模塊四生物氧化

模塊四生物氧化體內(nèi)大部分物質(zhì)都可進(jìn)行氧化反應(yīng)，在生物體內(nèi)進(jìn)行的氧化反應(yīng)，常見(jiàn)的氧化方式有脫電子、脫氫和加氧等類型；最終氧化分解產(chǎn)物是CO2和H2O，同時(shí)釋放能量。生物氧化反應(yīng)又有其特點(diǎn)：①體外氧化反應(yīng)主要以熱能形式釋放能量，在高溫，強(qiáng)酸，強(qiáng)堿或強(qiáng)氧化劑的催化下進(jìn)行；而生物氧化主要以生成ATP方式釋放能量，在恒溫(37℃)和中性pH環(huán)境下進(jìn)行，催化氧化反應(yīng)的催化劑是酶。一、生物氧化酶類體內(nèi)催化氧化反應(yīng)的酶有許多種，按照其催化氧化反應(yīng)方式不同可分為三大類。(一)脫氫氧化酶類（二)加氧酶類(oxygenases)（三）過(guò)氧化氫酶和過(guò)氧化物酶(一)脫氫氧化酶類這一類中依據(jù)其反應(yīng)受氫體或氧化產(chǎn)物不同，又可以分為三種。1.氧化酶類(oxidases)氧化酶直接作用于底物，以氧作為受氫體或受電子體，生成產(chǎn)物是水。氧化酶均為結(jié)合蛋白質(zhì)，輔基常含有Cu2+，如細(xì)胞色素氧化酶、酚氧化酶、抗壞血酸氧化酶等。2.需氧脫氫酶類(aerobicdehydrogenases)需氧脫氫酶以FAD或FMN為輔基，以氧為直接受氫體，產(chǎn)物為H2O2或超氧離子(O2)，某些色素如甲烯藍(lán)(methyleneblue,MB)、鐵氰化鉀(［K3Fe(CN)6］、二氯酚靛酚可以作為這類酶的人工受氫體。如D氨基酸氧化酶(輔基FAD)、L-氨基酸氧化酶(輔基FMN)、黃嘌呤氧化酶(輔基FAD)、醛脫氫酶(輔基FAD)、單胺氧化酶(輔基FAD)、二胺氧化酶等。粒細(xì)胞中NADH氧化酶和NADPH氧化酶也是需氧脫氫酶，它們催化下述反應(yīng)：超氧離子在超氧化物歧化酶(superoxidedismutase,SOD)催化下生成H2O2與O2：3.不需氧脫氫酶類(anaerobicdehydrogenases)這是人體內(nèi)主要的脫氫酶類，其直接受氫體不是O2，而只能是某些輔酶(NAD+、NADP+)或輔基(FAD、FMN)，輔酶或輔基還原后又將氫原子傳遞至線粒體氧化呼吸鏈，最后將電子傳給氧生成水，在此過(guò)程中釋放出來(lái)的能量使ADP磷酸化生成ATP，如3-磷酸甘油醛脫氫酶、琥珀酸脫氫酶、細(xì)胞色素體系等。（二）.加氧酶類(oxygenases)(1)加單氧酶

又稱為多功能氧化酶、混合功能氧化酶(mixedfunctionoxidase)、羥化酶(hydroxylase)。加單氧酶催化O2分子中的一個(gè)原子加到底物分子上使之羥化，另一個(gè)氧原子被NADPH+H+提供的氫還原生成水，在此氧化過(guò)程中無(wú)高能磷酸化合物生成，反應(yīng)如下：加單氧酶主要分布在肝、腎組織微粒體中，少數(shù)加單氧酶也存在于線粒體中，加單氧酶主要參與類固醇激素(性激素、腎上腺皮質(zhì)激素)、膽汁酸鹽、膽色素、活性維生素D的生成和某些藥物、毒物的生物轉(zhuǎn)化過(guò)程。(2)加雙氧酶

此酶催化O2分子中的兩個(gè)原子分別加到底物分子中構(gòu)成雙鍵的兩個(gè)碳原子上，如色氨酸吡咯酶(色氨酸加雙氧酶)、胡蘿卜素加雙氧酶分別催化下述反應(yīng)：（三）過(guò)氧化氫酶和過(guò)氧化物酶(1)過(guò)氧化氫酶(Catalase)此酶催化兩個(gè)H2O2分子的氧化還原反應(yīng)，生成H2O并釋放出O2。過(guò)氧化氫酶的催化效率極高，每個(gè)酶分子在0℃每分鐘可催化264萬(wàn)個(gè)過(guò)氧化氫分子分解，因此人體一般不會(huì)發(fā)生H2O2的蓄積中毒。(2)過(guò)氧化物酶(Peroxidase)此酶催化H2O2或過(guò)氧化物直接氧化酚類或胺類物質(zhì)。R+H2O2——→RO+H2O或RH2+H2O2——→R+2H2O某些組織的細(xì)胞中還有一種含硒(Se)的谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(glutathioneperoxidase)，可催化下述反應(yīng)：H2O2+2G-SH——→2H2O+GSSGROOH+2G-SH——→ROH+GSSG+H2O生成的GSSG又可在谷胱甘肽還原酶催化下由NADPH+H+供氫還原生成G-SH：二、生物氧化的基本概念1、生物氧化的特點(diǎn)2、生物氧化過(guò)程中CO2的生成和H2O的生成3、有機(jī)物在體內(nèi)氧化釋能的三個(gè)階段

