第七章生物氧化bqrw.docx

第六章生生物氧化化第一节 概述一、生物物氧化的的意义生物机体体在生命命过程中中需要能能量，如如生物合合成、物物质转运运、运动动、思维维和信息息传递等等都需要要消耗能能量，这这些能量量从哪里里来呢？能量的的来源，主主要依靠靠生物体体内糖、脂脂肪、蛋蛋白质等等有机化化合物在在体内的的氧化。有机物质质在生物物细胞内内氧化分分解，最最终彻底底氧化成成二氧化化碳和水水，并释释放能量量的过程程，称为为生物氧氧化。生生物氧化化是在细细胞中进进行的，所所以生物物氧化又又称为细细胞呼吸吸。生物物氧化为为机体生生命活动动所需要要的能量量。真核生物物细胞的的生物氧氧化在线线粒体中中进行，原原核生物物细胞，生生物氧化化在细胞胞质膜上上进行。二、生物物氧化的的特点生物氧化化与体外外物质氧氧化或燃燃烧的化化学本质质是相同同的，最最终产物物是二氧氧化碳和和水，所所释放的的能量也也相等。但但生物氧氧化与非非生物氧氧化所进进行的方方式不同同，其特特点为：1、生物物氧化在在细胞内内进行，是是在体温温和接近近中性PPH和有有水的环环境进行行的，是是在一系系列酶、辅辅酶和传传递体的的作用下下逐步进进行的，每每一步反反应都放放出一部部分能量量，逐步步释放的的能量的的总和与与同一氧氧化反应应在体内内进行是是相同。这这样不会会因氧化化过程中中能量骤骤然释放放，体温温突然上上升而损损害机体体，而且且释放的的能量也也能有效效地利用用。2、生物物氧化过过程所释释放的能能量通常常先贮存存在一些些高能化化合物如如ATPP中，AATP相相当于生生物体内内的能量量转运站站。3、有机机化合物物在体内内外是碳碳在氧中中燃烧，产产生二氧氧化碳，而而生物氧氧化是通通过羧酸酸脱羧作作用产生生二氧化化碳。第二节 线粒体体氧化体体系生物体内内存在多多种氧化化体系，其其中最重重要的是是存在与与线粒体体中线粒粒体氧化化体系。此此外还有有微粒体体氧化体体系、过过氧化体体氧化体体系、细细菌的生生物氧化化体系等等。一、呼吸吸链的概概念在生物氧氧化过程程中，代代谢物的的氢由脱脱氢酶激激活，脱脱下来的的氢经过过几种传传递体的的传递，将将电子传传递到细细胞色素素体系，最最后将电电子传递递给氧，活活化的氢氢（H+）和活活化的氧氧（O22-）结结合成水水，在这这个过程程中构成成的传递递链称为为电子传传递链，或或呼吸链链。二、呼吸吸链的组组成构成呼吸吸链的成成分有220多种种。大致致可将它它们分成成五类。即即以NAAD+或NAADP+为辅酶酶的脱氢氢酶类；以FAAD或FFMN为为辅基的的黄素蛋蛋白酶类类；铁硫硫蛋白类类；泛醌醌和细胞胞色素类类。依具具体功能能又可分分为递氢氢体和递递电子体体。（一）递递氢体在呼吸链链中即可可接受氢氢又可把把所接受受的氢传传递给另另一种物物质的成成分叫递递氢体，包包括：1、NAAD+和NAADP+NAD+和NAADP+是不需需氧脱氢氢酶的辅辅酶。它它们分别别可与不不同的酶酶蛋白组组成多种种功能各各异的不不需氧脱脱氢酶。辅辅酶分子子能可逆逆地加氢氢和脱氢氢。2、FAAD和FFMNFAD和和FMNN是黄素素蛋白（又又称黄素素酶）类类的辅基基。它们们能可逆逆地加氢氢和脱氢氢。3、泛醌醌泛醌（QQ），因因广泛分分布与生生物界并并具有醌醌的结构构而得名名。它以以1，44-苯醌醌作为传传递H+和e的的反应核核心，氧氧化还原原过程是是先接受受一个HH+和e变变成半醌醌，在接接受一个个H+和e变变成氢醌醌。