、生物氧化酶类 体内催化氧化反应的酶有许多种,按照其催化氧化反应方式不同可分为 大类: (一)脱氢氧化酶类 这一类中依据其反应受氢体或氧化产物不同,又可以分为三种: 氧化酶类( oxidases 氧化酶直接作用于底物,以O2作为受氢体或受电子体,生成产物是H2O 氧化酶均为结合蛋白质,辅基常含有Cu2+,如细胞色素氧化酶、酚氧化酶 抗坏血酸氧化酶等。如抗坏血酸氧化酶可催化下述反应: 抗坏血酸 抗坏血酸氧化清 脱氢抗坏血酸+HO 2.需氧脱氢酶类( aerobic dehydrogenases 需氧脱氢酶以FAD或FMN为辅基,以氧为直接受氢体,产物为H2O2或 超氧离子(O2)。某些色素如甲烯蓝( methylene blue,MB)、铁氰化钾 ([ K Fe(CN]、二氯酚靛酚可以作为这类酶的人工受氢体。如D-氨基酸氧化 酶(辅基FAD)、L氨基酸氧化酶(辅基FMN)、黄嘌呤氧化酶(辅基FAD、醛脱 氢酶辅基FAD)、单胺氧化酶(辅基FAD)、二胺氧化酶等。 22+hO 次黄嘌呤(或黄嘌岭)√HO+O. 醛HO+NH 黄哪呤(或尿酸 HO 单胺氧化酶(含FAD)黄哪呤氧化酶后含FAD.Mo,Fe) 2.需氧脱氢酶类( aerobic dehydrogenases) 粒细胞中NADH氧化酶和 NADPH氧化酶也是需氧脱氢酶,它们催化下 述反应: NAD (P)H+20, NADP)H氧化降 NAD(P)+202+H+ 超氧离子在超氧化物歧化酶( superoxide dismutase,SOD)催化下生成H2O2 与 SOD O2+02+2H→+H2O2+02 3.不需氧脱氢酶类( anaerobic dehydrogenases 这是人体内主要的脱氢酶类,其直接受氢体不是O2,而只能是某些辅酶 (NAD、NADP)或辅基(FAD、FMN),辅酶或辅基还原后又将氢原子传递至 线粒体氧化呼吸链,最后将电子传给氧生成水,在此过程中释放出来的能量 使ADP磷酸化生成ATP,如3-磷酸甘油醛脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、细胞色素 酶等 3-磷酸甘油醛 NAD°+P 球珀酸 FAD 1,3一二磷酸廿油酸<NADH+H'延胡索酸<FADH 3-磷酸甘油醛脱氢酶 魂珀酸脱氢酶SDH)
三、生物氧化酶类 体内催化氧化反应的酶有许多种，按照其催化氧化反应方式不同可分为 三大类： (一) 脱氢氧化酶类 这一类中依据其反应受氢体或氧化产物不同，又可以分为三种： 1. 氧化酶类(oxidases) 氧化酶直接作用于底物，以 O2 作为受氢体或受电子体，生成产物是 H2O。 氧化酶均为结合蛋白质，辅基常含有 Cu2+，如细胞色素氧化酶、酚氧化酶、 抗坏血酸氧化酶等。如抗坏血酸氧化酶可催化下述反应： 2. 需氧脱氢酶类(aerobic dehydrogenases) 需氧脱氢酶以 FAD 或 FMN 为辅基，以氧为直接受氢体，产物为 H2O2 或 超氧离子 (O2 - ) 。 某 些 色 素 如 甲 烯 蓝 (methylene blue,MB) 、 铁 氰 化 钾 (［K3Fe(CN)6］、二氯酚靛酚可以作为这类酶的人工受氢体。如 D-氨基酸氧化 酶(辅基 FAD)、L-氨基酸氧化酶(辅基 FMN)、黄嘌呤氧化酶(辅基 FAD)、醛脱 氢酶(辅基 FAD)、单胺氧化酶(辅基 FAD)、二胺氧化酶等。 2. 