心智圖資源庫 第七章 生物氧化
這是一篇關於第七章 生物氧化的心智圖，主要內容包括：氧化磷酸化，粒線體及其氧化體系，概述。
生物化學七糖代謝
生物化學第九章 脂類物質的合成與分解
第三章 蛋白質化學
第二章核酸化學
醫學生物氧化
新陳代謝總論與生物氧化
第七章 生物氧化
概述
生物氧化概念
有機化合物（糖、脂肪和蛋白質）在生物細胞內進行氧化分解而生成CO2和H2O，釋放出能量的過程
3個主要問題
細胞如何透過化學變化把有機化合物中的C轉變為CO2?
由糖、脂、蛋白質等代謝物在酵素的催化下經一系列脫氫、加水等反應轉變成有羧基的化合物，再經由脫羧反應產生CO2
細胞如何利用O把有機分子中的H氧化成H2O？
代謝物上的H在脫氫酶的作用下脫下，由相應的氫載體（NAD 、NADP 、FAD、FMN等）所接受，再透過一系列遞氫體或遞電子體傳遞給氧氣而生成H2O
有機化合物在細胞內氧化時釋放的能量如何被收集?
電子傳遞鏈種釋放的大量能量，經由磷酸化轉化為ATP
自由能
自由能G：指在一個體系中，能夠用來做有用功的那一部分能量，用符號G表示。
△G：任意給定條件下的自由能變化。 △G<0是反應能自發進行的必要條件，酵素只能催化△G為負值的反應
△G◦′ ：是標準條件下的自由能變化，既反應物的起始濃度皆為1mol/L，溫度為25℃，pH=7.0時的△G。每一個化學反應都有其特定的標準自由能變化(既△G◦′)，是一個固定值
ΔG計算
反應A→B：ΔG = ΔGº′ RT ln[B]/[A]
反應aA bB→cC dD：
反應平衡常數K′
標準狀態下，當反應達平衡時的 [產物]/[底物]。特定反應的K′是一個常數
ΔGº ′= -2.303 RT lgK′= -5706 lgK′（J/mol）
K′＜1， Δ Gº′ 為正，吸能反應，無法自發進行
K′＞1， Δ Gº′ 為負，放能反應，能自發進行
氧化還原電位E
表示還原劑失掉電子的難易度（氧化劑得到電子的難易度），
E0：標準氧化還原電位
在標準條件下，與標準氫電極比較所得電位差
E0′
在pH＝7條件下測定的生物氧化還原對的E0
ΔE0′：電位變化
ΔE0′＝ E0′高－ E0′低
ΔG0′與ΔE0′的關係
ΔG0′＝－nF. ΔE0′
高能磷酸化合物
水解每摩爾磷酸基能釋放出25kJ以上能量的磷酸化合物。高能鍵用~表示
分類
磷氧鍵型 -O～P
①醯基磷酸化合物：如氨甲醯磷酸
②烯醇式磷酸化合物：如磷酸烯醇式丙酮酸
③焦磷酸化合物：如焦磷酸、ATP（三磷酸腺苷）
磷氮鍵型 -N～P：如磷酸肌酸，在生物體內扮演儲存能量的角色
ATP
ATP分子中的兩個磷酸基（β ，γ ）水解斷裂釋放的自由能分別是 -32.2 KJ/mol 和 -30.5 KJ/mol
功能
是細胞內產能反應和需能反應的化學偶聯劑
生物體內的能量通（貨）幣，而不是能量儲存物質
是細胞內磷酸基轉移的中間載體
粒線體及其氧化體系
粒線體的結構
外膜
內膜
膜間隙
基質
電子傳遞鏈
基本概念
呼吸底物（代謝物）在粒線體基質中生物氧化過程中，底物上的H經過一系列氫載體或電子載體的傳遞，最後傳遞給O2生成H2O的全部系統稱為電子傳遞鏈，因為其功能和呼吸作用直接相關，也稱為呼吸鏈。
