第9章生物氧化

BiologicalOxidation本章主要內(nèi)容

生物氧化概述

ATP

氧化磷酸化其他生物氧化系統(tǒng)1生物氧化(Biologicaloxidation)

營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在動(dòng)物機(jī)體內(nèi)氧化，生成二氧化碳和水，并有能量釋放。這個(gè)過(guò)程在細(xì)胞中進(jìn)行，宏觀上表現(xiàn)為呼吸作用，因此也將生物氧化稱(chēng)為組織氧化或細(xì)胞氧化、組織呼吸或細(xì)胞呼吸。不同于有機(jī)物質(zhì)在體外的劇烈燃燒，伴隨著大量熱能的釋放，生物氧化在溫和的條件下進(jìn)行，能量緩慢的釋放。線(xiàn)粒體——細(xì)胞的動(dòng)力站生物氧化過(guò)程主要在線(xiàn)粒體的內(nèi)膜上進(jìn)行，內(nèi)膜上分布著許多的酶和電子傳遞體，構(gòu)成兩條呼吸鏈。內(nèi)膜上結(jié)合的顆粒（內(nèi)膜粒子，或稱(chēng)基粒、三分體等）具有ATP合酶的活性，稱(chēng)FoF1ATPase

。

2ATP（三磷酸腺苷）

2.1ATP的分子結(jié)構(gòu)和高能磷酸鍵

ATP等的分子中的焦磷酸鍵在水解時(shí)或在轉(zhuǎn)移時(shí)，可釋放很高的能量，大于30.56kJ/moL，稱(chēng)高能磷酸鍵。

表9?3各種磷酸化合物的水解自由能

磷酸化合物

水解自由能ΔG（kJ/moL）磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）-61.69氨基甲酰磷酸-50.50乙酰基磷酸-43.12磷酸肌酸（CP）-43.12焦磷酸（PPi）-33.49ATP（→ADP+Pi）-30.56葡萄糖-1-磷酸（G-1-P）-20.93葡萄糖-6-磷酸（G-6-P）-13.82α-磷酸甘油-9.21

高能磷酸化合物有轉(zhuǎn)移其磷?；膬A向，形成較低能量的磷酸脂。ATP是磷?；膫鬟f體。2.2ATP具有較高的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢(shì)2.4ATP的生成方式

1.底物水平的磷酸化（回憶糖的分解代謝）2.氧化磷酸化(oxydativephosphorylation)底物脫下的氫（2H2H++2e）經(jīng)過(guò)呼吸鏈(respiratorychain)或電子傳遞系統(tǒng)(electronictransportsystem)的傳遞最后交給氧，并與之結(jié)合生成水。在此過(guò)程中,氧化釋放的部分能量以高能磷酸鍵的形式儲(chǔ)存在ATP分子中（ADP+PiATP），這種氧化過(guò)程與磷酸化過(guò)程的偶聯(lián)稱(chēng)為氧化磷酸化。這是需氧生物合成ATP的主要方式。不需氧脫氫酶輔酶Q（CoQ，泛醌）細(xì)胞色素（Cyt）鐵硫復(fù)合物（又稱(chēng)鐵硫中心，F(xiàn)eS）細(xì)胞色素aa3，即細(xì)胞色素c氧化酶這些成分在呼吸鏈上以一定的順序排列傳遞電子和氫，構(gòu)成電子傳遞系統(tǒng)（ElectronicTransportSystem）3呼吸鏈(respiratorychain)3.1呼吸鏈的組成成分不需氧脫氫酶底物脫下的氫交給氫或電子的傳遞體，而氧并不是氫的直接受體。舉例:3-磷酸甘油醛脫氫酶（NAD）異檸檬酸脫氫酶（NAD）NADH-CoQ還原酶（FMN）琥珀酸-CoQ還原酶（FAD）CoQ-細(xì)胞色素c還原酶（鐵卟啉輔基）細(xì)胞色素（Cytochrome,Cyt）

細(xì)胞色素是一類(lèi)含血紅素的電子傳遞蛋白，F(xiàn)e原子處于血紅素環(huán)中央，借助化學(xué)價(jià)的變化（Fe++/Fe+++）傳遞電子。

