生物氧化

生物化学 生物氧化，是指生物体内的氧化分解过程。 特点: ①酶催化 ②分阶段逐步完成 ③线粒体→CO2+H2O+ATP；微粒体内质网→对底物进行氧化修饰转化

生物氧化

• 是指生物体内的氧化分解过程 特点: ①酶催化 ②分阶段逐步完成 ③线粒体→CO2+H2O+ATP；微粒体内质网→对底物进行氧化修饰转化
• 线粒体氧化体系与呼吸链
  • ①营养物质氧化脱氢→NADH、FADH2→线粒体逐步脱氢失电子传递给氧生成水+ATP ②底物脱氢和失电子是生物氧化的基本过程，能够传递氢和电子的物质称为递氢体或递电子体→递氢体也是递电子体但递电子体不是递氢体
  • 组分
  • 组成
    • 电子传递链/呼吸链: 催化生物氧化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，耗氧与细胞呼吸有关
    • 泛醌/辅酶Q(CoQ/Q): ①脂溶性醌类化合物→能在线粒体膜中自由扩散 ②位于交汇点，起核心作用 ③Q→QH·→QH2 Cyt c: 是呼吸链中唯一的水溶性球状蛋白质，与线粒体内膜的外表面疏松结合→不在Ⅲ中
  • 2条呼吸链
    • ①NADH呼吸链: NADH→Ⅰ→Q→Ⅲ→Cyt c→Ⅳ→O2 ②FADH2呼吸链/琥珀酸氧化呼吸链: 琥珀酸→Ⅱ→Q→Ⅲ→Cyt c→Ⅳ→O2
    • 呼吸链各组分的排列顺序是由实验确定的 ①氧化还原电位-E0从低到高排列(低的给出电子，高的接受电子) ②抑制剂阻断→阻断部位以前的组分处于还原状态，阻断部位以后的组分处于氧化状态 ③吸收光谱→以离体线粒体无氧时处于还原状态作为对照，缓慢给氧观察各组分氧化 ④体外将呼吸链拆开重组
• 氧化磷酸化与ATP的生成
  • ADP磷酸化生成ATP有2种方式→①底物水平磷酸化(与高能键水解反应偶联) ②氧化磷酸化(与线粒体氧化偶联)
  • 偶联部位
    • ⅠⅢⅣ→不是真正生成ATP的部位，而是指释放的能量能满足ADP磷酸化生成ATP
    • ①P/O比值: 消耗1/2molO2合成的ATP数→经NADH呼吸链合成2.5ATP；经琥珀酸呼吸链合成1.5ATP ②自由能变化: 生成1molATP需要30.5kJ→说明ⅠⅢⅣ传递一对电子释放的 能量能够满足ATP生成
  • 偶联机制→化学渗透假说
    • 质子泵转运H+从线粒体基质到内膜的胞质侧→质子不能自由穿过线粒体内膜返回基质而形成质子电化学梯度(H+浓度梯度和跨膜电位差)，储存电子传递释放的能量→质子电化学梯度转变为质子驱动力，质子从膜间隙顺浓度回流至基质释放储存的势能→ATP合酶ADP+Pi=ATP
  • ATP的合成
    • ATP核酶(复合体Ⅴ)，是ATP真正产生的地方 多蛋白组成的蘑菇样机构→亲水部分F1(3个αβ功能单元+γδε复合体)；疏水部分F0嵌于线粒体内膜中(b2+a+C9-12)
    • 质子从a亚基的胞质侧进入半通道→C亚基的61位关键Asp结合H+→C亚基发生转动→转到另一半通道口→H+释放进入线粒体基质
    • ATP合成的结合变构机制 C转动→γ转动→依次接触3组αβ单元的β亚基→β亚基构象发生周期性循环变化(L型结合ADP和Pi-变为T型合成ATP-变为O型释放ATP)
