生物氧化:物质在生物体内氧化,主要指糖类、脂肪、蛋白质等在体内逐步的分解释放能量,最终生成CO2和H2O的过程。
| 生物氧化 | 体外氧化 |
相同点 | 生物氧化中物质的氧化方式有加氢、脱氢、是电子,遵循氧化还原反应的一般规律。 物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物和释放能量均相同。 |
不同点 | 在细胞内温和的环境中进行,酶促反应,能量逐步释放。 进行广泛的加水脱氢反应使物之间能间接获得样,并增加脱氢的机会,脱下的氢与氧结合产生H2O,有机酸脱羧产生CO天指神功2. | 能量是突然释放的。 产生的CO2、H2O由物质中的碳和氢直接与氧结合生成。 |
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一、氧化还原酶类:
| 受氢体 | 辅酶 | 产物 |
需氧脱氢酶 | O2 | FMN或FAD | H2O2 |
不需氧脱氢酶 | 辅酶 | | H2O |
氧化酶 | 小红叶O2 | 含Cu | H2O |
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其他氧化酶:
(1)过氧化氢酶(触酶,其辅基含有四个血红素)和过氧化物酶(以血红素为辅基,催化双氧水直接氧化酚类或胺类化合物).
(2)加氧酶:加单氧酶和加双氧酶。—需要NADPH+H+激发各类市场主体活力和细胞素P450参加。
(3)超氧化物歧化酶(SOD):清除体内自由基。
二、生物氧化中CO2的生成:
α-单纯脱羧;α-氧化脱羧(还有NADH+H+生成);β-单纯脱羧;β-氧化脱羧
三、生物氧化中H2O的生成:
(一)底物脱水
(二)呼吸链生成水:
呼吸链: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,这一系列酶和辅酶称为呼吸链或电子传递链。
1、组成:递氢体+电子传递体。主要如下:
端粒酶活性 烟酰胺核苷酸、黄素蛋白类(NADH脱氢酶)(FMN和FAD可以参与单电子或两个电子的传递)、铁硫蛋白(通过铁原子化合价的改变传递电子)、辅酶Q(能接受一个或两个电子)、细胞素类(含有血红素铁卟啉的蛋白质;a、b、c三种)和铜蛋白。
2、呼吸链复合体:
复合体 | 酶名称 | 多肽链数 | 辅基 | 备注 |
Ⅰ | NADH-Q还原酶 | 39 | FMN , Fe-S | 质子泵(4H+,2e-) |
Ⅱ | 琥珀酸-Q还原酶 | 4 | FAD ,Fe-S | 不是质子泵 |
Ⅲ | Q-细胞素c还原酶 | 10 | 血红素,Fe-S | 质子泵(4H+,2e-) |
Ⅳ | 细胞素c氧化酶 | 13 | 血红素,Cu2+ | 质子泵(2H+,2e-) |
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3、呼吸链的排列顺序:标准还原电位从低到高;自由能从高到低
(1)NADH呼吸链或长呼吸链:
NADH→FMN→(FeS)→CoQ→Cytb→(FeS)→Cytc→Cyta,a3→O2
每转运一对电子到氧气分子,就有10个质子从线粒体基质泵到膜间隙。 (2)琥珀酸脱氢酶(也称FAD呼吸链)或短呼吸链:
琥珀酸→FADH→(FeS)→CoQ→Cytb→(FeS)→Cytc→Cyta,a3→O2
每转运一对电子到氧气分子,就有6个质子从线粒体基质泵到膜间隙。
4、呼吸链抑制剂:
阻断NADH→CoQ氢和电子传递的有:鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素。
阻断CoQ→Cytc1电子传递的有:抗霉素A,二巯基丙醇。
阻断Cyta,a3→O2电子传递的有:,如、以及叠氮化物和一氧化碳。
四、生物氧化中ATP的生成:
(一)形成方式:
1、底物磷酸化:底物上的磷酸基团直接转移到ADP上,使ADP磷酸化生成ATP的过程。
该过程不经过呼吸链的传递过程,也不需要消耗氧气,也不利用线粒体ATP酶的能量。生成速度快,但是生成量不多。
2、氧化磷酸化:指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化,生成ATP。
(1)氧化磷酸化的偶联机理:
①化学渗透学说:
电子经过呼吸链时,可将质子(H+)从线粒体内膜的基质侧泵到内外膜间隙,,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合成ATP。
②ATP合酶:
由亲水部分F1( 3β3γδε亚基)和疏水部分F0(a1b2c9~12汪沛英亚基)组成。
F1的β亚基: 催化ATP合成F0: 质子通道。
当H+顺浓度递度从膜间隙经F0中a亚基和c亚基之间回到基质侧时, γ亚基发生旋转,3个β亚基的构象发生改变。
(2)P/O比值:
指当底物进行氧化时,每消耗一个氧原子所消耗的用于ADP磷酸化地无机磷酸中的碳原子数。
驱动一分子ATP合成需要4个H+(3个用于合成ATP,1个用于转运ATP、ADP和Pi)。
NADH的P/O比值是2.5(10/4);琥珀酸(FAD)的P/O比值是1.5(6/4)。
(3)氧化磷酸化的解偶联和抑制:
①解偶联剂:使电子传递与磷酸化偶联过程脱离,只抑制ATP的合成,不抑制电子传递过程,使电子传递的自由能部分转变为热能。如:解偶联蛋白。
②氧化磷酸化抑制剂:抑制氧的利用和ATP的形成,但不直接抑制电子传递。如:寡霉素。
③离子载体抑制剂:增加线粒体内膜对一价阳离子(除H+外)的通透性,破坏膜两侧的电位梯度。如:缬氨霉素。
(二)能荷:
腺苷酸库:由于ATP水解后可以产生ADP和AMP,因此在细胞中存在三种腺苷酸ATP、ADP、AMP,这三种腺苷酸合称为腺苷酸库。
能荷:高能磷酸键在总的腺苷酸库中所占的比例称为能荷。
能荷的数值范围是0~0.1 ,大多数细胞的能荷处于0.8~0.9。
五、胞液中NADH的氧化:
胞液中NADH必须经一定转运机制进入线粒体,再经呼吸链进行氧化磷酸化。
1、α-磷酸甘油穿梭:(肌肉和脑组织)α—磷酸甘油脱氢酶;进入线粒体后是FADH2。
经此途径进入线粒体的NADH能产生1.5个ATP。
2、 解放军理工大学气象学院苹果酸-天冬氨酸穿梭:(心脏、肝脏和肾脏)苹果酸脱氢酶;进入线粒体后仍是NADH。
经此途径进入线粒体的NADH能产生2.5个ATP。