氧化还原原总反应应为：（二）递递电子体体 既能接接受电子子又能将将电子传传递出去去的物质质叫做递递电子体体。呼吸吸链中的的递电子子体包括括两类。1、铁硫硫蛋白类类 铁硫蛋蛋白（FFe-SS）是存存在于线线粒体内内膜上的的一类与与电子传传递有关关的蛋白白质。现现已发现现的铁硫硫蛋白有有九种，各各种铁硫硫蛋白中中均含有有铁和对对硫不稳稳定的硫硫，用硫硫酸处理理可释放放出H22S。FFe-SS代表铁铁硫蛋白白电子传传递的反反应中心心，即称称铁硫中中心。FFe-SS中的FFe均与与蛋白质质分子中中半胱氨氨酸残基基上的-SH中中的S结结合。 铁铁硫中心心的Fee原子能能可逆地地获得和和丢失电电子，在在呼吸链链中起到到传递电电子的作作用：2、细胞胞色素类类细胞色素素（Cyyt）是是广泛分分布于需需氧生物物线粒体体内膜上上的一类类传递电电子的色色素蛋白白，其辅辅基为含含铁卟啉啉的衍生生物。参参与线粒粒体生物物氧化体体系的有有Cytta、aa3、b、cc和c33。Cyyta、bb和c的的辅基分分别是血血红素AA、B和和C。细细胞色素素电子传传递作用用就是依依靠分子子中铁离离子化合合价的可可逆变化化而实现现的。目前尚不不能将CCytaa和a33分开，故故将它们们合称为为细胞色色素氧化化酶。它它们靠分分子中所所含的铜铜的氧化化还原变变化（ ）来实实现电子子传递作作用。三、呼吸吸链中传传递体的的排列顺顺序呼吸链中中氢和电电子的传传递有严严格的顺顺序和方方向，这这些顺序序和方向向是根据据各种递递氢体和和递电子子体的标标准氧化化还原电电位数值值的测定定，并利利用某些些特异的的抑制剂剂切断其其中的电电子流后后，再测测定电子子传递链链中各组组分的氧氧化还原原态，以以及在体体外将电电子传递递体重新新组成呼呼吸链等等实验而而得到结结论。用去垢剂剂温和处处理线粒粒体内膜膜，可以以得到四四种电子子传递复复合体，每每一种复复合体代代表完整整呼吸链链的一部部分，具具有各自自独特的的功能。复合体：指呼呼吸链从从NADD+到泛醌醌之间的的组分，整整个复和和物嵌在在线粒体体内膜上上。NAADH脱脱下的氢氢经复合合体中FMMN、铁铁硫蛋白白等传递递给Q，与与此同时时拌有质质子从线线粒体基基质转移移到线粒粒体外（膜膜间隙）。复合体：介于于琥珀酸酸到泛醌醌之间，能能将2HH从琥珀珀酸传给给FADD，然后后经铁硫硫蛋白传传递至QQ。Q可可以接受受复合体体和传递的的氢，将将质子释释放到线线粒体基基质中，将将电子传传递给复复合体。复合体：从QQ到细胞胞色素CC之间的的呼吸链链组分，包包含Cyytb、cc1、铁硫硫蛋白以以及其他他多种蛋蛋白质。复复合体在Q和和细胞色色素之间间传递电电子，与与此同时时拌有质质子从线线粒体基基质中转转移到线线粒体外外。复合体：又称称细胞色色素氧化化酶，包包括细胞胞色素CCytaaa3，电子子从细胞胞色素CC通过复复合体传递给给氧，同同时引起起质子从从线粒体体基质向向外流动动。因此，代代谢物氧氧化脱下下的氢及及电子在在四个复复合体中中的传递递顺序是是：代谢物脱脱下的氢氢及电子子经复合合体或传递给给Q，QQ将氢释释放在线线粒体基基质中，将将电子传传递给复复合体，复合合体再将电电子转移移给复合合体，最后后将电子子传递给给氧。这这样活化化的氧可可与基质质中的氢氢结合成成水。