    • ATP合酶循环一周生成3分子ATP→合成1分子ATP需要4个H+(3个H回流生成ATP+1个H转运)；NADH呼吸链→10/4=2.5，琥珀酸呼吸链→6/4=1.5
  • ATP在能量代谢中起核心作用
    • 生物体内能量代谢的特点 ①弱键能的非共价键维系→代谢依序进行，能量逐步得失 ②不能直接利用营养物质的化学能，要先转变为ATP
    • 高能磷酸化合物: 水解时释放较大自由能(＞25kJ/mol)的含有磷酸基的化合物，高能磷酸键(~P)→磷酸烯醇式丙酮酸PEP，氨基甲酰磷酸，1,3-二磷酸甘油酸，磷酸肌酸，ATP→ADP+Pi，ADP→AMP+Pi，乙酰CoA，焦磷酸，G-1-P
    • ①ATP是体内最重要的高能磷酸化合物，是细胞可直接利用的能量形式 ②ATP是能量转移的核心→腺苷酸激酶催化ATP/ADP/AMP间互变，ATP是能量货币是中心 ③ATP通过转移自身基团供能 ④磷酸肌酸是ATP的储存形式(骨骼肌心肌脑中较多)→ATP充足时将~P给肌酸生成CP储存；ATP消耗时CP将~P转移给ADP生成ATP
• 氧化磷酸化的影响因素
  • 体内能量状态调节
    • ADP浓度↑，ATP浓度↓→促进氧化磷酸化
  • 抑制剂阻断氧化磷酸化
    • 1.呼吸链抑制: ①Ⅰ→鱼藤酮/粉蝶霉素A/异戊巴比妥(一碗鱼粉) ②Ⅱ→萎锈灵(老二萎了) ③Ⅲ→抗霉素A1/黏噻唑菌醇(三联抗菌) ④Ⅳ→HCN/N3-/CO-作用于Cyt a3 2.解偶联剂: 二硝基苯酚(DNP)；婴幼儿棕色脂肪组织中存在解偶联蛋白Ⅰ(UCPⅠ)→减少ATP生成以热能形式释放→产热御寒 3.ATP合酶抑制剂: 寡霉素，二环己基碳二亚胺
  • 甲状腺激素促进氧化磷酸化和产热
    • 双向 ①促进: 促进钠钾泵表达→ATP加速分解→ADP浓度↑ ②抑制: T3诱导解偶联蛋白基因表达→ATP合成↓产热↑→甲亢基础代谢高午后低热
  • mtDNA突变影响氧化磷酸化
    • mtDNA裸露易受环境影响→受损发生突变→骨骼肌脑中多见→导致帕金森阿尔兹海默糖尿病等
  • 线粒体内膜选择性协调转运相关代谢产物
    • 线粒体中生成的NADH→直接进入呼吸链氧化磷酸化生成2.5ATP 胞质中糖酵解生成的NADH通过穿梭机制才能进入线粒体氧化磷酸化
    • 穿梭机制 ①α-磷酸甘油穿梭: 存在于脑和骨骼肌中，1分子FADH2→1.5ATP ②苹果酸-天冬氨酸穿梭(主要): 存在于肝肾和心肌细胞中，1分子NADH→2.5ATP
    • ATP-ADP转位酶协调转运ATP和ADP出入线粒体
• 其它氧化体系
  • 除mtDNA氧化体系外，在微粒体/过氧化物酶体/细胞其它部位还存在其它氧化体系→不伴磷酸化，不能生成ATP，主要参与体内代谢产物药物和毒物的生物转换
  • 微粒体细胞色素P450单加氧酶/羟化酶/混合功能酶(在肝和肾上腺的微粒体中最多)
  • 线粒体呼吸链是产生ROS的主要部位
  • 抗氧化酶体系清除ROS
    • SOD，过氧化氢酶，GPx，维C/维E/β胡萝卜素
  • 病生的缺血再灌注