|
北京医院青春痘治疗 http://m.39.net/pf/bdfyy/第六章生物氧化化学物质在生物体内的氧化分解过程称为生物氧化（biologicaloxidation)。由于机体的反应条件温和，因此生物氧化有其特点:需要有酶催化，而且是分阶段、逐步完成。细胞胞质、线粒体、微粒体等均可进行生物氧化，但氧化过程及产物各不相同。在线粒体内的生物氧化，其产物是CO2和H2O，需要消耗氧并伴随能量的产生，能量主要用于生成ATP等。而在微粒体、内质网等发生的氧化反应主要是对底物进行氧化修饰、转化等，并无ATP的生成。本章重点介绍线粒体氧化体系及能量的产生机制。第一节线粒体氧化体系与呼吸链线粒体氧化体系的主要功能是为机体提供能量，包括热能、ATP等。在线粒体内，糖、脂肪、蛋白质等营养物质在被彻底氧化分解为CO2和H2O的过程中释放能量，但其氧化过程需要在酶的催化下逐步进行，能量也不会在瞬间大量释放产生高温、高热，而是逐渐释放并储存在ATP中。营养物质被氧化时常发生脱氢反应，脱下来的氢（H++e-)以NADH+H+(简写为NADH)、FADH2等形式存在。NADH和FADH2在线粒体被氧化时，需要一系列的酶催化，逐步脱氢、失电子，最终将电子和H+传递给氧而生成水，同时释放能量用于生成ATP。因此，线粒体需要多种具有传递氢和电子的组分参与氧化还原反应。一、线粒体氧化体系含多种传递氢和电子的组分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，如金属离子、小分子有机化合物、某些蛋白质等称之为递电子体或递氢体。线粒体氧化体系主要将NADH和FADH2的H+和电子传递给氧，参与其过程的递氢体和递电子体如下。(一）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(nicotinamideadeninedinucleotide，NAD+)(图6-1)，通过烟酰胺环传递H+和电子。烟酰胺环的五价氮原子，能接受2H中的双电子成为三价氮，为双电子传递体，同时芳环接受一个H+进行加氢反应。由于此反应只能接受1个H+和2个电子，游离出一个H+在介质中，因此将还原型的NAD+写成NADH+H+(简写为NADH)(图6-2)。NAD+是许多脱氢酶的辅酶，有传递氢和电子的功能。此外，NAD+结构中核糖的2位羟基被磷酸化后生成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamideadeninedinucleotidephosphate，NADP+)。NADP+通过相同的机制接受氢后生成NADPH+H+，发挥传递氢和电子的作用，但参与不同的反应。(二）黄素核苷酸衍生物传递氢和电子黄素单核苷酸（flavinmononucleotide，FMN)和黄素腺嘌呤二核苷酸（flavinadeninedinucleotide，FAD)是维生素B2与核苷酸形成的有机化合物，两者均通过维生素B2中的异咯嗪环进行可逆的加氢和脱氢反应。异咯嗪环可接受1个H+和1个电子形成不稳定的FMNH+和FADI+，再接受1个H+和1个电子转变为还原型FMNH2和FADH2。因此FMN、FAD发挥传递氢和电子的作用（图6-3)，是黄素蛋白（flavoprotein)的辅基。(三）有机化合物泛醌传递氢和电子泛醌(ubiquinone)又称辅酶Q(coenzymeQ，CoQ或Q)，是一种脂溶性醌类化合物，其结构中异戊二烯单位的数目因物种而异，人体内的Q是10个异戊二烯单位连接的侧链，用Q10表示。Q的疏水特性使其能在线粒体内膜中自由扩散。Q结构中的苯醌部分接受1个电子和1个H+还原为半醌(QH+)，再接受1个电子和1个H+还原为二氢泛醌（QH2)。反之，QH2可逐步失去H+和电子被氧化为Q。因此Q可进行双、单电子的传递（图6-4)。(四）铁硫蛋白和细胞色素蛋白传递电子铁硫蛋白（iron-sulfurprotein)，因其含有铁硫中心（iron-sulfurcenter，Fe-Scenter)而得名。Fe-S是Fe离子通过与无机硫（S)原子及铁硫蛋白中半胱氨酸残基的SH连接而成。Fe-S有多种形式，可以是单个Fe离子与4个半胱氨酸残基的SH相连，也可以是2个、4个Fe离子通过与无机S原子及半胱氨酸残基的SH连接，形成Fe2S2、Fe4S4(图6-5)。Fe-S过Fe2+?Fe3++e-的可逆反应，每次传递一个电子，因此铁硫蛋白是单电子传递体。细胞色素（cytochrome,Cyt)是一类含血红素样辅基的蛋白质。各种还原型Cyt均有3个特征性的α、β、γ可见光吸收峰，根据其吸光度和最大吸收波长不同，分为Cyta、Cytb和Cytc三类及不同的亚类（表64)，其所含的血红素辅基分别称为血红素a、b和c(图6-6)。Cyt光吸收的差异是由于血红素中卟啉环的侧链基团、血红素在蛋白质中所处环境不同所致。血红素a的卟啉环侧链中，1个甲基被甲酰基取代，1个乙烯基连接聚异戊二烯长链;血红素b的结构与血红蛋白中的血红素相同。血红素a和b都通过非共价键与Cyta和Cytb蛋白相连。而Cytc蛋白，其血红素卟啉环的乙烯基侧链通过共价键与蛋白质中半胱氨酸残基的一SH相连。细胞色素蛋白通过辅基血红素中的Fe离子发挥单电子传递体的作用。二、具有传递电子能力的蛋白质复合体组成呼吸链线粒体是真核细胞生成ATP的主要部位。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，除了产生热能外，释放的能量主要被ADP捕获用于生成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，故称为电子传递链（electrontransferchain)。由于此体系需要消耗氧，与需氧细胞的呼吸过程有关，也称之为呼吸链(respiratorychain)(图6-7)。呼吸链主要由位于线粒体内膜上的4种蛋白质复合体（ 转载请注明原文网址：http://www.wkcme.com/mbyzl/13557.html |
