第6章 生物氧化.docx

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第6章生物氧化

第6章《生物氧化》知识点总结与归纳及例题分析

生物氧化：

物质在生物体内进行氧化分解

方式：

加氧、脱氢、失电子

生物氧化与体外燃烧的比较

生物氧化：

条件温和，逐步反应，逐步释放能量，有机脱羧生成CO2、需要水参与

体外氧化：

条件剧烈。

一步反应，瞬间释放能量，碳氧结合生成CO2，没有水参与

一般过程：

糖原葡萄糖

脂肪脂酸+甘油乙酰CoA

蛋白氨基酸CO2ADP+PiATP

2H呼吸链H2O

第1节：

生成ATP的氧化体系

一、氧化呼吸链的组成

1.辅酶Ⅰ（CoⅠ）或烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）、辅酶Ⅱ（CoⅡ）、NADH

NAD+与NADH的相互转变：

NAD+（P）加上两个H转变成NAD（P）H+H+，反之，NAD（P）H+H+脱去两个H变成NAD+（P）。

2.黄素蛋白：

以黄素单核苷酸（FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）为辅基的脱氢酶

FAD/FMN加上两个H变成FADH2/FMNH2，反之，FADH2/FMNH2脱去两个H变成FAD/FMN

3.铁硫蛋白：

辅基为铁硫簇（Fe-S）

4.泛醌，又叫辅酶Q:

是线粒体内膜较小的流动电子载体，一种双递氢体。

5.细胞色素类：

是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类，是呼吸链中将电子从泛醌传递到氧的专一酶类。

细胞色素类主要是通过辅基铁卟啉中三价铁离子和二价铁离子的互变起传递电子的作用，是单电子传递体。

二、呼吸链成分的排列顺序

排序依据：

1、测各组分氧化还原电位（E0′）递增的顺序

2、在体外将呼吸链拆开和重组

3、利用呼吸链抑制剂

4、利用光谱变化确定各组分的氧还状态

（一）呼吸链复合体

1.复合体Ⅰ:

NADH-泛醌还原酶，包括含有以FMN为辅基的黄素蛋白和以铁硫簇为辅基的铁硫蛋白

功能：

将电子从NADH传递给泛醌，每传递一对电子的同时偶联将4个H+从内膜基质侧泵到内膜胞质侧，具有质子泵的功能。

2.复合体Ⅱ:

琥珀酸-泛醌还原酶，含有：

黄素蛋白（FAD）、铁硫蛋白、Cytb560

功能：

将氢从琥珀酸传递给FAD，然后经铁硫蛋白传递到泛醌。

不具备质子泵的功能

3.复合体Ⅲ:

泛醌-细胞色素c还原酶，含有：

Cytb（b562和b566）、铁硫蛋白、Cytc1

功能：

每传递一对电子，同时偶联将4个H+从内膜基质侧泵到内膜胞质侧，具有质子泵的功能。

复合体Ⅲ是由双向电子载体泛醌向单电子载体传递的转换单位。

4.复合体Ⅳ:

细胞色素c氧化酶，含有：

Cytaa3（Cyta，Cyta3）、CuA，CuB

功能：

传递一对电子，偶联将两个H+从内膜基质侧泵到内膜胞质侧，具有质子泵的功能。

呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置

复合体Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ完全镶嵌在线粒体内膜中，复合体Ⅱ镶嵌在内膜的内侧

代谢物氧化脱下的氢的传递过程：

从复合体Ⅰ或者复合体Ⅱ开始，经泛醌到复合体Ⅲ，再经Cytc到复合体Ⅳ，然后复合体Ⅳ从还原型细胞色素C转移电子到氧，使之与H+结合成水。

复合体

酶名称

多肽链数

辅基

复合体I

（递H体）

NADH-泛醌还原酶

39

FMN,Fe-S

复合体II

（递e-体）

琥珀酸-泛醌还原酶

4

FAD,Fe-S

复合体III（递H体）

泛醌-细胞色素C还原酶

11

铁卟啉、Fe-S

复合体IV（递H体）

细胞色素C氧化酶

13

铁卟啉、Cu

（二）主要的呼吸链

1.NADH氧化呼吸链：

是细胞内最主要的呼吸链

绝大多数脱氢酶都是以NAD+为辅酶，每2H通过此呼吸链可生成2.5分子ATP，其传递过程如图，

2.琥珀酸/FADH2氧化呼吸链（又称FADH2氧化呼吸链）

产生的ATP:

每2H通过此呼吸链可生成1.5分子ATP，

IIIIIV

琥珀酸→FAD,b560→CoQ→Cytb、C1→Cytc→Cytaa3→O2

（Fe-s）（Fe-s）

传递过程：

琥珀酸在琥珀酸脱氢酶的作用下，脱下2H使FAD还原成FADH2，然FADH2把氢传递给泛醌，形成二氢泛醌，接着二氢泛醌的2H解离成2H+和2e，2H+游离在介质中，2e由Cytb接受，沿Cytb→Cytc1→Cytc→Cyta2→O2顺序逐步传递，最后由Cytaa3将2e传给氧原子，形成氧负离子，再与游离的H+结合成H2O。

两条呼吸链的比较（重点）

◆相同点

将H传递给O2生成水

H和O2消耗，其它可反复使用，CoQ是两种呼吸链的汇合点

不同点NADH呼吸链琥珀酸呼吸链

普遍程度较普遍次要

起始物NADH+H+FADH2

ATP2.51.5

三、ATP的生成方式：

氧化磷酸化

氧化磷酸化：

在氧化呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，生成ATP。

又称为偶联磷酸化，是体内生成ATP的主要方式。

（一）氧化磷酸化的偶联部位：

氧化磷酸化偶联部位：

复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ

NADH氧化呼吸链存在3个ATP生成部位，琥珀酸氧化呼吸链存在2个ATP生成部位。

（二）氧化磷酸化偶联机制

化学渗透假说

下面是化学渗透假说的示意图

除了氧化磷酸化外，还有底物磷酸化

底物磷酸化：

直接将代谢物分子（底物）中的能量转移至ADP（或GDP），生成ATP（或GTP）的过程。

4、影响氧化磷酸化的因素

1.抑制剂

（1）呼吸链抑制剂：

阻断呼吸链中某些的电子传递

（2）解偶联剂：

使呼吸链传递电子过程中泵出的H+不经ATP合酶的F0质子通道回流，而是通过其他通道返回线粒体基质，抑制ATP的合成

作用机制：

破坏内膜两侧的质子电化学梯度，使ATP的生成受到抑制；不影响电子传递

（3）氧化磷酸化抑制剂：

对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。

2.ADP的调节作用：

正常机体氧化磷酸化的速率主要受ADP的调节

当机体利用的ATP增多，ADP浓度机会增高，转运入线粒体后使氧化磷酸化加快，反之，ADP不足，氧化磷酸化的速率就会减慢。

3.甲状腺激素：

是调节氧化磷酸化的重要激素。

机制：

诱导胞膜上Na+,K+-ATP酶生成，使ATP加速分解为ADP和Pi，ADP增多，促使氧化磷酸化加快。

ATP（自学）

一、ATP与高能磷酸化合物

二、ATP的转换储存与利用

1、参与糖、脂类及蛋白的生物合成过程，、

2、磷酸肌酸是肌肉中的能量储存形式

通过线粒体内膜的物质转运

一、胞浆内NADH的氧化

1、α-磷酸甘油穿梭：

主要存在于脑和骨胳肌中每2H生成1.5ATP

2、苹果酸-天冬氨酸穿梭：

主要存在于肝和心肌中每2H生成2.5ATP

2、ATP与ADP的转运

ATP、ADP和Pi不能自由通过线粒体内膜，由腺苷酸载体转运。

转运的速率受胞质和线粒体内ADP、ATP水平的影响。

腺苷酸转运蛋白又称为ATP-ADP载体；主要功能：

反向转运ADP与ATP

第2节：

其他氧化体系

一、过氧化物酶体中的酶类

1.过氧化氢酶（catalase），又称触酶，其辅基含4个血红素

功能：

清除H2O2，避免其浓度过高对细胞的损害

2.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。

意义：

临床上判断粪便中有无隐血，就是利用白细胞中含有过氧化物酶，能将联苯胺氧化成蓝色化合物。

二、超氧物歧化酶

1.反应氧族（活性氧）：

超氧离子（O2﹣）、H2O2、羟自由基（•OH）的统称。

SOD：

