臨床執業醫師考點：生物氧化

臨床執業醫師考點：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。

　　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。

　　臨床執業醫師考點：生物氧化 篇1

　　第一節氧化磷酸化

　　本節考點：

　　（1）氧化磷酸化的概念

　　（2）兩條呼吸鏈的組成和排列順序

　　（3）ATP合酶

　　（4）氧化磷酸化的調節

　　一、氧化磷酸化的概念

　　代謝物氧化脫氫經呼吸鏈傳遞給氧生成水，同時伴有ADP磷酸化生成ATP的過程。由于代謝物的氧化反應與ADP磷酸化反應偶聯發生，又稱為偶聯磷酸化（氧化反應和磷酸化反應相偶聯）。

　　二、電子傳遞鏈

　　（一）定義

　　代謝物脫下的'成對氫原子（2H）通過多種酶和輔酶所催化的連鎖反應逐步傳遞，最終與氧結合生成水，這一系列酶和輔酶稱為呼吸鏈又稱電子傳遞鏈。

　　（二）組成

　　①NAD+和NADP+為輔酶的脫氫酶；

　　②黃素蛋白：輔酶為FAD或FMN；

　　③鐵硫蛋白：含有Fe-S；

　　④泛醌輔酶Q；

　　⑤細胞色素體系。

　　（三）兩類呼吸鏈

　　1.NADH氧化呼吸鏈具有3個ATP生成部位。

　　底物→NAD→FMN→CoQ→Cytb→Cytc1→Cytc→Cytaa3→02。

　　2.FADH：氧化呼吸鏈具有2個ATP生成部位。

　　底物→FAD→CoQ→Cytb→Cytc1→Cytc→Cytaa3→02

　　三、ATP合成酶

　　ATP合成酶是由F1（親水部分）和F0（疏水部分）組成，F1由α3β3γδε亞基組成，其功能是催化ATP生成。在ATP合成酶中，催化亞基位于β亞基中。

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