整整个呼吸吸链电子子传递的的同时，伴伴有质子子从线粒粒体基质质流向线线粒体外外，从而而产生质质子跨膜膜梯度，形形成膜电电位，导导致ATTP的生生成。四、呼吸吸链的类类型呼吸链按按其组成成成分、排排列顺序序和功能能上的差差异分为为两种。1、NAADH呼呼吸链该呼吸链链由还原原型辅酶酶I作为为起始而而得名。是是人和动动物细胞胞内的主主要呼吸吸。这是是因为有有机物质质在氧化化过程中中的大多多数脱氢氢酶都是是以NAAD+作用辅辅酶的缘缘故。NNADHH呼吸链链的组分分和排列列顺序如如图：2、FAAD呼吸吸链 该呼呼吸链以以FADDH2起始而而得名。体体内尚有有许多代代谢物以以FADD为辅基基的酶参参与脱氢氢氧化作作用。FFAD呼呼吸链个个组分和和排列顺顺序如图图：五、呼吸吸链的作作用无论是NNADHH呼吸链链还是FFAD呼呼吸链，都都可将代代谢物上上脱下的的氢与氧氧结合生生成水，同同时为机机体生命命活动提提供能量量。（一）代代谢水的的生成根据两种种呼吸链链显示，呼呼吸摄入入的氧与与氢反应应生成水水。也就就是说代代谢物脱脱下的氢氢（2HH+e），通通过递氢氢体和递递电子体体最终使使氧激活活（1/2O22+2eeO2-），活活化的氧氧与基质质中的22个氢化化合成水水，完成成呼吸链链的一次次全程传传递。这这种方式式生成的的水称代代谢水。若若无氧的的存在，呼呼吸链也也就无法法进行。需需氧生物物不能生生存的主主要原因因就是呼呼吸链对对氧的绝绝对需求求，呼吸吸链的正正常传递递为机体体提供了了足够的的能量。（二）能能量的生生成体内ATTP形成成有两种种方式，与与呼吸链链有关的的是氧化化磷酸化化方式。1、氧化化磷酸化化：供机体生生命活动动的能量量主要来来自氧化化磷酸化化作用。1）定义义：代谢谢物脱下下的氢在在呼吸链链一系列列氢转移移和电子子传递的的氧化过过程中释释放能量量使ADDP磷酸酸化生成成ATPP的过程程。2）氧化化磷酸化化的偶联联部位：实验证明明，代谢谢物脱下下的氢经经NADDH呼吸吸链氧化化生成水水的P/O比值值为3（PP/O即即为无机机磷酸消消耗的摩摩尔数与与氧原子子消耗的的摩尔数数之比），即即消耗11摩尔氧氧可生成成3摩尔尔ATPP，经FFAD呼呼吸链氧氧化生成成水的PP/O，即即消耗11摩尔氧氧原子可可生成22摩尔AATP。这这样，在在NADD呼吸链链中存在在着两个个磷酸化化偶联部部位。3）氧化化磷酸化化机制目前被普普遍接受受的是化化学渗透透学说。该学说主主要论点点是呼吸吸链存在在与于线线粒体内内膜上，当当进行氧氧化时，呼呼吸链中中的复合合体起质质子泵作作用，质质子被泵泵出线粒粒体内膜膜的外侧侧，形成成质子浓浓度的内内低外高高的浓度度梯度，这这样造成成了膜内内外两侧侧跨膜的的化学电电位差，其其中蕴藏藏着电化化学能量量，此能能量能使使ADPP磷酸化化生成AATP。4）氧化化磷酸化化的影响响因素影响呼吸吸链的任任何因素素都影响响氧化磷磷酸化的的正常进进行，可可将这些些因素可可分为三三种类型型：A：呼吸吸链抑制制剂 这些物物质以专专一的结结合部位位抑制呼呼吸链的的正常传传递，影影响氧化化磷酸化化作用，从从而妨碍碍或破坏坏能量的的供给，如如：阿米米妥（麻麻醉药）、鱼鱼藤酮（杀杀虫剂）、大大黄酸等等抑制NNADHHQ之间间的氢传传递，抗抗霉素AA抑制QQCyttc之间间的电子子传递，氰氰化物、叠叠氮化物物、COO和H22S则抑抑制细胞胞Cyttaa33与氧之之间的电电子传递递。