5 生物氧化

1、生物氧化和氧化磷酸化生物氧化和氧化磷酸化知識(shí)要點(diǎn)生物氧化的實(shí)質(zhì)是脫氫、失電子或與氧結(jié)合，消耗氧生成CO2和H2O，與體外有機(jī)物的化學(xué)氧化（如燃燒）相同，釋放總能量都相同。生物氧化的特點(diǎn)是：作用條件溫和，通常在常溫、常壓、近中性pH及有水環(huán)境下進(jìn)行；有酶、輔酶、電子傳遞體參與，在氧化還原過(guò)程中逐步放能；放出能量大多轉(zhuǎn)換為ATP分子中活躍化學(xué)能，供生物體利用。體外燃燒則是在高溫、干燥條件下進(jìn)行的劇烈游離基反應(yīng)，能量爆發(fā)釋放，并且釋放的能量轉(zhuǎn)

2、為光、熱散失于環(huán)境中。（一）高能磷酸化合物生物體內(nèi)有許多磷酸化合物，其磷酸基團(tuán)水解時(shí)可釋放出20.92kJ／mol以上自由能的化合物稱(chēng)為高能磷酸化合物。按鍵型的特點(diǎn)可分為：1磷氧鍵型：焦磷酸化合物如腺三磷（ATP）是高能磷酸化合物的典型代表。ATP磷酸酐鍵水解時(shí)，釋放出30.54kJ／mol能量，它有兩個(gè)高能磷酸鍵，在能量轉(zhuǎn)換中極為重要；酰基磷酸化合物如13二磷酸甘油酸以及烯醇式磷酸化合物如磷酸烯醇式丙酮酸都屬此類(lèi)。2磷鍵型化合物如磷酸

3、肌酸、磷酸精氨酸。3酯鍵型化合物如乙酰輔酶A。4甲硫健型化合物如S腺苷甲硫氨酸。此外，脊椎動(dòng)物中的磷酸肌酸和無(wú)脊椎動(dòng)物中的磷酸精氨酸，是ATP的能量貯存庫(kù)，作為貯能物質(zhì)又稱(chēng)為磷酸原。（二）電子傳遞鏈電子傳遞鏈?zhǔn)窃谏镅趸?，底物脫下的氫（Heˉ），經(jīng)過(guò)一系列傳遞體傳遞，最后與氧結(jié)合生成H2O的電子傳遞系統(tǒng)，又稱(chēng)呼吸鏈。呼吸鏈上電子傳遞載體的排列是有一定順序和方向的，電子傳遞的方向是從氧還電勢(shì)較負(fù)的化合物流向氧化還原電勢(shì)較正的化合物，直到

4、氧。氧是氧化還原電勢(shì)最高的受體，最后氧被還原成水。電子傳遞鏈在原核細(xì)胞存在于質(zhì)膜上，在真核細(xì)胞存在于線(xiàn)粒體的內(nèi)膜上。線(xiàn)粒體內(nèi)膜上的呼吸鏈有NADH呼吸鏈和FADH2呼吸鏈。1構(gòu)成電子傳遞鏈的電子傳遞體成員分五類(lèi)：（1）煙酰胺核苷酸（NAD＋）多種底物脫氫酶以NAD＋為輔酶，接受底物上脫下的氫成為還原態(tài)的NADH＋H＋，是氫（H＋和eˉ）傳遞體。（2）黃素蛋白黃素蛋白以FAD和FMN為輔基，接受NADH＋H＋或底物（如琥珀酸）上的質(zhì)子和電

5、子，形成FADH2或FMNH2，傳遞質(zhì)子和電子。（3）鐵硫蛋白或鐵硫中心也稱(chēng)非血紅素蛋白，是單電子傳遞體，氧化態(tài)為Fe3＋，還原態(tài)為Fe2＋。（4）輔酶Q又稱(chēng)泛醌，是脂溶性化合物。它不僅能接受脫氫酶的氫，還能接受琥珀酸脫氫酶等的氫（H＋＋eˉ）。是處于電子傳遞鏈中心地位的載氫體。（5）細(xì)胞色素類(lèi)是含鐵的單電子傳遞載體。鐵原子處于卟啉的中心，構(gòu)成血紅素。它是細(xì)胞色素類(lèi)的輔基。細(xì)胞色素類(lèi)是呼吸鏈中將電子從輔酶Q傳遞到氧的專(zhuān)一酶類(lèi)。線(xiàn)粒體的電

6、子至少含有5種不同的細(xì)胞色素（即b、c、c1、a、a3）。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，它們?cè)陔娮觽鬟f鏈上電于傳遞的順序是解偶聯(lián)劑與電子傳遞抑制劑是不同的，解偶聯(lián)劑只消除內(nèi)膜兩側(cè)質(zhì)子或電位梯度，不抑制呼吸鏈的電子傳遞，甚至加速電子傳遞，促進(jìn)呼吸底物和分子氧的消耗，但不形成ATP，只產(chǎn)生熱量。4氧化磷酸化的作用機(jī)理與電子傳遞相偶聯(lián)的氧化磷酸化作用機(jī)理雖研究多年，但仍不清楚。曾有三種假說(shuō)試圖解釋其機(jī)理。這三種假說(shuō)為：化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō)、構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō)、化學(xué)滲透假說(shuō)

