生物氧化第六章生物氧化（一）
掌握
1、生物氧化的概念
生物氧化：化学物质（糖、脂肪、蛋白质）在生物体内的氧化分解过程。
Ø 特点：酶催化、分阶段、逐步完成
Ø 线粒体内的生物氧化，其产物是CO2 和 H2O，消耗氧并伴随能量产生（ATP、热能）。
微粒体、内质网内的生物氧化主要对底物进行氧化修饰、转化等，无ATP生成。
Ø 氧化方式：脱氢（最主要）、加氧、失电子。
2、呼吸链的概念、组成及其作用
呼吸链（电子传递链）：NADH、FADH2在线粒体中通过逐步、连续的酶促反应被氧化，并逐步释放能量，除了产热能，释放的能量主要被ADP捕获用于合成ATP，催化此连续反应的酶是由多个含辅因子的蛋白质复合体组成，按一定顺序排列在线粒体内膜中，形成一个连续传递电子/氢的反应链，氧分子最终接受电子和H+生成水。
组成：位于线粒体内膜上的4种蛋白质复合体组成，分别称为复合体Ⅰ、复合体Ⅱ、复合体Ⅲ、复合体Ⅳ。
Ø 由于Q可在线粒体内膜内自由移动，在各复合体间募集并穿梭传递氢，因此在电子传递和质子移动中发挥核心作用。
Ø 电子传递过程释放的能量驱动H+移出线粒体内膜，再用于ATP的生物合成。
1）复合体Ⅰ将NADH中的电子传递给泛醌。
复合体Ⅰ（NADH-泛醌还原酶、NADH脱氢酶），是呼吸链的主要入口，功能是接受来自NADH的电子并转移给Q。
复合体Ⅰ是由黄素蛋白、铁硫蛋白等组成的跨膜蛋白质，L形，长臂一侧（包括黄素蛋白、铁硫蛋白）突出于线粒体基质（结合NADH）。辅基有FMN、Fe-S。
复合体Ⅰ可催化两个同时进行的过程：
①传递电子：NADH→FMN→Fe-S→CoQ
②质子泵：每传递2个电子可将4个H+从线粒体内膜基质侧（N侧）泵到胞浆侧（P侧）。
2）复合体Ⅱ将电子从琥珀酸传递给泛醌。
复合体Ⅱ是琥珀酸-泛醌还原酶，即三羧酸循环中的琥珀酸脱氢酶，功能是将电子从琥珀酸传递给Q。
不是跨膜蛋白质，其疏水亚基锚定于线粒体内膜，突向基质的亚基含有结合琥珀酸的位点、FAD、Fe-S辅基。
复合体Ⅱ传递电子，但无质子泵功能：
电子传递：琥珀酸→FAD→Fe-S →CoQ
此过程释放自由能小，不足以将H+泵出线粒体内膜。
3）复合体Ⅲ将电子从还原型泛醌传递至细胞色素c。
复合体Ⅲ（泛醌-细胞色素C还原酶），功能是接受二氢泛醌的电子并传递给细胞色素c。
Q从复合体Ⅰ、Ⅱ募集氢，产生QH2穿梭至复合体Ⅲ，后者将电子传递给细胞色素c蛋白。
其有两个Q结合位点，分别位于P侧和N侧。
电子传递：CoQH2→Cyt b→Fe-S →Cytc1→Cytc（Q循环）
Ø 每两分子QH2经过Q循环，生成1分子Q和1分子QH2，将2e-经细胞色素c1传递给2分子细胞色素c。
质子泵：每传递2e-向间隙释放4H+。
细胞色素c是呼吸链中唯一的水溶性球状蛋白，与线粒体内膜的外表面疏松结合，不包含在上述复合体中。
4）复合体Ⅳ将电子从细胞色素c传递给氧。
复合体Ⅳ（细胞色素C氧化酶），是呼吸链的出口，功能是接受还原型细胞色素c的电子并传递给氧生成水。
亚基2的半胱氨酸的巯基可结合2个Cu离子，每个Cu离子都可传递电子，形成一个双核中心的功能单元，称CuA中心。血红素a3的Fe离子和CuB形成第二个双核中心。
双核中心是复合体Ⅳ发挥电子传递的功能单位。
电子传递：Cyt c→CuA→Cyt a→Cyt a3–CuB→O2
质子泵：每传递2e-将2H+泵至膜间隙。
3、呼吸链的排列顺序
NADH和FADH2是呼吸链的电子供体。FMA和FAD作为黄素蛋白辅基参与电子传递。
Ø NADH通过呼吸链彻底氧化，参与能量代谢。
NADPH主要用于还原反应，而非参与能量代谢。
Ø 复合体Ⅱ并非位于复合体Ⅰ的下游，二者是并列关系。
