第五节生物氧化
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导读：第五节生物氧化 生物氧化是指物质在生物体内的氧化分解过程。 一、ATP与其他高能化合物 (― ) ATP 循环与高能磷酸键 生物氧化过程中释放的能量大约有40%以化学能的形式储存于一些特
第五节生物氧化
生物氧化是指物质在生物体内的氧化分解过程。
一、ATP与其他高能化合物
(―)ATP循环与高能磷酸键
生物氧化过程中释放的能量大约有40%以化学能的形式储存于一些特殊的有机磷酸化 合物中，形成磷酸酯(磷酸酐）。这些磷酸酯键水解时释放能量较多(大于21kJ/mol)，一般称 之为高能磷酸键。书中常用“〜P”符号表示。含有高能磷.酸键的化合物称之为高能磷酸化合 物。ATP中含有两个高能磷酸键，末端磷酸在水解过程中释放能量用于代谢反应，ATP同时 转变成ADP。ADP又可磷酸化生成ATP，这一过程需要能量。ADP与ATP相互转变形成
循环过程，反映了体内能量的释放与贮存的关系。所有这些变化，都需要酶参加才能进行。这
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ATP生成的主要方式。
(二） ATP的利用
ATP是生命活动的直接供能物质。ADP和Pi接受物质氧化所释放的能量生成ATP， ATP水解生成ADP和Pi并放出能量供机体需要。ATP也可将其高能磷酸键转移给UDP、 CDP及GDP以生成相应的UTPXTP和GTP。UTP可用于糖原合成，CTP可用于磷脂合 成，GTP可用于蛋白质合成。
(三） 其他高能磷酸化合物
除了二磷酸核苷(仙？、00?、〇0?、110?和丁0?)和三磷酸核苷(八丁？、(：丁？、〇丁？、17^ 和TTP)含有高能磷酸键外，体内有些化合物也含有高能磷酸键，如磷酸肌酸、磷酸烯醇式丙 酮酸、1. 3-二磷酸甘油酸等。ATP将其高能磷酸键转移给肌酸生成磷酸肌酸，当体内ATP不 足时，磷酸肌酸可将其高能磷酸键转移给ADP生成ATP，再为生理活动提供能量。
二、氧化磷酸化
(一） 氧化磷酸化的概念
氧化磷酸化:呼吸链电子传递的氧化过程与ADP磷酸化、生成ATP相偶联的过程称氧 化磷酸化。
(二） 两条呼吸链的组成和排列顺序
酶和辅酶在线粒体内膜上按一定顺序排列组成的递氢或递电子体系称为呼吸链。线粒体 内参与氧化磷酸化的呼吸链主要有两条，即NADH氧化呼吸链和FADH
2氧化呼吸链。这两 条呼吸链的组成和排列顺序是：
NADH氧化呼吸链：
NADH—FMN—CoQ—Cyt b—Cyt cl—Cyt c~^Cyt aa3—〇2
琥珀酸氧化呼吸链：
號拍酸—FAD^CoQ—Cyt b—Cyt cl—Cyt c~^Cyt aa3—〇2
(三） ATP合酿
ATP合酶是由多个亚基组成的复合体，是生物体能量代谢的关键酶。ATP合酶存在于 线粒体内膜上，可催化ADP磷酸化生成ATP。该酶主要由F^F。组成。&在线粒体内膜的 基质侧形成颗粒状突起，其功能是催化生成ATP。F。镶嵌在线粒体内膜中，起质子通道作用。
(四） 氧化磷酸化的调节
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抑制剂正常情况下，电子传递和磷酸化是紧密结合的。有些化合物可影响电子传递 或干扰磷酸化反应，其结果均可使氧化磷酸化不能正常进行。如果只有代谢物的氧化过程，而 不伴随有ADP的磷酸化，则称为氧化磷酸化的解偶联。根据不同的化学因素对氧化磷酸化 作用的影响方式不同，可划分为三大类。
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呼吸链抑制剂:能够阻断呼吸链中某部位电子传递而使氧化受阻的物质(药物或毒 物)称为呼吸链抑制剂。如鱼藤酮、粉蝶霉素A及异戊巴比妥、安密妥等，它们与NADH-Q还 原酶中的铁硫蛋白结合，阻断电子由NADH向CoQ的传递。抗霉素A、二巯基丙醇抑制Cyt b与Cyt Cl间的电子传递。氰化物，叠氮化物，H2S及CO抑制细胞色素氧化酶，使电子不能传 递给氧。另外，还有一种铁螯合剂（简称TIFA)可以特异抑制还原当量从黄素蛋白（辅基为
