7 生物氧化

第一节概述

一、生物氧化的概念

能源物质(糖、脂、蛋白质等有机物)在活细胞内氧化分解，产生CO2和H2O，释放化学能并转化为生物能的生化过程称为生物氧化。

高等动物通过肺进行呼吸，吸入氧气、排出CO2。吸入的O2用以氧化摄入体内的营养物质，获得能量，所以生物氧化又称呼吸作用。

二、生物氧化的方式

生物氧化在有氧和无氧的条件下都能进行，故生物氧化可分为两类∶有氧氧化∶利用O2分子来氧化底物，最终生成CO2和H2O。

这种方式的氧化彻底，释放的能量多。

无氧氧化∶是指以非分子氧氧化底物的方式, 以氧化型物质作为电子受体.

这种氧化不完全、产能少。

无氧氧化可分为: 以有机物为受氢体进行的氧化;

以无机物为受电体进行的氧化。

生物体内氧化反应有∶

失电子氧化 (如∶氢在呼吸链中的氧化)

加氧氧化 (如∶氨基酸氧化酶催化的氧化脱氨)

脱氢氧化(如∶琥珀脱氢酶催化的反应)

加水脱氢氧化(如∶TCA循环中，延胡索酸到草酰乙酸的氧化)

三、生物氧化的特点∶

1、是在酶催化下进行的，反应条件温和；

2、底物的氧化是分阶段进行的。能量逐步释放；

3、生物氧化过程中释放的能量通常先储存在一些特殊的高能化合物中(如ATP)，通过这些物质

的转移作用满足机体吸能反应的需要；

4、生物氧化受细胞的精确调节控制。

标准氧化还原电位（E 0’）越小，给出电子的趋势越强，即还原力强，反之，（E 0’）高，氧化力强.

第二节生物氧化体系及有关的酶类

一、生物氧化体系

生物氧化作用主要是通过脱氢反应来实现的。

一般包括脱氢、递氢、受氢三个环节。在生物氧化过程中，底物脱下来的氢，大多数情况下是不是直接交给受氢体，而是经过一些递氢体进行传递，最终交给受氢体。

生物氧化体系∶

有氧氧化不需传递体体系

电子传递体系

无氧氧化有机物

无机物

(一)、有氧氧化体系∶

共性∶以分子氧为最终受体。

1、不需传递体体系∶

是最简单的生物氧化体系。从底物脱下来的氢不需传递，直接在酶作用下与分子氧结合。

酶可分为氧化酶类

需氧脱氢酶类

(1) 氧化酶类催化的反应模式∶

这类酶含铜或铁的色蛋白(金属蛋白)。氰化物、硫化氢对氧化酶有抑制作用。

如∶多酚氧化酶(Cu++)

抗坏血酸氧化酶(Cu++)

细胞色素氧化酶(Fe+++、Cu++)

由氧化酶催化的反应不能在无氧的条件下进行，没有任何其他受氢体可以代替氧。

(2) 需氧脱氢酶类催化的反应模式∶

(3) 不需传递体体系有关的酶类∶

（p207表8-3）

A、需氧脱氢酶

这类酶分子是以FMN 或FAD 为辅基的黄素蛋白。它催化底物分子脱氢，但与不需氧脱氢酶不同，这类酶需要用分子氧直接作为受氢体，放映生成H2O2。如∶葡萄糖氧化酶、氨基酸氧化酶。

B、氧化酶类∶

它是含Cu++或Fe++的金属蛋白，不能从底物上脱氢，只能夺取底物上的电子对(2e)，用于激活分子氧(O2)，从而促进氧与底物的化合。

重要的氧化酶：细胞色素氧化酶(Fe++)

酚氧化酶(Cu++)

细胞色素氧化酶是由细胞色素氧化酶a和细胞色素氧化酶a3组成的蛋白复合物，用Cytaa3表示。复合物中含有两分子的血红素A。

不需传递体体系中两种类型的比较∶

①.氧化酶不能从底物上脱氢，而需氧脱氢酶能脱氢；

②.最终电子受体为氧时，氧化酶氧化的最终产物是水，而需氧脱氢酶氧化的产物是H2O2

③.只能以氧作为最终电子受体，而需氧脱氢酶在无氧的情况下，可以甲烯蓝或醌代氧作

最终电子受体。

2、电子传递体系

它是生物体主要的生物氧化体系。不需氧脱氢酶脱下的氢主要通过此途径进行氧化。

该体系的成员包括∶

以NAD+为辅酶的不需氧脱氢酶

以FMN或FAD为辅基的黄素蛋白(FP)

泛醌(UQ，即辅酶Q)

细胞色素(Cyt)b, c1, c

细胞色素氧化酶

不需氧脱氢酶

以NAD+或NADP+为辅酶

以FMN或FAD为辅酶

凡直接作用与底物分子，使之脱氢氧化，又以氧作为直接受氢体的酶，称为不需氧脱氢酶。

①以NAD+或NADP+为辅酶的不需氧脱氢酶类∶

以NAD+为辅酶(主要）∶从底物分子脱下的氢原子(2H)主要是通过呼吸链发生氧化磷酸化，合成ATP。

以NADP+为辅酶∶脱下的氢主要为生物合成提供还原力。如脂肪酸、氨基酸、核苷酸的生物合成需要大量的NADP+H+

这类酶通常催化仲醇基(-CHOH-)的脱氢反应和氨基酸的α-碳原子的氨甲基基团(-CHNH2)的脱氢反应。如：

②以FMN或FAD为辅酶不需氧脱氢酶类∶

这类酶分子中， FMN或FAD与酶蛋白结合牢固，故称为辅基。由于FMN或FAD均是核黄素的衍生物，这类酶的纯化制品呈黄色，故又称为黄酶或黄素蛋白。

它们专一性地催化烃链中相邻亚甲基(-CH2-CH2-)的脱氢，使底物分子中产生双键。

如∶琥珀酸脱氢酶、脂酰辅酶A脱氢酶、二氢硫辛酸脱氢酶和β-磷酸甘油脱氢酶。

不需氧脱氢酶的作用方式∶ (见呼吸链一节)

(二) 无氧氧化体系∶

1、以有机物为最终电子(氢)受体∶

如∶3-P-甘油醛乙醇

1，3-2P-甘油酸

2、以无机物为最终电子(氢)受体∶

此体系常以NO3-、NO2-、SO42-、S2O32-、 CO2等无机物为最终电子(氢)受体。

如∶脱磺脱硫弧菌的无氧氧化。

第三节呼吸链及氧化磷酸化

一、高能键及高能化合物∶

有些化合物的个别化学键的自由能很高，结构不稳定、性质活泼，自发水解和基团转移的趋势很强，发生水解或基团转移反应时，释放或转移的自由能很多，这种含自由能很高的化学键，称为高能键。用符号“～”表示。

高能键的高能不是“键能”特别高，而是自由能高。细胞中重要的高能键有∶

高能键磷酸键(O～P)、高能键硫酯键(C～S)。