糖類、脂肪、蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)在細(xì)胞中進(jìn)行氧化分解生成CO2和H2O并釋放出能量的過(guò)程稱為生物氧化（biologicaloxidation），其實(shí)質(zhì)是需氧細(xì)胞在呼吸代謝過(guò)程中所進(jìn)行的一系列氧化還原反應(yīng)過(guò)程。生物氧化的特點(diǎn)

在活的細(xì)胞中（pH接近中性、體溫條件下），有機(jī)物的氧化在一系列酶、輔酶和中間傳遞體參與下進(jìn)行，其途徑迂回曲折，有條不紊。氧化過(guò)程中能量逐步釋放，其中一部分由一些高能化合物（如ATP）截獲，再供給機(jī)體所需。在此過(guò)程中既不會(huì)因氧化過(guò)程中能量驟然釋放而傷害機(jī)體，又能使釋放的能量盡可得到有效的利用。是在細(xì)胞內(nèi)溫和的環(huán)境中（體溫，pH接近中性），在一系列酶促反應(yīng)逐步進(jìn)行，能量逐步釋放有利于有利于機(jī)體捕獲能量，提高ATP生成的效率。進(jìn)行廣泛的加水脫氫反應(yīng)使物質(zhì)能間接獲得氧，并增加脫氫的機(jī)會(huì)；脫下的氫與氧結(jié)合產(chǎn)生H2O，有機(jī)酸脫羧產(chǎn)生CO2。生物氧化與體外氧化之不同點(diǎn)生物氧化體外氧化能量是突然釋放的。產(chǎn)生的CO2、H2O由物質(zhì)中的碳和氫直接與氧結(jié)合生成。CO2的生成

方式：糖、脂、蛋白質(zhì)等有機(jī)物轉(zhuǎn)變成含羧基的中間化合物，然后在酶催化下脫羧而生成CO2。

類型：α-脫羧和β-脫羧氧化脫羧和單純脫羧CH3COSCoA+CO2CH3-C-COOH

O丙酮酸脫氫酶系NAD+NADH+H+CoASH例：+CO2H2N-CH-COOHR氨基酸脫羧酶CH2-NH2RH2O的生成

代謝物在脫氫酶催化下脫下的氫由相應(yīng)的氫載體（NAD+、NADP+、FAD、FMN等）所接受，再通過(guò)一系列遞氫體或遞電子體傳遞給氧而生成H2O。CH3CH2OHCH3CHONAD+

NADH+H+乙醇脫氫酶例：1\2O2NAD+電子傳遞鏈

H2O2eO-2H+脂肪葡萄糖、其它單糖三羧酸循環(huán)電子傳遞（氧化）蛋白質(zhì)脂肪酸、甘油多糖氨基酸乙酰CoAe-磷酸化+Pi小分子化合物分解成共同的中間產(chǎn)物（如丙酮酸、乙酰CoA等）。

共同中間物進(jìn)入三羧酸循環(huán),氧化脫下的氫由電子傳遞鏈傳遞生成H2O，釋放出大量能量，其中一部分通過(guò)磷酸化儲(chǔ)存在ATP中。大分子降解成基本結(jié)構(gòu)單位

生物氧化的三個(gè)階段糖原甘油三酯蛋白質(zhì)

葡萄糖

脂酸+甘油

氨基酸

乙酰CoA

TAC2H

呼吸鏈

H2O

ADP+Pi

ATP

CO2生物氧化的一般過(guò)程釋能＜1％ⅠⅡ1/3ⅢO21/2

三、呼吸鏈概念：線粒體內(nèi)膜上由一系列的遞氫體和遞電子體按一定順序組成的連續(xù)反應(yīng)體系，稱為呼吸鏈（或電子傳遞鏈）。它將代謝脫下的氫交給氧生成水，同時(shí)生成ATP。R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+

呼吸鏈的組成1、NAD+和NADP+的結(jié)構(gòu)尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（CoAⅠ)尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（CoAⅡ)功能：接受代謝脫下2H(2H++2e)氧化還原反應(yīng)時(shí)變化發(fā)生在五價(jià)氮和三價(jià)氮之間NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互轉(zhuǎn)變FMN結(jié)構(gòu)中含核黃素，發(fā)揮功能的部位是異咯嗪環(huán)2、黃素蛋白輔基FMN功能：遞氫體Fe-S含有等量鐵原子和硫原子，其中鐵原子可進(jìn)行Fe2+Fe3++e反應(yīng)傳遞電子。?表示無(wú)機(jī)硫3、鐵硫蛋白輔基：鐵硫簇(Fe-S)