類型
1. NADH氧化呼吸鏈（絕大多數）
NADH →複合體Ⅰ→CoQ →複合體Ⅲ→Cyt c →複合體Ⅳ→O2
2. FADH2 呼吸鏈（少數，如琥珀酸、脂醯輔酶A、a-磷酸甘油等）
琥珀酸 →複合體Ⅱ →CoQ →複合體Ⅲ→Cyt c →複合體Ⅳ→O2
氧化磷酸化
概念
在呼吸鏈電子傳遞過程中，電子從被氧化的底物傳遞到氧（即H被氧化形成H2O）所釋放的自由能推動ADP磷酸化生成ATP
基本機制
來自中間代謝物的NADH或FADH2的電子，經電子傳遞鏈傳遞給氧生成水時，釋放出大量的能量，這部分能量可推動ADP與Pi合成ATP
氧化-磷酸化的偶聯
磷氧比P/O
概念：氧化磷酸化過程中，每消耗1mol氧所消耗無機磷（或ADP）的mol數或生成的ATP的mol數
NADH 呼吸鏈的P/O為2.5，FADH呼吸鏈的P/O為1.5。
偶聯部位
偶聯機制
化學滲透學說
①呼吸鏈中遞氫體和遞電子體交替間隔排列於完整粒線體內膜上，使氧化還原反應定向進行。
②電子傳遞鏈有質子幫浦作用，能將質子從粒線體內膜內側泵到內膜外側。
③完整的粒線體內膜對離子有選擇透性，不能讓被泵到內膜外側的質子自由返回內膜以內,從而造成跨膜質子濃度差和電位差，成為質子返回內膜內側的動力(質子動力勢)。
④當膜外側的質子在質子動力勢推動下，透過嵌於粒線體內膜上的ATP複合酶上的特殊通道FO時，就會釋放自由能驅動ADP與 Pi 形成 ATP。
ATP酶（質子幫浦ATP合成酶、F1F0-ATP酶、複合體V）
F1的功能是催化ATP生成，F0的作用是構成質子的通道
氧化磷酸化調節
呼吸控制
由於ADP/ATP比值變化對氧化磷酸化的調節效應 ，稱為呼吸控制，調控的關鍵物質是ADP
ADP/ATP比值上升，氧化磷酸化增加；ADP/ATP比值下降，氧化磷酸化減慢
解偶聯和抑制
解偶聯劑
破壞電子傳遞過程建立的跨內膜的質子電化學梯度，使電化學梯度儲存的能量以熱能形式釋放，ATP的生成受到抑制。如：二硝基苯酚(DNP) ；解偶聯蛋白
呼吸鏈抑制劑
阻斷氧化磷酸化的電子傳遞過程。如魚藤酮;粉蝶黴素A;異戊巴比妥；抗黴素A;二巰基丙醇；CO;CN-;N3-;H2S
ATP合成酶抑制劑
可阻止質子從F0質子通道回流，抑制ATP生成。
粒線體外NADH的氧化磷酸化
α-磷酸甘油穿梭
蘋果酸-天門冬胺酸穿梭
NADH氧化呼吸鏈泵出10個H ：10/4=2.5（分子ATP） FADH2氧化呼吸鏈泵出6個H ：6/4=1.5（分子ATP）
泛醌 和 Cyt c 皆不包含在四種複合體中（快遞員作用）
n，轉移電子的物質的量（mol）; F，法拉第常數，96.5 KJ/V.mol
電子總是從一個低電位的（E0′低）的氧化還原對，流向高電位（E0′高）的氧化還原對（即反應方向）
溫度（單位K）T=攝氏度 273 氣體常數R=8.314
【重點】掌握物質代謝和能量代謝所涉及的一些基本知識，掌握生物氧化呼吸鏈的類型和組成，掌握氧化磷酸化及其他ATP的生成方式
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