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最新臨床執業醫師《生物化學》備考：生物氧化
生物氧化是在生物體內，從代謝物脫下的氫及電子，通過一系列酶促反應與氧化合成水，并釋放能量的過程。也指物質在生物體內的一系列氧化過程。主要為機體提供可利用的能量。下面是小編為大家整理的最新臨床執業醫師《生物化學》備考：生物氧化，一起來看看吧！
臨床執業醫師《生物化學》備考：生物氧化1
概念、特點
1.概念：有機物質在生物體細胞內氧化分解產生二氧化碳、水，并釋放出大量能量的過程稱為生物氧化(biological oxidation)，又稱細胞呼吸或組織呼吸。
2.特點：生物氧化和有機物質體外燃燒在化學本質上是相同的，遵循氧化還原反應的一般規律，所耗的氧量、最終產物和釋放的能量均相同。
(1)是在細胞內進行酶催化的氧化過程，反應條件溫和(水溶液中PH約為7和常溫)。
(2)在生物氧化的過程中，同時伴隨生物還原反應的產生。
(3)水是許多生物氧化反應的供氧體，通過加水脫氫作用直接參與了氧化反應。
(4)在生物氧化中，碳的氧化和氫化是非同步進行。氧化過程中脫下來的質子和電子，通常由各種載體，如NADH等傳遞給氧并最終生成水。
(5)生物氧化是一個分步進行的過程。每一步都有特殊的酶催化，每一步反應的產物都可以分離出來。這種逐步反應的模式有利于在溫和的條件下釋放能量，提高能源利用率。
(6)生物氧化釋放的能量，通過與ATP合成相偶聯，轉換成生物體能夠直接利用的生物能ATP。
3.部位：在真核生物細胞內，生物氧化都是在線粒體內進行，原核生物則在細胞膜上進行。
所屬體系
1.酶類：重要的為氧化酶和脫氫酶兩類，脫氫酶尤為重要。
氧化酶為含銅或鐵的蛋白質，能激活分子氧，促進氧對代謝物的直接氧化，只能以氧為受氫體，生成水。重要的有細胞色素氧化酶，可使還原型氧化成氧化型，亦可將氫放出的電子傳遞給分子氧使其活化。心肌中含量甚多。此外還有過氧化物酶、過氧化氫酶等。
脫氫酶分需氧脫氫酶和不需氧脫氫酶。前者可激活代謝物分子中的氫，與分子氧結合，產生過氧化氫。在無分子氧時，可利用亞甲藍為受氫體。需氧脫氫酶皆以FMN或FAD為輔酶。不需氧脫氫酶可激活代謝物分子中的氫，使脫出的氫轉移給遞氫體或非分子氧。一般在無氧或缺氧環境下促進代謝物氧化。大部分以NAD或NADP為輔酶。
2.體系：有不需傳遞體和需傳遞體的兩種體系。
不需傳遞體的最簡單，在微粒體、過氧化酶體及胞液中代謝物經氧化酶或需氧脫氫酶作用后脫出的氫給分子氧生成水或過氧化氫。其特點是不伴磷酸化，不生成ATP，主要與體內代謝物、藥物和毒物的生物轉化有關。
需傳遞體的最典型的是呼吸鏈。是在線粒體經多酶體系催化，即通過電子傳遞鏈完成，與ATP的生成相關。
氧化生成
生物氧化中CO2的生成是代謝中有機酸的脫羧反應所致。有直接脫羧和氧化脫羧兩種類型。按脫羧基的位置又有α-脫羧和β-脫羧之分。
呼吸鏈的概念和類型
代謝物上的氫原子被脫氫酶激活脫落后，經過一系列的傳遞體，最后與激活的氧結合生成水的全部體系，此過程與細胞呼吸有關，所以將此傳遞鏈稱為呼吸鏈(respiratory chain)或電子傳遞鏈(electron transfer chain)。