排列顺序：
1）NADH氧化呼吸链
NADH →复合体Ⅰ→CoQ →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2
2）琥珀酸氧化呼吸链（FADH2呼吸链）
琥珀酸 →复合体Ⅱ →CoQ →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2
Ø 呼吸链内的电子由电位低的组分向电位高的组分传递。
4、氧化磷酸化、底物水平磷酸化、P/O比值的概念
氧化磷酸化： NADH和FADH2通过线粒体呼吸链逐步失去电子被氧化生成水，电子传递过程伴随着能量的逐步释放，此释能过程驱动ADP磷酸化生成ATP，所以NADH和FADH2的氧化过程与ADP的磷酸化过程相偶联。
Ø 人体90%的ATP都是由氧化磷酸化产生。能量来自线粒体氧化体系。
底物水平磷酸化：与高能磷酸键水解反应偶联，使底物分子的高能键转移至ADP(GDP)，生成ATP(GTP)的过程。不经电子传递。
5、氧化磷酸化偶联部位在复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ内
判断依据
P/O比值：氧化磷酸化过程中，每消耗1/2molO2所需磷酸的摩尔数，即所能合成ATP的摩尔数（一对电子通过呼吸链传递给氧所生成ATP分子数）。
Ø 一对电子经NADH呼吸链传递，P/O比值为2.5，生成2.5分子ATP。
一对电子经PADH2呼吸链传递，P/O比值为1.5，可产生1.5分子ATP。
自由能变化
了解
1、氧化呼吸链各复合体中电子传递物质
线粒体氧化体系含多种传递氢和电子的组分（传给氧）
底物脱氢和失去电子是生物氧化的基本化学过程。
能够传递氢和电子的物质称为递电子体或递氢体。
1）烟酰胺腺嘌呤核苷酸传递氢和电子。
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+），通过烟酰胺环传递H+和电子，是双电子传递体，接受一个H+。游离出一个H+。故还原型的NAD+常写作NADH+H+。氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。
NAD+C’2的羟基磷酸化形成NADP+（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸），后者与NAD+机制相同，接受氢和电子，形成NADPH+H+，但参与不同反应。
2）黄素核苷酸衍生物传递氢和电子。
黄素单核苷酸（FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）是维生素B2与核苷酸形成的有机化合物，均通过维生素B2的异咯嗪环进行可逆的加氢、脱氢。异咯嗪环可接受1个H+和1个电子形成不稳定的FMNH.和FADH.，再接受1个H+和1个电子转变为还原型FMNH2和FADH2。FMN和FAD是黄素蛋白的辅基。属于单、双电子传递体。
3）有机化合物泛醌传递氢和电子。
泛醌（辅酶Q），脂溶性，可在线粒体内膜自由扩散。CoQ可进行单双电子的传递，也能加1个或2个氢。
4）铁硫蛋白和细胞色素蛋白传递电子。
铁硫蛋白是单电子传递体（Fe2+óFe3++e- ）每次传递1个电子。
Ø 铁硫中心是Fe离子通过S与铁硫蛋白中半胱氨酸残基的巯基连接而成。
细胞色素（Cyt）含血红素辅基，通过血红素辅基中的Fe离子发挥单电子传递作用。
注意！
含血红素的有两红两过一色素（肌红蛋白、血红蛋白、过氧化物酶、过氢化物酶、细胞色素）。
2、氧化磷酸化偶联机制是产生跨线粒体内膜的质子梯度
见课本P128~P132
