2012年臨床助理醫(yī)師考試輔導(dǎo)：生物氧化

　　1.概念：有機(jī)物質(zhì)在生物體細(xì)胞內(nèi)氧化分解產(chǎn)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(xì)胞呼吸或組織呼吸。 　　

　　2.特點(diǎn)：生物氧化和有機(jī)物質(zhì)體外燃燒在化學(xué)本質(zhì)上是相同的，遵循氧化還原反應(yīng)的一般規(guī)律，所耗的氧量、最終產(chǎn)物和釋放的能量均相同。 　　

　　（1）在細(xì)胞內(nèi)，溫和的環(huán)境中經(jīng)酶催化逐步進(jìn)行。 　　

　?。?）能量逐步釋放。一部分以熱能形式散發(fā)，以維持體溫，一部分以化學(xué)能形式儲(chǔ)存供生命活動(dòng)能量之需（約40%）。 　　

　?。?）生物氧化生成的H2O是代謝物脫下的氫與氧結(jié)合產(chǎn)生，H2O也直接參與生物氧化反應(yīng)；CO2由有機(jī)酸脫羧產(chǎn)生。 　　

　?。?）生物氧化的速度由細(xì)胞自動(dòng)調(diào)控。 　　

　　3.部位：在真核生物細(xì)胞內(nèi)，生物氧化都是在線粒體內(nèi)進(jìn)行，原核生物則在細(xì)胞膜上進(jìn)行。

　　二、線粒體氧化呼吸鏈

　　在線粒體中，由若干遞氫體或遞電子體按一定順序排列組成的，與細(xì)胞呼吸過程有關(guān)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)體系稱為呼吸鏈。這些遞氫體或遞電子體往往以復(fù)合體的形式存在于線粒體內(nèi)膜上。主要的復(fù)合體有：

　　1． 復(fù)合體Ⅰ（NADH-泛醌還原酶）：由一分子NADH還原酶（FMN），兩分子鐵硫蛋白（Fe-S）和一分子CoQ組成，其作用是將（NADH+H+）傳遞給CoQ。
鐵硫蛋白分子中含有非血紅素鐵和對(duì)酸不穩(wěn)定的硫。其分子中的鐵離子與硫原子構(gòu)成一種特殊的正四面體結(jié)構(gòu)，稱為鐵硫中心或鐵硫簇，鐵硫蛋白是單電子傳遞體。泛醌（CoQ）是存在于線粒體內(nèi)膜上的一種脂溶性醌類化合物。分子中含對(duì)苯醌結(jié)構(gòu)，可接受二個(gè)氫原子而轉(zhuǎn)變成對(duì)苯二酚結(jié)構(gòu)，是一種雙遞氫體。

　　2． 復(fù)合體Ⅱ（琥珀酸-泛醌還原酶）：由一分子琥珀酸脫氫酶（FAD），兩分子鐵硫蛋白和兩分子Cytb560組成，其作用是將FADH2傳遞給CoQ。
細(xì)胞色素類：這是一類以鐵卟啉為輔基的蛋白質(zhì)，為單電子傳遞體。細(xì)胞色素可存在于線粒體內(nèi)膜，也可存在于微粒體。存在于線粒體內(nèi)膜的細(xì)胞色素有Cytaa3，Cytb（b560，b562，b566），Cytc，Cytc1；而存在于微粒體的細(xì)胞色素有CytP450和Cytb5。

　　3． 復(fù)合體Ⅲ（泛醌-細(xì)胞色素c還原酶）：由兩分子Cytb（分別為Cytb562和Cytb566），一分子Cytc1和一分子鐵硫蛋白組成，其作用是將電子由泛醌傳遞給Cytc。

　　4． 復(fù)合體Ⅳ（細(xì)胞色素c氧化酶）：由一分子Cyta和一分子Cyta3組成，含兩個(gè)銅離子，可直接將電子傳遞給氧，故Cytaa3又稱為細(xì)胞色素c氧化酶，其作用是將電子由Cytc傳遞給氧。

