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要點生物氧化的實質(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)境下進行；有酶、輔酶、電子傳遞體參與，在氧化還原過程中逐步放能；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，其磷酸基團水解時可釋放出20.92kJ／mol以上自由能的化合物稱為高能磷酸化合物。按鍵型的特點可分為：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，釋放出30.54kJ／mol能量，它有兩個高能磷酸鍵，在能量轉(zhuǎn)換中極為重要；?；姿峄衔锶?3二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。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，脊椎動物中的磷酸肌酸和無脊椎動物中的磷酸精氨酸，是ATP的能量貯存庫，作為貯能物質(zhì)又稱為磷酸原。（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較負(fù)的化合物流向氧化還原電勢較正的化合物，直到

4、氧。氧是氧化還原電勢最高的受體，最后氧被還原成水。電子傳遞鏈在原核細胞存在于質(zhì)膜上，在真核細胞存在于線粒體的內(nèi)膜上。線粒體內(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：（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）細胞色素類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。它是細胞色素類的輔基。細胞色素類是呼吸鏈中將電子從輔酶Q傳遞到氧的專一酶類。線粒體的電

6、子至少含有5種不同的細胞色素（即b、c、c1、a、a3）。通過實驗證明，它們在電子傳遞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理與電子傳遞相偶聯(lián)的氧化磷酸化作用機理雖研究多年，但仍不清楚。曾有三種假說試圖解釋其機理。這三種假說為：化學(xué)偶聯(lián)假說、構(gòu)象偶聯(lián)假說、化學(xué)滲透假說

7、。（1）化學(xué)偶聯(lián)假說認(rèn)為電子傳遞中所釋放的自由能以一個高能共價中間物形式暫時存在，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例。（2）構(gòu)象偶聯(lián)假說認(rèn)為電子沿呼吸鏈傳遞釋放的自由能使線粒體內(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)原時將能量轉(zhuǎn)給ADP形成ATP。（3）化學(xué)滲透假說該假說由英國生物化學(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)之間含有一種勢能，該勢能是H返回內(nèi)膜內(nèi)側(cè)的一種動力。H通過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，釋放出自由能的反應(yīng)和ATP的合成反應(yīng)相偶聯(lián)。該假說目前得到較多人的支持。實驗證明氧化磷酸化作用的進行需要完全的線粒體內(nèi)膜存在。當(dāng)用超聲波處理線粒體時，可將線粒體內(nèi)膜嵴打成片段

9、：有些片段的嵴膜又重新封閉起來形成泡狀體，稱為亞線粒體泡（內(nèi)膜變?yōu)榉D(zhuǎn)朝外）。這些亞線粒體泡仍具有進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，內(nèi)膜上的球體F1脫下，F(xiàn)0留在膜上。這種處理過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，氧化磷酸化作用又恢復(fù)。這一實驗說明線粒體內(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能荷細胞中存在三種腺苷酸即AMP、ADP、ATP，稱為腺苷酸庫。在細胞中ATP、ADP和AMP在某一時間的相對數(shù)量控制著細胞活動。Atkinson提出了能荷的概念。認(rèn)為能荷是細胞中高能磷酸狀態(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ATP和ADP的多少。能荷的從0到1.0，當(dāng)

11、細胞中都是ATP時，能荷為1.0。此時，可利用的高能磷酸鍵數(shù)量最大。都為ADP時，能荷為0.5，系統(tǒng)中有一半的高能磷酸健。都為AMP時，能荷為0，此時無高能磷酸化合物存在。實驗證明能荷高時可抑制ATP的生成，卻促進ATP的利用。也就是說，能荷高可促進合成代謝而抑制分解代謝，相反，能荷低則促進分解代謝而抑制合成代謝。能荷調(diào)節(jié)是通過ATP、ADP和AMP分子對某些酶分子進行變構(gòu)調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的。5、線粒體的穿梭系統(tǒng)真核生物在細胞質(zhì)中進行糖酵解時