B：解偶偶联剂 这些些物质并并不影响响呼吸链链中的电电子传递递，而解解除氧化化磷酸化化的偶联联作用。如如：2，44-二硝硝基苯酚酚（DNNP），使使ADPP不能磷磷酸化形形成ATTP。又又如：感感冒或患患某种传传染性疾疾病时，体体温升高高就是细细菌或病病毒产生生某种解解偶联剂剂，影响响氧化磷磷酸化的的正常进进行，导导致较多多的能量量转变成成热能。C：离子子载体抑抑制剂 这些些物质可可与K+、Naa+形成脂脂溶性复复和物，将将线粒体体内的KK+、Naa+转移到到胞液，在在转移过过程中消消耗了能能量，从从而抑制制了ADDP磷酸酸化生成成ATPP的作用用。这些些抑制剂剂主要有有短杆菌菌肽、缬缬霉素等等。2、底物物磷酸化化底物分子子内部能能量重新新分布形形成高能能磷酸酯酯键拌有有ADPP磷酸化化生成AATP的的作用，称称为底物物磷酸化化。底物物磷酸化化与呼吸吸链的电电子传递递无关。例例如：六、能量量的贮存存与利用用生物体内内能量的的生成、贮贮存和利利用总是是围绕AADP磷磷酸化的的吸能反反应和AATP水水解放能能反应进进行的。1、能量量贮存机体能量量供大于于求时，AATP在在磷酸肌肌酸那的的作用下下，将其其所含的的能量转转移给肌肌酸C，以以磷酸肌肌酸（CCP）形形式贮存存。因此，磷磷酸肌酸酸是生物物体能量量的贮存存形式。2、能量量的利用用机体能量量供不应应求时，在在酶的作作用下，磷磷酸肌酸酸可将贮贮存的能能量交给给ADPP磷酸化化生成AATP以以供能量量所需。AATP是是能量的的直接供供应者。第三节 非线粒粒体氧化化体系线粒体以以外的氧氧化体系系被称为为为非线线粒体氧氧化体系系，包括括微粒体体氧化体体系，过过氧化体体氧化体体系等。该该体系与与能量生生成无关关，但具具有特定定的生理理功能。一、微粒粒体氧化化体系微粒体氧氧化体系系存在于于细胞的的光滑内内质网上上。其组组成成分分复杂，目目前尚不不完全，根根据催化化底物氧氧化反应应情况不不同，可可将它们们分为两两种类型型。1、加单单氧酶系系加单氧酶酶是由NNADPP-细胞胞色素PP4500还原酶酶、细胞胞色素 P4550、FFAD等等组成的的一种复复杂酶系系。其催催化作用用使氧分分子中的的一个氧氧原子被被加到底底物分子子上，而而另一氧氧原子与与NADDPH+ HH+上的两两个质子子化合成成水。因因催化作作用具有有双重功功能又称称为混合合功能氧氧化酶，又又因催化化底物发发生羟化化反应，也也称为羟羟化酶。RH+NNADPPH+HH+O2ROHH+NAADP+H2O加单氧酶酶的主要要功能是是：参与体体内正常常的物质质代谢。如如肾上腺腺皮质类类固醇的的羟化、类类固醇激激素的合合成、维维生素DD3的羟化化以及胆胆汁酸、胆胆色素的的形成等等反应都都与其有有关；参与某某些毒物物（如苯苯胺）和和药物（如如吗啡等等）解毒毒转化和和代谢清清除反应应。2、加双双氧酶系系加双氧酶酶又称转转化酶。催催化两个个氧原子子直接加加到底物物分子特特定的双双键上，使使该底物物分子分分解成两两部分。其其催化的的反应通通式可表表示为：二、过氧氧化体氧氧化体系系1、过氧氧化氢的的生成 过过氧化体体中含较较多的需需氧脱氢氢酶，它它们可分分别催化化L-氨氨基酸、DD-氨基基酸、黄黄嘌呤等等物质脱脱氢酶氧氧化，产产生过氧氧化氢。