在呼吸鏈中，酶和輔酶按一定順序排列在線粒體內膜上。其中傳遞氫的酶或輔酶稱為遞氫體，傳遞電子的酶或輔酶稱為電子傳遞體。遞氫體和電子傳遞體都起著傳遞電子的作用(2H→2H++2e)。
生物體內的呼吸鏈有多種型式。人體細胞線粒體內最重要的有兩條，即NADH氧化呼吸鏈和琥珀酸氧化呼吸鏈(FADH2氧化呼吸鏈)。它們的初始受氫體、生成ATP的數量及應用有差別。NADH氧化呼吸鏈應用最廣，糖、脂、蛋白質三大物質分解代謝中的脫氫氧化反應，絕大多數是通過該呼吸鏈來完成的。琥珀酸氧化呼吸鏈在Q處與上述NADH氧化呼吸鏈途徑交匯。其脫氫黃酶只能催化某些代謝物脫氫，不能催化NADH或NADPH脫氫。
呼吸鏈的組成
組成呼吸鏈的成分已發現20余種，分為5大類。
1.輔酶Ⅰ和輔酶Ⅱ
輔酶Ⅰ(NAD+或CoⅠ)為煙酰胺腺嘌呤二核苷酸。輔酶Ⅱ(NADP+或CoⅡ)為煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸。它們是不需氧脫氫酶的輔酶，分子中的煙酰胺部分，即維生素PP能可逆地加氫還原或脫氫氧化，是遞氫體。以NAD+作為輔酶的脫氫酶占多數。
2.黃素酶
黃素酶的種類很多，輔基有2種，即FMN和FAD。FMN是NADH脫氫酶的輔基，FAD是琥珀酸脫氫酶的輔基，都是以核黃素為中心構成的，其異咯嗪環上的第1位及第10位兩個氮原子能可逆地進行加氫和脫氫反應，為遞氫體。
3.鐵硫蛋白
分子中含有非血紅素鐵和對酸不穩定的硫，因而常簡寫為FeS形式。在線粒體內膜上，常與其他遞氫體或遞電子體構成復合物，復合物中的鐵硫蛋白是傳遞電子的反應中心，亦稱鐵硫中心，與蛋白質的結合是通過Fe與4個半胱氨酸的S相連接。
4.泛醌(又名輔酶Q)
一類廣泛分布于生物界的脂溶性醌類化合物。分子中的苯醌為接受和傳遞氫的核心，其C-6上帶有異戊二烯為單位構成的側鏈，在哺乳動物，這個長鏈為10個單位，故常以Q10表示。
5.細胞色素類
細胞色素(cytochrome， Cyt)是一類以鐵卟啉為輔基的結合蛋白質，存在于生物細胞內，因有顏色而得名。已發現的有30多種，按吸收光譜分a、b、c三類，每類又有好多種。
Cyta和a3 結合緊，迄今尚未分開，故寫成aa3，位于呼吸鏈的終末部位，其輔基為血紅素A，傳遞電子的機制是以輔基中鐵價的變化Fe3+ →Fe2+，a3還含有銅離子，把電子直接交給分子氧Cu+ →Cu2+，所以a3又稱細胞色素氧化酶。a3中的鐵原子可以與氧結合，也可以與氰化物離子(CN—)、CO等結合，這種結合一旦發生，a3便失去使氧還原的能力，電子傳遞中止，呼吸鏈阻斷，導致機體不能利用氧而窒息死亡。
呼吸鏈中傳遞體的順序
呼吸鏈中氫和電子的傳遞有著嚴格的順序和方向。根據氧化還原原理，氧化-還原電勢E是物質對電子親和力的量度，電極電位的高低反映電子得失的傾向，E O值愈低的氧還對(A/AH2)釋放電子的傾向愈大，愈容易成為還原劑而排在呼吸鏈的前面。所以NADH還原能力最強，氧分子的氧化能力最強。電子的自發流向是從電極電位低的物質(還原態)到電位高的氧化態，目前一致認可的是按標準氧還電位遞增值依次排列。