功能：電子傳遞體

鐵硫蛋白

SS無(wú)機(jī)硫半胱氨酸硫4、泛醌（CoQ）功能：遞氫體特點(diǎn)：帶有聚異戊二烯側(cè)鏈的苯醌，脂溶性，位于膜雙脂層中，能在膜脂中自由泳動(dòng)。5、細(xì)胞色素體系Cyt是一類以鐵卟啉為輔基的催化電子傳遞的酶類，根據(jù)它們吸收光譜不同而分類。細(xì)胞色素

傳遞電子機(jī)理：

+e+eFe3+Fe2+Cu2+Cu+－e－e

特點(diǎn)：以血紅素（heme）為輔基，血紅素的主要成份為鐵卟啉。

類別:根據(jù)吸收光譜分成a、b、c三類，呼吸鏈中含5種（b、c、c1、a和a3)，\在呼吸鏈中的中為電子傳遞體，a和a3以復(fù)合物物存在，稱細(xì)胞色素氧化酶，其分子中除含F(xiàn)e外還含有Cu

，可將電子傳遞給氧，因此亦稱其為末端氧化酶。Cyt的功能：

電子傳遞體參與鐵硫蛋白的電子傳遞過(guò)程在呼吸鏈的NAD+、FMN、CoQ和Fe-S幾種電子傳遞體中不與蛋白質(zhì)結(jié)合的電子載體是CoQ。四種具有傳遞電子功能的酶復(fù)合體

人線粒體呼吸鏈復(fù)合體FADH2氧化呼吸鏈兩條主要的呼吸鏈：NADH氧化呼吸鏈（三）呼吸鏈中各種傳遞體的排列順序兩者區(qū)別是初始受氫體不同NADH呼吸鏈:FADH2呼吸鏈:線粒體外NADH的氧化磷酸化作用

磷酸甘油穿梭系統(tǒng)

蘋(píng)果酸—天冬氨酸穿梭系統(tǒng)酵解（細(xì)胞質(zhì)）氧化磷酸化

（線粒體）-磷酸甘油穿梭（線粒體基質(zhì)）磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油FADFADH2NADHFMNCoQbc1caa3O2NADHNAD+線粒體內(nèi)膜（細(xì)胞液）蘋(píng)果酸-草酰乙酸穿梭作用細(xì)胞液線粒體內(nèi)膜體天冬氨酸-酮戊二酸蘋(píng)果酸草酰乙酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸蘋(píng)果酸谷氨酸NADH+H+NAD+草酰乙酸NAD+線粒體基質(zhì)蘋(píng)果酸脫氫酶NADH+H+ⅣⅠⅡⅢ蘋(píng)果酸脫氫酶谷草轉(zhuǎn)氨酶谷草轉(zhuǎn)氨酶（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)載體）呼吸鏈四、

ATP的生成、儲(chǔ)存和利用1、底物水平磷酸化：代謝物脫氫與ADP（或GDP）的磷酸化相偶聯(lián)。糖有氧氧化過(guò)程共3個(gè)反應(yīng)。（一）ATP的生成方式底物水平磷酸化2、氧化磷酸化：代謝物脫下的氫經(jīng)電子傳遞鏈與氧結(jié)合成水的同時(shí)，逐步釋放出能量，使ADP磷酸化為ATP的過(guò)程。ATPATP

ATP

氧化磷酸化偶聯(lián)部位40α-磷酸甘油穿梭：通過(guò)該穿梭，一對(duì)氫原子只能產(chǎn)生2分子ATP蘋(píng)果酸-天冬氨酸穿梭：通過(guò)蘋(píng)果酸穿梭系統(tǒng)，一對(duì)氫原子可產(chǎn)生3分子ATP（二）、氧化磷酸化中ATP生成的基礎(chǔ)線粒體膜間隙線粒體內(nèi)膜線粒體基粒（三）氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理1、化學(xué)滲透假說(shuō)：

電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時(shí)，可將質(zhì)子（H+）從線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜胞漿側(cè)，產(chǎn)生膜內(nèi)外質(zhì)子電化學(xué)梯度儲(chǔ)存能量。當(dāng)質(zhì)子順濃度梯度回流時(shí)驅(qū)動(dòng)ADP與Pi生成ATP。線粒體基質(zhì)線粒體內(nèi)膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP化學(xué)滲透假說(shuō)簡(jiǎn)單示意圖化學(xué)滲透假說(shuō)ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATPH+H+H+胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)++++++++++---------化學(xué)滲透假說(shuō)詳細(xì)示意圖線粒體內(nèi)膜2、ATP合酶（復(fù)合體Ⅴ）組成：F1：親水部分（α3β3γδε亞基）F0：疏水部分（a1b2c9～12亞基）

功能：

F1：催化ATP生成

F0：質(zhì)子通道ATP合酶結(jié)構(gòu)模式圖鑲嵌在內(nèi)膜中位于內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)ATPase的旋轉(zhuǎn)催化模型IIIIVIII定子轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)催化理論認(rèn)為質(zhì)子流通過(guò)Fo引起亞基III寡