FAD)至CoQ的传递。此类抑制剂可使细胞呼吸停止，引起机体迅速死亡。
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偶联剂。这类化合物只抑制ATP的生成过程，不抑制电子传递过程，使电子传递所产生的自 由能都转变为热能。因为这类试剂使电子传递失去正常的控制，造成过分地利用氧和燃料底 物，而能量得不到储存。典型的解偶联剂是2,4-二硝基酚(DNP),因DNP为脂溶性物质，在 线粒体内膜中可自由移动，当其进入基质后可释出H+ ;返回胞液侧后可再结合H+，从而使 H+的跨膜梯度消除，使氧化过程释放的能量不能用于ATP的合成反应，因此又称为质子载 体。其他一些酸性芳香族化合物(如双香豆素、三氟甲氧基苯腙羰基氰化物、水杨酰苯胺等)也 有同样作用。解偶联剂对底物水平的磷酸化没有影响。
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ATP合酶抑制剂：与呼吸链抑制剂不同，这类试剂的作用特点是既抑制氧的利用又 抑制ATP的形成，但不直接抑制电子传递链上载体的作用。如寡霉素可结合ATP合酶的F。 单位，二环己基羰二亚胺共价结合F。的c亚基，阻断H+从F。半通道回流，抑制ATP合酶 活性。
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ADP的调节作用正常机体氧化磷酸化的速率主要受ADP的调节。当机体利用 ATP增多，ADP浓度增高，转运入线粒体后使氧化磷酸化速度加快;反之ADP不足，使氧化 磷酸化速度减慢。这种调节作用可使ATP的生成速度适应生理需要。
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甲状腺素可激活许多组织细胞膜上的Na+/K+-ATP酶，使ATP加速分解为ADP 和Pi，ADP进入线粒体数量增多，因而使ATP/ADP比值下降，促进氧化磷酸化速度加快。 由于ATP的合成和分解速度均增加，导致机体耗氧量和产热量增加，基础代谢率提高，基础 代谢率偏高是甲状腺功能亢进患者最主要的临床指征之一。
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线粒体DNA突变线粒体DNA呈裸露的环状双螺旋结构，缺乏蛋白质保护和损伤 修复系统，容易受到本身氧化磷酸化过程中产生氧自由基的损伤而发生突变。线粒体DNA 含编码呼吸链氧化碟酸化复合体中13条多肽链的基因以及线粒体蛋白质合成所需的22个 tRNA的基因和2个rRNA的基因。因此线粒体DNA突变可影响氧化磷酸化的功能，使 ATP生成减少而致病。
第六节脂类代谢
一、脂类生理功能
(―)储能和供能
脂肪在体内的主要生理作用是储能和氧化供能。正常人生理活动所需能量的17%〜 25%由脂肪供给，空腹时机体50%以上的能源来自脂肪的氧化。每克脂肪彻底氧化后平均可 释放9_ 3kcal(38_ 94kJ)的能量，比同等量的糖或蛋白质约多一倍。因此脂肪是禁食、饥饿时体 内能量的主要来源。此外，脂肪还有保持体温、保护内脏以及协助脂溶性维生素吸收的功能。
(二）生物膜的组成成分
生物膜主要包括细胞膜、细胞器膜、核膜及神经髓鞘等。类脂特别是憐脂和胆固醇是生物 膜的重要组分。磷脂以双分子层形式构成生物膜的基本结构，其中鞘磷脂是神经髓鞘的主要 组成成分。胆固醇在维持生物膜通透性方面起重要作用。另外，糖脂、脂蛋白也参与构成生物 膜，在细胞膜信号转导活动起着载体和受体的作用。
(三） 脂类衍生物的调节作用
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需脂酸在体内可衍变生成前列腺素、血栓素及白三烯等，这些衍生物分别参与多种细胞的代谢 调控。又如由胆固醇转化生成的维生素D