超氧物歧化酶（superoxidedismutase）：

人体抵御内、外环境中O2﹣损伤的重要酶

三、微粒体氧化体系

1.加单氧酶（monoxygenase），又称混合功能氧化酶（mixed-functionoxidase）或羟化酶（hydroxylase）。

2.加双氧酶：

此酶催化氧分子中的2个氧原子加到底物中带双键的2个碳原子上。

例题分析

1、说明机体调节氧化磷酸化作用的因素及其机制

（一）抑制剂

（1）呼吸链抑制剂：

这类抑制剂阻断呼吸链中的某些部位的电子传递

（2）解偶联剂：

可使氧化与磷酸化偶联过程脱离；基本作用机制是使呼吸链传递电子过程中泵出的H+不经过ATP合酶的F0质子通道回流，而通过线粒体内膜中其他途径返回线粒体基质，从而破坏内膜两侧的质子电化学梯度，使ATP的生成收到抑制，而电化学梯度储存的能量以热能形式释放。

（3）氧化磷酸化抑制剂：

抑制电子传递及ADP的磷酸化

（二）ADP的调节作用：

正常的集体氧化磷酸化的速率主要受ADP的调节。

集体利用ATP增多，ADP浓度增高。

ADP进入线粒体后加快氧化磷酸化；反之，ADP浓度降低，氧化磷酸化速度减慢。

（三）甲状腺激素：

诱导胞膜上Na+,K+-ATP酶生成，使ATP加速分解为ADP和Pi，ADP增多，促使氧化磷酸化加快。

2、简述化学渗透假说和ATP合成的机制

（1）化学渗透假说：

基本内容：

由Mitchell提出，解释生物氧化与ATP的生成偶联机制的学说，基本要点：

电子经呼吸链传递释放的能量，可将H+从线粒体内膜的基质泵到膜间隙，线粒体内膜不允许质子自由回流，因此产生电化学梯度储存能量，当质子順梯度经ATP合酶F0回流时，质子跨膜中所蕴含的能量便被利用于ADP和Pi生成ATP。

（2）机制:

电子传递体复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ均有质子泵的作用，2H传递时分别泵出4H+、4H+、2H+。

质子回流，驱动ATP合酶定子γ亚基等旋转，3组β亚基发生结合变构次序改变，产生，释放ATP。

①生物氧化（BiologicalOxidation）：

物质在生物体内进行的氧化分解

②电子传递链（electrontransferchain）：

由一系列可作为电子载体的酶复合体和辅助因子构成，可将来自还原型辅酶或底物的电子传递给有氧代谢的最终的电子受体分子氧。

③底物水平磷酸化（substratelevelphosphorylation）：

直接将代谢物分子（底物）中的能量转移至ADP（或GDP），生成ATP（或GTP）的过程。

④氧化磷酸化（oxidativephosphorylation）：

在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，生成ATP，因此又称为偶联磷酸化。

⑤磷氧比（P/O）：

物质氧化时，每消耗1摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数。

⑥解偶联剂：

使氧化与ATP磷酸化的偶联作用解除的化学物质。

⑦氧化呼吸链（oxidativerespiratorychain）:

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。

由于此过程与细胞呼吸有关，所以将这一含多种氧化还原组分的传递链称为氧化呼吸链。

思考题：

1.常见的呼吸链电子传递抑制剂

（1）鱼藤酮、阿米妥以及杀粉蝶菌素

（2）抗霉素A（3）氰化物、CO以及硫化氢（CO中毒的原因）

2.下列物质在呼吸链中的主要功能

NAD  ：

    传氢体     CoQ ：

     传氢体

铁硫蛋白：

传电子体细胞色素：

传电子体

3生物氧化的特点及发生部位。

①在细胞内进行条件温和，有水的环境中进行

②有酶、辅酶等参与，反应分多步完成

③能量逐步释放，既不伤害机体也得于利用