電子由NADH的傳遞到氧分子通過3個大的蛋白質復合體，即 NADH脫氫酶、細胞色素bc1復合體和細胞色素氧化酶到氧(又稱復合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ)。電子從FADH2的傳遞是通過琥珀酸-輔酶Q還原酶(復合體Ⅱ)經Q、復合體Ⅲ、Ⅳ到氧(琥珀酸-輔酶Q還原酶催化的反應的自由能變化太小)。
氧化作用
糖代謝中的三羧酸循環和脂肪酸β-氧化是在線粒體內生成NADH(還原當量)，可立即通過電子傳遞鏈進行氧化磷酸化。在細胞的胞漿中產生的NADH ，如糖酵解生成的NADH則要通過穿梭系統(shuttle system)使NADH的氫進入線粒體內膜氧化。
(一)α-磷酸甘油穿梭作用
這種作用主要存在于腦、骨骼肌中，載體是α-磷酸甘油。
胞液中的NADH在α-磷酸甘油脫氫酶的催化下，使磷酸二羥丙酮還原為α-磷酸甘油，后者通過線粒體內膜，并被內膜上的α-磷酸甘油脫氫酶(以FAD為輔基)催化重新生成磷酸二羥丙酮和FADH2，后者進入琥珀酸氧化呼吸鏈，生成1.5分子ATP。葡萄糖在這些組織中徹底氧化生成的ATP比其他組織要少，1摩爾G→30摩爾ATP。
(二)蘋果酸-天冬氨酸穿梭作用
主要存在肝和心肌中。1摩爾G→32摩爾ATP
胞液中的NADH在蘋果酸脫氫酶催化下，使草酰乙酸還原成蘋果酸，后者借助內膜上的α-酮戊二酸載體進入線粒體，又在線粒體內蘋果酸脫氫酶的催化下重新生成草酰乙酸和NADH。NADH進入NADH氧化呼吸鏈，生成2.5分子ATP。草酰乙酸經谷草轉氨酶催化生成天冬氨酸，后者再經酸性氨基酸載體轉運出線粒體轉變成草酰乙酸。
臨床執業醫師《生物化學》備考：生物氧化2
1、生物氧化：指糖、脂類、蛋白質等營養物質在體內及體外氧化生成CO2和H2O的過程。
2、人體活動的主要功能物質是：ATP
3、氧化磷酸化包括：①物質氧化遞氫的過程
②ADP磷酸化→生成ATP相耦聯的過程。
4、氧化磷酸化通過ATP合成酶的參與在線粒體內完成，有2條呼吸鏈：
(1)NADH→FMN→CoQ→Cytb→Cytc1→Cytc→Cytaa3→O2--------生成3分子ATP
記憶：COCO
(2)琥珀酸→FAD→CoQ→Cytb→Cytc1→Cytc→Cytaa3→O2-------生成2分子ATP
注：1）NAD與FAD水火不容;
2）CoQ的作用：遞氫;
3）細胞色素(Cyt)有3種：b、c、aa3;
5、ATP合成酶由F1和F0組成：F1合成(催化生成ATP);F0通道。
6、氰化物中毒：抑制了細胞色素aa3。
7、氧化磷酸化的解耦聯劑：2，4二硝基酚(DNP)
臨床執業醫師《生物化學》備考：生物氧化3
第一節呼吸鏈
一、定義
呼吸鏈又稱電子傳遞鏈，是由一系列電子載體構成的，從NADH或FADH2向氧傳遞電子的系統。
還原型輔酶通過呼吸鏈再氧化的過程稱為電子傳遞過程。其中的氫以質子形式脫下，電子沿呼吸鏈轉移到分子氧，形成粒子型氧，再與質子結合生成水。放出的能量則使ADP和磷酸生成ATP。電子傳遞和ATP形成的偶聯機制稱為氧化磷酸化作用。整個過程稱為氧化呼吸鏈或呼吸代謝。
在葡萄糖的分解代謝中，一分子葡萄糖共生成10個NADH和2個FADH2，其標準生成自由能是613千卡，而在燃燒時可放出686千卡熱量，即90%貯存在還原型輔酶中。呼吸鏈使這些能量逐步釋放，有利于形成ATP和維持跨膜電勢。
原核細胞的呼吸鏈位于質膜上，真核細胞則位于線粒體內膜上。
二、構成
