导图社区 生物氧化
大学生物化学和分子生物学第六章生物氧化思维导图，本章节知识点全覆盖，内容非常全面，有需要的同学可以点击大图下载。
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生物氧化
线粒体氧化体系与呼吸链
线粒体氧化体系含多种传递氢和电子的组分 具有传递电子能力的蛋白质复合体组成呼吸链 NADH和FADH₂是呼吸链的电子供体
概念
物质在生物体内进行的氧化分解
部位
细胞质，线粒体，微粒体等
别称
细胞呼吸，组织呼吸
糖，脂，蛋白质等营养物质在体内彻底分解，消耗O₂，产生CO₂和H₂O，同时释放能量的过程
线粒体氧化体系
呼吸链
生物体将NADH+H+和FADH₂，彻底氧化生成水和ATP的过程与细胞的呼吸有关，需要消耗氧，参与氧化还原反应的组份由含辅助因子的多种蛋白酶复合体组成，形成一个连续的传递链，因此称为氧化呼吸链，简称为呼吸链，也称电子传递链。
存在部位
线粒体内膜
原理
电子传递过程中伴随氢离子移至线粒体内膜的胞质侧，形成跨内膜氢离子梯度，产生能量用于生成ATP
基本成分
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+，NADP+）
功能基团：烟酰胺
是大多数脱氢酶的辅基
双电子传递体
都是纤维素pp在人体内的衍生物
既是递氢体，又是电子传递体
黄素核苷酸衍生物
包括
FMN
黄素单核苷酸
FAD
黄素腺嘌呤二核苷酸
功能基团：异咯嗪环
是黄素蛋白的辅基
泛醌（辅酶Q）
是一种脂溶性醌类化合物
Q的疏水特性使其在线粒体内膜类不中自由扩散
单、双电子的传递，也可传递H
铁硫蛋白
辅基是铁硫中心
功能基团是Fe³⁺
单电子传递体
细胞色素
是一类血红素要辅基的蛋白质
组成特点
复合体Ⅰ
将NADH中的电子传递给泛醌
又称：NADH-Q还原酶或NADH脱氢酶
接受来自NADH+H的电子并转移给泛醌
可催化两个同时进行的过程
电子传递
NADH→FMN→Fe-S→Q
质子的泵出
复合体Ⅰ有质子泵功能，每传递2个电子可将4个H+从内膜基质泵到胞浆侧
复合体Ⅱ
将电子从琥珀酸传递到泛醌
琥珀酸-泛醌还原酶
即三羧酸循环中的琥珀酸脱氢酶
琥珀酸→FAD→Fe-S→Q
无质子泵功能
复合体Ⅲ
将电子从还原形泛醌传递至细胞色素c
泛醌-细胞色素c还原酶
QH₂→Cyt b→Fe-S→Cytc₁→Cytc
质子泵
每传递2个电子相模间隙释放4个H⁺
Cut c是呼吸链中唯一的水溶性球状蛋白质
复合体ⅳ
将电子从细胞色素c传递给氧
细胞色素c氧化酶
Cut c→CuA→Cyt a→Cyt a₃-CuB→O₂
CuA和Cut a₃-CuB形成双核中心将电子传递给O₂
每传递2个电子使2个H⁺泵至膜间隙侧
两条呼吸链
NADH呼吸链
NADH→复合体Ⅰ→Q→复合体Ⅲ→Cyt c→复合体ⅳ→O₂
琥珀酸氧化呼吸链
琥珀酸→复合体Ⅱ→Q→复合体Ⅲ→Cyt c→复合体ⅳ→O₂
排列顺序
标准氧化还原电位进行排序
特异的抑制剂阻断
还原状态呼吸缓慢给氧
将呼吸链拆开和重组
氧化磷酸化与ATP的生成
ATP生成方式
底物水平磷酸化
氧化磷酸化
氧化磷酸化偶联部位在复合体Ⅰ、Ⅲ、ⅳ内
P/O值
自由能变化
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
基本要点
电子经呼吸链传递时释放的能量，通过复合体的质子泵功能，转用H⁺从线粒体基质到内膜的胞质侧
由于质子不能自由穿过线粒体内膜返回基质，从而形成跨线粒体内膜的质子电化学梯度，储存电子传递释放的能量
质子的电化学梯度转变为质子驱动力，促使质子从膜间隙侧顺浓度梯度回流至基质、释放储存的势能，用于驱动ADP与Pi结合生成ATP
实验支持
氧化磷酸化依赖于完整封闭的线粒体内膜
线粒体内膜对H⁺、OH⁻、K⁺、Cl⁻离子是不通透的
电子传递链可驱动质子移出线粒体，形成可测定的跨内膜电化学梯度
增加线粒体内膜外侧酸性可增加ATP合成，而阻止质子从线粒体基质泵出，可降低内膜两侧的质子梯度，虽然电子仍可以传递，但ATP生成会减少
图示
质子顺浓度梯度回流释放能量用于合成ATP
ATP合酶
F1（亲水部分）：催化ATP合成
F0（疏水部分）：质子回流至基质的通道
对寡霉素敏感
又称复合体ⅴ
呼吸链每传递2个电子，使10个H⁺跨内膜向胞浆侧转移
线粒体胞浆侧的质子浓度，正电荷高于基质
形成跨内膜的浓度和电位差（电化学梯度）
ATP合酶结构和质子的跨内膜流动机制模式图
ATP在能量代谢中起核心作用
ATP合酶的工作机制
ATP是体内能量捕获和释放利用的重要分子
ATP是体内能量转移和磷酸核苷化合物相互转变的核心
ATP通过转移自身集团提供能量
磷酸肌酸是高能键能量的储存形式
ATP的生成，储存和利用
ATP合酶的作用
线粒体内膜存在ATP合酶，电子传递产生的质子驱动力通过ATP合酶的离子通道促使质子回流。释放的能量用于产生ATP
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
抑制剂阻断氧化磷酸化过程
呼吸链抑制剂阻断电子传递过程
解偶联剂阻断ADP的磷酸化过程
ATP合酶抑制剂同时抑制电子传递和ATP的生成
甲状腺激素促进氧化磷酸化和产热
线粒体DNA突变影响氧化磷酸化功能
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的氧化呼吸链
α-磷酸甘油穿梭主要存在于胸和骨骼肌中
苹果酸-天冬氨酸穿梭主要存在于肝和心肌中
ATP-ADP转位酶协调转用ADP进入和ATP移出线粒体
其他氧化与抗氧化体系
微粒体细胞色素P450单加氧酶催化底物分子羟基化
微粒体细胞色素P450单加氧酶反应机制
线粒体呼吸链也可产生活性氧
抗氧化酶体系有清除反应活性氧的功能
