生物氧化是指在生物体内,代谢物脱下的氢及电子通过一系列酶促反应与氧化合成水,并释放能量的过程。这一过程不仅为机体提供了可利用的能量,而且在真核生物细胞内,它主要发生在线粒体内,而在原核生物中,则发生在细胞膜上。
生物氧化的基本介绍如下:
1. 中文名:生物氧化
2. 外文名:biological oxidation
3. 别称:组织呼吸
4. 特点:为机体提供可利用的能量
5. 过程:酶促反应与氧化合成水
6. 部位:线粒体、细胞膜
在生物氧化过程中,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,这一过程遵循氧化还原反应的一般规律,其耗氧量、最终产物和释放的能量与有机物质体外燃烧相同。生物氧化具有以下特点:
1. 酶催化过程在细胞内进行,反应条件温和(水溶液中PH约为7和常温)。
2. 生物氧化过程中伴随生物还原反应的产生。
3. 水是许多生物氧化反应的供氧体,通过加水脱氢作用直接参与了氧化反应。
4. 碳的氧化和氢化在生物氧化过程中非同步进行。
5. 生物氧化是一个分步进行的过程,每一步都有特殊的酶催化,每一步反应的产物都可以分离出来。
6. 生物氧化释放的能量,通过与ATP合成相偶联,转换成生物体能够直接利用的生物能ATP。
在生物氧化过程中,涉及到的酶类主要有氧化酶和脱氢酶。氧化酶为含铜或铁的蛋白质,能激活分子氧,促进氧对代谢物的直接氧化,只能以氧为受氢体,生成水。重要的有细胞色素氧化酶,可使还原型氧化成氧化型,亦可将氢放出的电子传递给分子氧使其活化。心肌中含量甚多。此外还有过氧化物酶、过氧化氢酶等。脱氢酶分需氧脱氢酶和不需氧脱氢酶。前者可激活代谢物分子中的氢,与分子氧结合,产生过氧化氢。在无分子氧时,可利用亚甲蓝为受氢体。需氧脱氢酶皆以FMN或FAD为辅酶。不需氧脱氢酶可激活代谢物分子中的氢,使脱出的氢转移给递氢体或非分子氧。一般在无氧或缺氧环境下促进代谢物氧化。大部分以NAD或NADP为辅酶。
生物氧化过程可以分为不需传递体和需传递体的两种体系。不需传递体的最简单,在微粒体、过氧化酶体及胞液中代谢物经氧化酶或需氧脱氢酶作用后脱出的氢给分子氧生成水或过氧化氢。其特点是不伴磷酸化,不生成ATP,主要与体内代谢物、药物和毒物的生物转化有关。需传递体的最典型的是呼吸链。是在线粒体经多酶体系催化,即通过电子传递链完成,与ATP的生成相关。
在生物氧化过程中,CO2的生成是代谢中有机酸的毁腔脱羧反应所致。有直接脱羧和氧化脱羧两种类型。按脱羧基的位置又有α-脱羧和β-脱羧之分。
糖代谢中的三羧酸循环和脂肪酸β-氧化是在线粒体内生成NADH(还原当量),可立即通过电子传递链进行氧化磷酸化。在细胞的胞浆中产生的NADH ,如糖酵解生成的NADH则要通过穿梭系统(shuttle system)使NADH的氢进入线粒体内膜氧化。
在生物氧化过程中,存在一些影响因素,如抑制剂、解偶联剂和ADP的调节作用。抑制剂能阻断呼吸链某一部位电子传递的物质称为呼吸链抑制剂。解偶联剂可以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。ADP的调节作用则保证了电子流只在需要ATP合成时发生。