呼吸鏈包含15種以上組分，主要由4種酶復合體和2種可移動電子載體構成。其中復合體Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、輔酶Q和細胞色素C的數量比為1：2：3：7：63：9。
1.復合體Ⅰ 即NADH：輔酶Q氧化還原酶復合體，由NADH脫氫酶(一種以FMN為輔基的黃素蛋白)和一系列鐵硫蛋白(鐵—硫中心)組成。它從NADH得到兩個電子，經鐵硫蛋白傳遞給輔酶Q。鐵硫蛋白含有非血紅素鐵和酸不穩定硫，其鐵與肽類半胱氨酸的硫原子配位結合。鐵的價態變化使電子從FMNH2轉移到輔酶Q。
2.復合體Ⅱ 由琥珀酸脫氫酶(一種以FAD為輔基的黃素蛋白)和一種鐵硫蛋白組成，將從琥珀酸得到的電子傳遞給輔酶Q。
3.輔酶Q 是呼吸鏈中唯一的非蛋白氧化還原載體，可在膜中迅速移動。它在電子傳遞鏈中處于中心地位，可接受各種黃素酶類脫下的氫。
復合體Ⅲ 輔酶Q：細胞色素C氧化還原酶復合體，是細胞色素和鐵硫蛋白的復合體，把來自輔酶Q的電子，依次傳遞給結合在線粒體內膜外表面的細胞色素C。
細胞色素類 都以血紅素為輔基，紅色或褐色。將電子從輔酶Q傳遞到氧。根據吸收光譜，可分為三類：a，b，c。呼吸鏈中至少有5種：b、c1、c、a、a3(按電子傳遞順序)。細胞色素aa3以復合物形式存在，又稱細胞色素氧化酶，是最后一個載體，將電子直接傳遞給氧。從a傳遞到a3的是兩個銅原子，有價態變化。
復合體IV：細胞色素C氧化酶復合體。將電子傳遞給氧。
三、抑制劑
1.魚藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素：阻斷電子從NADH到輔酶Q的傳遞。魚藤酮是極毒的植物物質，可作殺蟲劑。
2.抗霉素A：從鏈霉素分離出的抗生素，抑制從細胞色素b到c1的傳遞。
3.氰化物、疊氮化物、CO、H2S等，阻斷由細胞色素aa3到氧的傳遞。
第二節氧化磷酸化
一、定義
與生物氧化相偶聯的磷酸化作用稱為氧化磷酸化作用。其作用是利用生物氧化放出的能量合成ATP：
NADH+H++3ADP+3Pi+1/2 O 2=NAD++4H2O+3ATP
其中NADH放能52.7千卡，ATP吸能21.9千卡，占42%。氧化磷酸化與底物水平磷酸化不同，前者ATP的形成與電子傳遞偶聯，后者與磷酸基團轉移偶聯，即磷酸基團直接轉移到ADP上，形成ATP。
二、P/O比
指一對電子通過呼吸鏈傳遞到氧所產生的ATP分子數。NADH的P/O比為3，ATP是在3個不連續的部位生成的：第一個部位是在NADH和輔酶Q之間(NADH脫氫酶);第二個在輔酶Q和細胞色素C之間(細胞色素C還原酶);第三個在細胞色素a和氧之間(細胞色素c氧化酶)。
三、偶聯的調控
(一)呼吸控制
電子傳遞與ATP形成在正常細胞內總是相偶聯的，二者缺一不可。ATP與ADP濃度之比對電子傳遞速度和還原型輔酶的積累與氧化起著重要的調節作用。ADP作為關鍵物質對氧化磷酸化的調節作用稱為呼吸控制。呼吸控制值是有ADP時氧的利用速度與沒有時的速度之比。完整線粒體呼吸控制值在10以上，損傷或衰老線粒體可為1，即失去偶聯，沒有磷酸化。
根據線粒體用氧情況，可將呼吸功能分為5種狀態。狀態3和4的轉變也使線粒體的結構發生變化。缺乏ADP時線粒體基質充滿，稱為常態;呼吸加速時，基質壓縮50%，內膜和嵴的折疊更加緊密曲折，稱為緊縮態。