7、。（1）化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō)認(rèn)為電子傳遞中所釋放的自由能以一個(gè)高能共價(jià)中間物形式暫時(shí)存在，隨后裂解將其能量轉(zhuǎn)給ADP以形成ATP。但不能從呼吸鏈中找到高能中間物的實(shí)例。（2）構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō)認(rèn)為電子沿呼吸鏈傳遞釋放的自由能使線(xiàn)粒體內(nèi)膜蛋白質(zhì)發(fā)生構(gòu)象變化而形成一種高能形式暫時(shí)存在。這種高能形式將能量轉(zhuǎn)給F0F1ATP酶分子使之發(fā)生構(gòu)象變化，F(xiàn)0F1ATP酶復(fù)原時(shí)將能量轉(zhuǎn)給ADP形成ATP。（3）化學(xué)滲透假說(shuō)該假說(shuō)由英國(guó)生物化學(xué)家PeterMitche

8、ll提出的。他認(rèn)為電子傳遞的結(jié)果將H從線(xiàn)粒體內(nèi)膜上的內(nèi)側(cè)“泵”到內(nèi)膜的外側(cè)，于是在內(nèi)膜內(nèi)外兩側(cè)產(chǎn)生了H的濃度梯度。即內(nèi)膜的外側(cè)與內(nèi)膜的內(nèi)側(cè)之間含有一種勢(shì)能，該勢(shì)能是H返回內(nèi)膜內(nèi)側(cè)的一種動(dòng)力。H通過(guò)F0F1ATP酶分子上的特殊通道又流回內(nèi)膜的內(nèi)側(cè)。當(dāng)H返回內(nèi)膜內(nèi)側(cè)時(shí)，釋放出自由能的反應(yīng)和ATP的合成反應(yīng)相偶聯(lián)。該假說(shuō)目前得到較多人的支持。實(shí)驗(yàn)證明氧化磷酸化作用的進(jìn)行需要完全的線(xiàn)粒體內(nèi)膜存在。當(dāng)用超聲波處理線(xiàn)粒體時(shí)，可將線(xiàn)粒體內(nèi)膜嵴打成片段

9、：有些片段的嵴膜又重新封閉起來(lái)形成泡狀體，稱(chēng)為亞線(xiàn)粒體泡（內(nèi)膜變?yōu)榉D(zhuǎn)朝外）。這些亞線(xiàn)粒體泡仍具有進(jìn)行氧化磷酸化作用的功能。在囊泡的外面可看到F1球狀體。用尿素或胰蛋白酶處理這些囊泡時(shí)，內(nèi)膜上的球體F1脫下，F(xiàn)0留在膜上。這種處理過(guò)的囊泡仍具有電子傳遞鏈的功能，但失去合成ATP的功能。當(dāng)將F1球狀體再加回到只有F0的囊泡時(shí)，氧化磷酸化作用又恢復(fù)。這一實(shí)驗(yàn)說(shuō)明線(xiàn)粒體內(nèi)膜嵴上的酶（F0）起電子傳遞的作用，而其上的F1是形成ATP的重要成分，

10、F0和F1是一種酶的復(fù)合體。5能荷細(xì)胞中存在三種腺苷酸即AMP、ADP、ATP，稱(chēng)為腺苷酸庫(kù)。在細(xì)胞中ATP、ADP和AMP在某一時(shí)間的相對(duì)數(shù)量控制著細(xì)胞活動(dòng)。Atkinson提出了能荷的概念。認(rèn)為能荷是細(xì)胞中高能磷酸狀態(tài)的一種數(shù)量上的衡量，能荷大小可以說(shuō)明生物體中ATPADPAMP系統(tǒng)的能量狀態(tài)。能荷＝([ATP]0.5[ADP])([ATP][ADP][AMP])，可看出，能荷的大小決定于A(yíng)TP和ADP的多少。能荷的從0到1.0，當(dāng)

11、細(xì)胞中都是ATP時(shí)，能荷為1.0。此時(shí)，可利用的高能磷酸鍵數(shù)量最大。都為ADP時(shí)，能荷為0.5，系統(tǒng)中有一半的高能磷酸健。都為AMP時(shí)，能荷為0，此時(shí)無(wú)高能磷酸化合物存在。實(shí)驗(yàn)證明能荷高時(shí)可抑制ATP的生成，卻促進(jìn)ATP的利用。也就是說(shuō)，能荷高可促進(jìn)合成代謝而抑制分解代謝，相反，能荷低則促進(jìn)分解代謝而抑制合成代謝。能荷調(diào)節(jié)是通過(guò)ATP、ADP和AMP分子對(duì)某些酶分子進(jìn)行變構(gòu)調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。5、線(xiàn)粒體的穿梭系統(tǒng)真核生物在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行糖酵解時(shí)