化。
      • ATP 的生成和利用 机械能（肌肉收缩） 渗透能（物质主动转运） 化学能（合成代谢） 电能（生物电） 热能（维持体温） 生物体内能量的储存和利用都以 ATP 为中心。
    • 影响因素
      • △一、抑制剂 ◆呼吸链抑制剂，使电子传递的环节被阻断四个复合体，四个阻断位点 ◆解偶联剂，阻断ADP的磷酸化过程。棕色脂肪组织蛋白线粒体含有解偶联蛋白。 ◆ ATP 合酶抑制剂，同时抑制电子传递和ATP的生成。寡霉素，阻断质子的回流。
      • 二、体内能量状态 ● ATP / ADP 比值下降，可致氧化磷酸化速度加快； ．反之，当 ATP / ADP 比值升高时，则氧化磷酸化速度减慢
      • 三、激素 ＞甲状腺激素可以激活细胞膜上的 Na +, K +- ATP 酶，使 ATP 水解增加；＞由于 ATP / ADP 比值下降，氧化酸化速度加快。 ＞诱导解偶联蛋白的表达
      • 四、线粒体 DNA 突变 与线粒体 DNA 病及衰老有关
      • 五、氧化磷酸化相关物质的转运 线粒体外膜通透性高，线粒体对物质通过的选择性主要依赖于内膜中不同转运蛋白（ transporter ）对各种物质的转运。
        • （一）胞浆中 NADH 的氧化转运方式^ a ﹣磷酸甘油穿梭 ( a - glycerophosphate shuttle )ATP1.5，组织分布脑，骨骼肌。 苹果酸﹣天冬氨酸穿梭 ( malate - asparate shuttle )2.5ATP，组织分布肝，肾，心肌
        • ATP-ADP转化酶协调转运ATP-和ADP出入线粒体。腺肝酸转运蛋白，
• 其他氧化与抗氧化体系
  • -、抗氧化体系有清除反应活性氧类的功能 ■自由基 带有不成对电子的分子、原子、离子或基团 反应活性氧类（ reactive oxygen species , ROS )■ ROS 主要来源 ＞线粒体：超氧阴离子 O .-2，是体内 O .-2的主要来源； O .-2在线粒体中再生成H2O2和· OH 。＞过氧化酶体： FAD 将从脂肪酸等底物获得的电子交给O2生成H2O2和羟自由基· OH 。 ＞胞浆需氧脱氢酶（如黄嘌呤氧化酶等）也可催化生成 O .-2。 ＞细菌感染、组织缺氧等病理过程，环境、药物等外源因素也可导致细胞产生活性氧类。
  • ＞抗氧化酶体系 1．过氧化氢酶（ catalase ) 又称触酶，其辅基含4个血红素．过氧化物酶（ perioxidase ) 以血红素为辅基，催化H2O2直接氧化酚类或胺类化合物3．超氧化物歧化酶4．含硒的谷胱甘肽过氧化物酶 此类酶可保护生物膜及血红蛋白免遭损伤
  • 二、微粒体细胞色素P450单加氧酶催化底物分子羟基化 上述反应需要细胞素P450( Cyt P450）参与。