有十幾種細(xì)胞色素，不同的細(xì)胞色素對(duì)特定波長(zhǎng)的可見(jiàn)光有不同的吸收。Cytc和c1的血紅素與蛋白部分共價(jià)結(jié)合。Cytaa3又稱(chēng)細(xì)胞色素c氧化酶,處于呼吸鏈的末端,既含F(xiàn)e原子，又有Cu原子，通過(guò)銅原子的化合價(jià)變化（在+1和+2之間）最終將電子傳遞給氧。Cytaa3可以被CN-和CO抑制。

細(xì)胞色素c的結(jié)構(gòu)Cytc和c1的血紅素與蛋白部分共價(jià)結(jié)合。

Fe-S復(fù)合物

含硫的非血紅素鐵蛋白，也稱(chēng)鐵硫中心，借助Fe化學(xué)價(jià)的變化（Fe++/Fe+++）傳遞電子。Fe與4個(gè)Cys的S相連2FeS，2Fe分別與2S和4個(gè)Cys的S相連4FeS，4Fe分別與4S和4個(gè)Cys的S相連3.2NADH呼吸鏈的組成復(fù)合物I（NADH-CoQ還原酶，含F(xiàn)MN，F(xiàn)e-S）CoQ（泛醌）復(fù)合物III（CoQ-細(xì)胞色素c還原酶，含Cytb562、Cytb566，F(xiàn)e-S，Cytc1）Cytc復(fù)合物IV（細(xì)胞色素c氧化酶，Cyta,a3，含CuA、CuB）3.3FADH呼吸鏈（琥珀酸呼吸鏈）的組成復(fù)合物II（琥珀酸-Q還原酶，含F(xiàn)AD、Fe-S，Cytb560）CoQ復(fù)合物III（同NADH呼吸鏈）Cytc復(fù)合物IV

（同NADH呼吸鏈）ⅢⅠⅡⅣCytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸1/2O2+2H+H2O胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)線(xiàn)粒體內(nèi)膜e-e-e-e-e-NADHFMN（FeS）CoQCytb（FeS）Cytc1CytcO2FADH（FeS）Cytaa3NADH呼吸鏈FADH呼吸鏈兩條呼吸鏈總結(jié)琥珀酸IIIIIIIV4氧化磷酸化（oxidativephosphorylation）4.1磷氧比（P/O）

當(dāng)電子在呼吸鏈傳遞消耗氧的同時(shí)，有無(wú)機(jī)磷酸（Pi）的消耗。消耗P原子的摩爾數(shù)與O原子的摩爾數(shù)之比稱(chēng)為P/O比。研究組織呼吸的實(shí)驗(yàn)顯示:NADH呼吸鏈的P/O為2.5，F(xiàn)ADH呼吸鏈的P/O為1.5。即在NADH呼吸鏈中，將一對(duì)電子傳遞給O，實(shí)現(xiàn)了2.5次的磷酸化反應(yīng)（ADP+PiATP），而在FADH呼吸鏈只有1.5次.4.2ATP的產(chǎn)生

推動(dòng)ADP磷酸化形成ATP所需的標(biāo)準(zhǔn)自由能大約在-30.56kJ/moL。在NADH呼吸鏈上，在NADH—CoQ，Cytb—c1和Cytaa3—O2之間釋放的能量足以實(shí)現(xiàn)磷酸化。在FADH呼吸鏈，則在Cytb—c1和Cytaa3—O2之間。電子的傳遞方向和釋放的能量可能推動(dòng)形成ATP的部位-50.24kJ/moL-41.87kJ/moL-100.48kJ/moLⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+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)示意圖化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)（chemiosmotichypothesis)6NADH從胞液轉(zhuǎn)入線(xiàn)粒體的兩種穿梭作用在肝臟和心肌等組織。

注意：通過(guò)該穿梭作用，胞液中的NADH轉(zhuǎn)入到線(xiàn)粒體后轉(zhuǎn)變?yōu)镕ADH，進(jìn)入琥珀酸呼吸鏈氧化。這解釋了為什么一摩爾G經(jīng)過(guò)有氧氧化可能生成30或32摩爾的ATP。在肌肉組織和大腦

7非線(xiàn)粒體氧化（在過(guò)氧化物酶體等）7.1需氧脫氫酶催化底物脫下的氫不必通過(guò)呼吸鏈而直接以氧為受體的酶。例如：氨基酸氧化酶，黃嘌呤氧化酶等，它們的輔基