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其作用是将(NADH+H+)传递给CoQ

  有机物质在生物体细胞内氧化分解产生二氧化碳、水,并释放出大量能量的过程称为生物氧化(biological oxidation)。又称细胞呼吸或组织呼吸。

  2.特点:生物氧化和有机物质体外燃烧在化学本质上是相同的,遵循氧化还原反应的一般规律,所耗的氧量、最终产物和释放的能量均相同。

  (2)能量逐步释放。一部分以热能形式散发,以维持体温,一部分以化学能形式储存供生命活动能量之需(约40%)。

  (3)生物氧化生成的H2O是代谢物脱下的氢与氧结合产生,H2O也直接参与生物氧化反应;CO2由有机酸脱羧产生。

  3.部位:在真核生物细胞内,生物氧化都是在线粒体内进行,原核生物则在细胞膜上进行。

  在线粒体中,由若干递氢体或递电子体按一定顺序排列组成的,与细胞呼吸过程有关的链式反应体系称为呼吸链。这些递氢体或递电子体往往以复合体的形式存在于线粒体内膜上。主要的复合体有:

  1. 复合体Ⅰ(NADH-泛醌还原酶):由一分子NADH还原酶(FMN),两分子铁硫蛋白(Fe-S)和一分子CoQ组成,其作用是将(NADH+H+)传递给CoQ。

  铁硫蛋白分子中含有非血红素铁和对酸不稳定的硫。其分子中的铁离子与硫原子构成一种特殊的正四面体结构,称为铁硫中心或铁硫簇,铁硫蛋白是单电子传递体。泛醌(CoQ)是存在于线粒体内膜上的一种脂溶性醌类化合物。分子中含对苯醌结构,可接受二个氢原子而转变成对苯二酚结构,是一种双递氢体。

  2. 复合体Ⅱ(琥珀酸-泛醌还原酶):由一分子琥珀酸脱氢酶(FAD),两分子铁硫蛋白和两分子Cytb560组成,其作用是将FADH2传递给CoQ。

  细胞色素类:这是一类以铁卟啉为辅基的蛋白质,为单电子传递体。细胞色素可存在于线粒体内膜,也可存在于微粒体。存在于线粒体内膜的细胞色素有Cytaa3,Cytb(b560,b562,b566),Cytc,Cytc1;而存在于微粒体的细胞色素有CytP450和Cytb5。

  3. 复合体Ⅲ(泛醌-细胞色素c还原酶):由两分子Cytb(分别为Cytb562和Cytb566),一分子Cytc1和一分子铁硫蛋白组成,其作用是将电子由泛醌传递给Cytc。

  4. 复合体Ⅳ(细胞色素c氧化酶):由一分子Cyta和一分子Cyta3组成,含两个铜离子,可直接将电子传递给氧,故Cytaa3又称为细胞色素c氧化酶,其作用是将电子由Cytc传递给氧。

  由上述递氢体或递电子体组成了NADH氧化呼吸链和琥珀酸氧化呼吸链两条呼吸链。

  1.NADH氧化呼吸链:其递氢体或递电子体的排列顺序为:NAD+ →[ FMN (Fe-S)]→CoQ→b(Fe-S)→ c1 → c →aa3 →1/2O2 。丙酮酸、α-酮戊二酸、异柠檬酸、苹果酸、β-、β-羟脂酰CoA和谷氨酸脱氢后经此呼吸链递氢。

  2.琥珀酸氧化呼吸链:其递氢体或递电子体的排列顺序为: [ FAD (Fe-S)]→CoQ→b(Fe-S)→ c1 → c →aa3 →1/2O2 。琥珀酸、3-磷酸甘油(线粒体)和脂酰CoA脱氢后经此呼吸链递氢。

  底物分子中的能量直接以高能键形式转移给ADP生成ATP,这个过程称为底物水平磷酸化,这一磷酸化过程在细胞质和线粒体中进行。

  氧化和磷酸化是两个不同的概念。氧化是底物脱氢或失电子的过程,而磷酸化是指ADP与Pi合成ATP的过程。在结构完整的线粒体中氧化与磷酸化这两个过程是紧密地偶联在一起的,即氧化释放的能量用于ATP合成,这个过程就是氧化磷酸化,氧化是磷酸化的基础,而磷酸化是氧化的结果。

  机体代谢过程中能量的主要来源是线粒体,既有氧化磷酸化,也有底物水平磷酸化,以前者为主要来源。胞液中底物水平磷酸化也能获得部分能量,实际上这是酵解过程的能量来源。对于酵解组织、红细胞和组织相对缺氧时的能量来源是十分重要的。

  鱼藤酮、安密妥在NADH脱氢酶处抑制电子传递,阻断NADH的氧化,但FADH2的氧化仍然能进行。

  对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用的物质称氧化磷酸化抑制剂,如寡霉素。

  2,4-二硝基苯酚(DNP)和颉氨霉素可解除氧化和磷酸化的偶联过程,使电子传递照常进行而不生成ATP。DNP的作用机制是作为H+的载体将其运回线粒体内部,破坏质子梯度的形成。由电子传递产生的能量以热被释出。

  正常机体氧化磷酸化的速率主要受ADP水平的调节,只有ADP被磷酸化形成ATP,电子才通过呼吸链流向氧。如果提供ADP,随着ADP的浓度下降,电子传递进行,ATP在合成,但电子传递随ADP浓度的下降而减缓。此过程称为呼吸控制,这保证电子流只在需要ATP合成时发生。