3，具有调节钙磷代谢的活性。胆固醇还可转化成类 固醇激素参与体内代谢。此外，磷脂酰肌醇经磷酸化后再分解可产生甘油二酯和三磷酸肌醇， 两者均为重要的第二信使物质，在细胞内信号转导中具有重要作用。
(四） 营养必需脂酸
机体生长发育必需但不能自身合成，必须由食物提供的脂酸称为营养必需脂酸，包括亚油 酸、亚麻酸和花生四烯酸等。花生四烯酸是前列腺素、血栓烷和白三烯等生物活性物质的 前体。
二、脂肪的消化与吸收
(一） 脂肪乳化及消化所需酶
脂类的消化和吸收主要在小肠中进行。成人胃液中仅含有少量的脂肪酶，但胃液pH值 偏酸，脂肪酶几乎不能发挥消化脂肪的活性。当脂类食物进人小肠上段时，可刺激胆汁和胰液 分泌进人肠腔。胰液中含有胰脂肪酶、胆固醇酯酶和磷脂酶。胆汁中含有的胆汁酸盐是一种 乳化剂，能将不溶于水的脂类物质分散成水包油的细小微团，脂肪颗粒变小，表面积增大，提高 了溶解度并有利于酶对底物的接触和水解。微团中的脂类在下列相应酶的作用下得以消化。
(二） 甘油一酯合成途径及乳糜微粒
经乳化的细小微团可进人肠黏膜细胞中，其中的消化产物除短链和中链的脂酸及甘油可直 接循门静脉人肝外，大部分在肠黏膜细胞内被重新酯化。长链脂酸与甘油一酯再合成甘油三酯， 溶血磷脂吸收后也重新合成磷脂。甘油三酯与少量磷脂、胆固醇及载脂蛋白一起形成乳糜微粒， 经淋巴管人血液循环。肠黏膜细胞中由甘油一酯合成脂肪的途径称为甘油一酯合成途径。
三、脂肪的合成代谢
(一） 合成部位
肝、脂肪组织和小肠是合成甘油三酯的主要场所。在这些组织细胞的内质网的胞液侧含 有合成甘油三酯的酶。肝细胞能合成脂肪，但不能储存脂肪，其合成的甘油三酯主要与载脂蛋 白、磷脂、胆固醇等结合形成脂蛋白，经血液运输至肝外组织利用。如果因营养不良、中毒、缺 乏胆碱等原因致使肝细胞合成的甘油三酯聚集在肝细胞液中，就会逐步形成脂肪肝。此外，肥 胖、活动过少时，能量消耗减少，糖转变成脂肪增多，以及糖代谢障碍导致脂肪动员增强，进人 肝内的脂酸增多也是引起脂肪肝的原因。
脂肪细胞不但可以合成甘油三酯，还能将食物中消化吸收的外源性甘油三酯一并贮存起 来，作为能量“仓库”供机体禁食或饥饿时所需。小肠黏膜细胞则主要利用食物中脂肪消化产 物再合成甘油三酯，以乳糜微粒形式经淋巴进人血液循环。
(二） 合成原料
合成甘油三酯所需的脂酸及3-磷酸甘油主要由葡萄糖代谢提供。人和动物即使完全不 摄人脂肪，亦可由糖大量转变而来。
(三） 合成基本途径
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甘油一酯途径小肠黏膜细胞利用消化吸收的甘油一酯及脂酸再合成甘油三酯，合成
反应由脂酰转移酶催化。
化为脂酰CoA，合成反应由脂酰CoA合成酶催化。该途径的特点是利用糖代谢生成的3-磷酸 甘油，在脂酰转移酶催化下，依次加上2分子脂肪酰CoA生成磷脂酸。后者在磷脂酸磷酸酶 的作用下，水解脱去磷酸生成1，2-甘油二酯，然后在脂酰转移酶的催化下，再加上1分子脂酰 CoA即生成甘油三酯。
四、脂酸的合成代谢
(―)合成部位
脂酸合成酶系存在于肝、肾、脑、肺、乳腺及脂肪等组织，位于线粒体外胞液中。肝是人体 合成脂酸的主要场所，其合成能力较脂肪组织大8〜9倍。脂肪组织是储存脂肪的仓库，它本 身也可以葡萄糖为原料合成脂酸及脂肪，但主要摄取并储存由小肠吸收的食物脂酸以及肝合 成的脂酸。
(二）合成原料
乙酰CoA是合成脂酸的主要原料，主要来自葡萄糖。细胞内的乙酰CoA全部在线粒体 内产生，而合成脂酸的酶系存在于胞液。线粒体内的乙酰CoA必须进入胞液才能成为合成脂 酸的原料。乙酰CoA不能自由透过线粒体内膜，主要通过柠檬酸-丙酮酸循环完成，在此循环 中，乙酰CoA首先在线粒体内与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，通过线粒体内膜上的载体转运即 可进入胞液;胞液中ATP柠檬酸裂解酶，使梓檬酸裂解释出乙酰CoA及草酰乙酰。脂酸的合 成除需乙酰CoA外，还需ATP、NADPH、HCO「（C0
2)及Mn
2+等。脂酸的合成所需的氢全 部由NADPH提供。NADPH主要来自磷酸戊糖通路。