　　三、呼吸鏈成分的排列順序

　　由上述遞氫體或遞電子體組成了NADH氧化呼吸鏈和琥珀酸氧化呼吸鏈兩條呼吸鏈。

　　1．NADH氧化呼吸鏈：其遞氫體或遞電子體的排列順序?yàn)椋篘AD+ →[ FMN (Fe-S)]→CoQ→b(Fe-S)→ c1 → c →aa3 →1/2O2 。丙酮酸、α-酮戊二酸、異檸檬酸、蘋果酸、β-羥丁酸、β-羥脂酰CoA和谷氨酸脫氫后經(jīng)此呼吸鏈遞氫。

　　2．琥珀酸氧化呼吸鏈：其遞氫體或遞電子體的排列順序?yàn)椋?[ FAD (Fe-S)]→CoQ→b(Fe-S)→ c1 → c →aa3 →1/2O2 。琥珀酸、3-磷酸甘油（線粒體）和脂酰CoA脫氫后經(jīng)此呼吸鏈遞氫。

　　三、ATP的生成方式

　　體內(nèi)ATP生成有兩種方式：

　　(一)底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)　

　　底物分子中的能量直接以高能鍵形式轉(zhuǎn)移給ADP生成ATP，這個(gè)過程稱為底物水平磷酸化，這一磷酸化過程在細(xì)胞質(zhì)和線粒體中進(jìn)行。 　　

　　(二)氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)　

　　氧化和磷酸化是兩個(gè)不同的概念。氧化是底物脫氫或失電子的過程，而磷酸化是指ADP與Pi合成ATP的過程。在結(jié)構(gòu)完整的線粒體中氧化與磷酸化這兩個(gè)過程是緊密地偶聯(lián)在一起的，即氧化釋放的能量用于ATP合成，這個(gè)過程就是氧化磷酸化，氧化是磷酸化的基礎(chǔ)，而磷酸化是氧化的結(jié)果。 　　

　　機(jī)體代謝過程中能量的主要來源是線粒體，既有氧化磷酸化，也有底物水平磷酸化，以前者為主要來源。胞液中底物水平磷酸化也能獲得部分能量，實(shí)際上這是酵解過程的能量來源。對(duì)于酵解組織、紅細(xì)胞和組織相對(duì)缺氧時(shí)的能量來源是十分重要的。

　　四、影響氧化磷酸化的因素

　　（一）抑制劑 　　

　　能阻斷呼吸鏈某一部位電子傳遞的物質(zhì)稱為呼吸鏈抑制劑。 　　

　　魚藤酮、安密妥在NADH脫氫酶處抑制電子傳遞，阻斷NADH的氧化，但FADH2的氧化仍然能進(jìn)行。 　　

　　抗霉素A抑制電子在細(xì)胞色素bc1復(fù)合體處的傳遞。 　　

　　氰化物、CO、疊氮化物（N3-）抑制細(xì)胞色素氧化酶。 　　

　　對(duì)電子傳遞及ADP磷酸化均有抑制作用的物質(zhì)稱氧化磷酸化抑制劑，如寡霉素。 　　

　　（二）解偶聯(lián)劑 　　

　　2，4-二硝基苯酚（DNP）和頡氨霉素可解除氧化和磷酸化的偶聯(lián)過程，使電子傳遞照常進(jìn)行而不生成ATP。DNP的作用機(jī)制是作為H+的載體將其運(yùn)回線粒體內(nèi)部，破壞質(zhì)子梯度的形成。由電子傳遞產(chǎn)生的能量以熱被釋出。 　　

　　（三）ADP的調(diào)節(jié)作用 　　

　　正常機(jī)體氧化磷酸化的速率主要受ADP水平的調(diào)節(jié)，只有ADP被磷酸化形成ATP，電子才通過呼吸鏈流向氧。如果提供ADP，隨著ADP的濃度下降，電子傳遞進(jìn)行，ATP在合成，但電子傳遞隨ADP濃度的下降而減緩。此過程稱為呼吸控制，這保證電子流只在需要ATP合成時(shí)發(fā)生。