生物氧化
一、概述
(一)生物氧化的概念:糖类、脂肪、蛋白质等营养物质在体内经过一系列的氧化分解,最终生成CO2和H2O并释放能量的过程。
(二)生物氧化的特点
1.在温和的生理环境中,一系列酶的催化下逐步进行。
2.营养物质在生物氧化过程中逐步释放能量,并尽可能多的以化学能的形式储存于高能化合物中,使其得到最有效的利用。
3.CO2是有机酸经脱羧作用产生的。
4.H2O是有机物分子中脱下的氢,经呼吸链传递,最终与氧结合生成。
(三)二氧化碳的生成:体内有四种不同的脱羧方式。
1.α-单纯脱羧
2.α-氧化脱羧
3.β-单纯脱羧
4.β-氧化脱羧
(四)物质的氧化方式:加氧、脱氢、失电子,化学本质相同,但以脱氢为主。
1.加氧:底物分子中加入氧原子或氧分子。
2.脱氢:底物分子在脱氢酶催化下脱掉氢原子
3.失电子:细胞色素蛋白中二价铁离子的氧化。
二、线粒体氧化体系
(一)呼吸链的概念:线粒体内膜中一组排列有序的递氢体和递电子体,可将代谢物脱下的电子传递给氧,生成水并释放能量。
(二)呼吸链的组成
1.黄素蛋白酶类及其辅基(FMN、FAD)
2.铁硫蛋白类:属于单电子传递体。
3.辅酶Q:是递氢体
4.细胞色素类:属于单电子传递体。
(三)呼吸链各组分在线粒体内膜上的分布:除CoQ和Cyt c外,呼吸链其余成分组装成四大复合体(复合体Ⅰ、复合体Ⅱ、复合体Ⅲ、复合体Ⅳ)存在于线粒体内膜。
(四)体内重要的呼吸链:目前已发现的有两条。
1.NADH氧化呼吸链:NADH→复合体Ⅰ→CoQ→复合体Ⅲ→Cyt c→复合体Ⅳ→O2。
2.琥珀酸氧化呼吸链:琥珀酸等→复合体Ⅱ→CoQ→复合体Ⅲ→Cyt c→复合体Ⅳ→O2。
3.呼吸链的排列依据:根据各组分的标准氧化还原电位值确定排序,根据各组分的氧化态和还原态的吸收光谱不同排序,加入不同特异性抑制剂确定呼吸链的排列顺序,通过体外分拆和重组呼吸链的4种复合体。
三、生物氧化与能量代谢
(一)高能化合物的种类:体内的高能化合物主要是高能磷酸化合物和高能硫酯化合物。
(二)ATP的生成:方式有两种,以氧化磷酸化为主。
1.底物水平磷酸化:营养物质通过分解代谢生成高能化合物,再通过高能基团转移给ADP形成ATP的过程。
2.氧化磷酸化
(1)P/O比值:即生成ATP的摩尔数。
(2)自由能变化
(3)氧化磷酸化合成ATP的机制:化学渗透假说。
①ATP合酶的结构
②ATP合酶的作用机制:结合变构机制。
③腺苷酸和磷酸的转运
(4)影响氧化磷酸化的因素
①ADP(主要因素)
②呼吸链抑制剂
③解偶联剂
④甲状腺激素
⑤ATP合酶抑制剂
⑥线粒体DNA的突变
(三)ATP的利用与储存:ATP主要来自糖、脂肪、蛋白质等物质的生物氧化,是机体所需能量的直接供体。ATP循环是能量代谢的核心。
(四)细胞质NADH的氧化
1.甘油-3-磷酸穿梭:主要发生在脑和骨骼肌等组织。
2.苹果酸-天冬氨酸穿梭:抓哟在肝脏和心肌中进行。
四、其它氧化与抗氧化体系
(一)抗氧化体系
1.超氧化物歧化酶
2.过氧化氢酶
3.过氧化物酶
(二)细胞色素P450单加氧酶