由于多种种需氧脱脱氢酶的的催化作作用使机机体产生生了大量量的过氧氧化氢，造造成对机机体的影影响。2、过氧氧化氢对对机体的的影响 过氧化化氢对机机体的作作用有两两重性。有有利的方方面表现现在：在粒细细胞和巨巨噬细胞胞中可杀杀死吞噬噬进来的的有害细细菌。在甲状状腺中参参与酪氨氨酸的碘碘化反应应有利于于甲状腺腺素的合合成等。然然而，过过氧化氢氢具有毒毒性，产产生过多多对机体体会造成成危害：氧化含含巯基的的酶或蛋蛋白，导导致它们们丧失活活性。氧化生生物膜中中的不饱饱和脂肪肪酸形成成过氧化化脂质，损损伤膜功功能。过过氧化脂脂质与蛋蛋白质结结合后进进入溶酶酶体，难难以分解解排除，积积累成脂脂褐色素素颗粒。3、机体体对过氧氧化氢的的处理和和利用 在在过氧化化体中存存在着能能分解过过氧化氢氢的酶类类。它们们可将过过氧化氢氢转化为为机体无无害的物物质重新新利用起起来。1）过氧氧化氢酶酶 过过氧化氢氢酶又称称触酶，是是含铁卟卟啉的结结合酶，能能催化过过氧化氢氢分解成成水和氧氧：2）过氧氧化物酶酶 过过氧化物物酶也是是含铁卟卟啉的结结合酶。它它可催化化酚类或或胺类物物质脱氢氢，并使使脱下的的氢与HH2O2反应生生成水。反反应如下下：3）谷胱胱甘肽过过氧化物物酶 在许多多组织细细胞中（尤尤其是红红细胞中中）存在在着含硒硒的谷光光甘肽过过氧化物物酶。可可催化还还原型谷谷胱甘肽肽（G-SH）与与过氧化化氢反应应，使过过氧化氢氢分解，从从而保护护膜脂和和红细胞胞免受氧氧化，维维持它们们的正常常功能。三、自由由基与超超氧化物物歧化酶酶1、自由由基的概概念大多数化化学键由由双电子子组成。这这些键在在断裂时时有两种种方式：一种是是异裂后后使两电电子全部部分配给给裂解后后的产物物之一而而形成离离子（AA：BA+ + ：B-）；另另一种是是均裂后后将两电电子平均均分配给给裂解后后的两部部分，生生成在水水溶液中中呈均一一态的具具有未配配对电子子的产物物（A：BA。 + B。）。常常将带有有未配对对电子的的原子或或化学基基团称自自由基。如如：NOO（O=N。）、II。、HHO。、O2。-等均均为带有有未配对对电子的的自由基基。2、自由由基的危危害生物体在在代谢过过程中产产生的自自由基主主要是超超氧化阴阴离子（OO2。-）和和羟基自自由基（HHO。）及其其它们的的活性衍衍生物。在在生理条条件下，生生物体内内96%-999%的氧氧通过呼呼吸链中中的细胞胞色素氧氧化酶催催化而还还原成水水，近11%-44%的氧氧产生超超氧化阴阴离子、羟羟基自由由基和过过氧化氢氢。当线线粒体的的结构受受到影响响时，氧氧自由基基的产量量增多。若若产生量量超过机机体的清清除能力力便会造造成对机机体的损损伤，主主要使DDNA氧氧化、修修饰、甚甚至断裂裂；可氧氧化蛋白白质的巯巯基改变变蛋白质质功能；自由基基还可使使细胞磷磷脂膜分分子中高高度不饱饱和脂肪肪酸氧化化生成脂脂质，引引起生物物膜损伤伤。3、机体体对自由由基的清清除需氧生物物体内普普遍存在在一种超超氧化物物歧化酶酶（SOOD），它它能催化化超氧化化阴离子子与质子子发生反反应生成成氧和过过氧化氢氢，过氧氧化氢进进一步被被相应的的酶分解解，从而而保护机机体免受受氧自由由基的损损伤。除了酶对对自由基基的清除除外，许许多抗氧氧化剂也也参与了了对自由由基的清清除。如如维生素素E、谷谷胱甘肽肽、抗坏坏血酸、-胡萝卜素、不饱和脂肪酸等都以不同的方式直接参与了体内对自由基的清除过程。