(二)解偶聯和抑制
根據化學因素對氧化磷酸化的影響方式，可分為三類：解偶聯劑、氧化磷酸化抑制劑和離子載體抑制劑。
1.解偶聯劑：使電子傳遞和ATP形成分離，只抑制后者，不抑制前者。電子傳遞失去控制，產生的自由能變成熱能，能量得不到儲存。解偶聯劑對底物水平磷酸化無影響。代表如2，4-二硝基苯酚(DNP)，可將質子帶入膜內，破壞H+跨膜梯度的形成，又稱質子載體。
2.氧化磷酸化抑制劑：直接干擾ATP的形成，因偶聯而抑制電子傳遞。如加入解偶聯劑，可解除對利用氧的抑制。代表使寡霉素。
3.離子載體抑制劑：脂溶性，可運載除質子外的一價陽離子過膜。如纈氨霉素(K+)、短桿菌肽等。
四、偶聯機制
目前有三種假說：化學偶聯假說、結構偶假說和化學滲透假說，都不夠理想。
1.化學偶聯假說：認為偶聯是通過一系列連續的化學反應，形成一個高能共價中間物。它在電子傳遞中形成，又裂解將其能量供給ATP形成。無證據支持。
2.構象偶聯假說：電子傳遞使線粒體內膜蛋白質組分發生構象變化而形成一種高能形式，然后將能量傳遞給FoF1ATP酶分子，酶復原時形成ATP。
3.化學滲透假說：電子傳遞使質子從線粒體內膜基質泵到膜外液體中，形成一個跨膜H離子梯度，其滲透能促使ATP形成。H離子再順梯度通過ATP合成酶分子中的通道進入線粒體基質，放能合成ATP。該假說得到一些事實支持，如線粒體電子傳遞形成的電子流能從線粒體內膜逐出H離子。
FoF1ATP酶即ATP合成酶，由Fo和F1兩部分構成，后者是線粒體內膜表面的球狀體，能合成ATP;前者是連接F1的柄，起質子通道作用，可調節質子流，從而控制ATP的合成。
五、其他
電子傳遞還可用于產熱，如褐色脂肪組織，含大量線粒體，其內膜由特殊H離子通道，可產熱。質子梯度還可將鈣離子從細胞質運到線粒體內部。需氧細菌和葉綠體也有類似的電子傳遞鏈。
名詞解釋：
呼吸電子傳遞鏈(respiratory electron-t -ransport chain)：由一系列可作為電子載體的酶復合體和輔助因子構成，可將來自還原型輔酶或底物的電子傳遞給有氧代謝的最終的電子受體分子氧
氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)：電子從一個底物傳遞給分子氧的氧化與酶催化的由ADP和Pi生成ATP與磷酸化相偶聯的過程。
化學滲透理論(chemiosnotic theory)：一種學說，主要論點是底物氧化期間建立的質子濃度梯度提供了驅動ADP和ATP和Pi形成ATP的能量。
解偶聯劑(uncoupling agent)：一種使電子傳遞與ADP磷酸化之間的的緊密偶聯關系解除的化合物，Eg2，4-二硝基苯酚。
P/O比(P/O ratio)：在氧化磷酸化中，每1/2O2被還原成ADP的摩爾數。電子從NADH傳遞給O2時，P/O=3，而電子從FADH2傳遞給O2時，P/O=2。
高能化合物(high energy compound)：在標準條件下水解時，自由能大幅度減少和化合物。一般是指水解釋放的能量能驅動ADP磷酸化合成ATP的化合物。
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