需氧脱氢酶类(aerobic dehydrogenases) 粒细胞中 NADH 氧化酶和 NADPH 氧化酶也是需氧脱氢酶，它们催化下 述反应： 超氧离子在超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)催化下生成 H2O2 与 O2： 3. 不需氧脱氢酶类(anaerobic dehydrogenases) 这是人体内主要的脱氢酶类，其直接受氢体不是 O2，而只能是某些辅酶 (NAD+、NADP+ )或辅基(FAD、FMN)，辅酶或辅基还原后又将氢原子传递至 线粒体氧化呼吸链，最后将电子传给氧生成水，在此过程中释放出来的能量 使 ADP 磷酸化生成 ATP，如 3-磷酸甘油醛脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、细胞色素 酶等
(二)加氧酶类( oxygenases) 顾名思义,加氧酶催化加氧反应。根据向底物分子中加入氧原子的数目, 又可分为加单氧酶( monooxygenase)和加双氧酶 dioxygenase) 加单氧酶 又称为多功能氧化酶、混合功能氧化酶( mixed function oxidase)、羟化酶 ( hydroxylase)。加单氧酶催化O2分子中的一个原子加到底物分子上使之羟化, 另一个氧原子被 NADPH+H提供的氢还原生成水,在此氧化过程中无高能磷 酸化合物生成,反应如下: RH+ NADPH+H+O,、加单氧豳gOH+NADP+H2 加单氧酶实际上是含有黄素酶及细胞色素的酶体系,常常是由细胞色素 P450、 NADPH细胞色素P450还原酶、 NADPH和磷脂组成的复合物。细胞色素 P450是一种以血色素为辅基的b族细胞色素,其中的Fe3可被NaS2O3等还原 为Fe2,还原型的细胞色素P45与CO结合后在450nm有最大吸收峰,故名 细胞色素P450,它的作用类似于细胞色素a3,能与氧直接反应,将电子传递 给O2,因此也是一种终末氧化酶。 加单氧酶主要分布在肝、肾组织微粒体中,少数加单氧酶也存在于线粒 体中,加单氧酶主要参与类固醇激素(性激素、肾上腺皮质激素)、胆汁酸盐 胆色素、活性ⅤD的生成和某些药物、毒物的生物转化过程。加单氧酶可受底 物诱导,而且细胞色素P450基质特异性低,一种基质提高了加单氧酶的活性便 可同时加快几种物质的代谢速度,这与体内的药物代谢关系十分密切,例如 以苯巴比妥作诱导物,可以提高机体代谢胆红素、睾酮、氢化可地松、香豆 素、洋地黄毒苷的速度,临床用药时应予考虑 2.加双氧酶 此酶催化O2分子中的两个原子分别加到底物分子中构成双键的两个碳原 子上,如色氨酸吡咯酶(色氨酸加双氧酶)、胡萝卜素加双氧酶分别催化下列反 应 CH-CHCOOH 色氨酸吐咯酶,O2 CHCOOH 色氨酸加双氧酶 色氨酸 甲酰犬尿酸元 CH-CH-CH-C18-胡萝卜震 CH CII 双氯酶.O2 B一胡费卜素 视黄醛 (三)过氧化氢酶和过氧化物酶 前已叙及需氧脱氢酶和超氧化物歧化酶催化的反应中有H2O2生成。过氧 化氢具有一定的生理作用,粒细胞和吞噬细胞中的H2O2可杀死吞噬的细菌 甲状腺上皮细胞和粒细胞中的H2O2可使I氧化生成I2,进而使蛋白质碘化
（二）加氧酶类(oxygenases) 顾名思义，加氧酶催化加氧反应。根据向底物分子中加入氧原子的数目， 又可分为加单氧酶(monooxygenase)和加双氧酶(dioxygenase)。 1. 加单氧酶 又称为多功能氧化酶、混合功能氧化酶(mixed function oxidase)、羟化酶 (hydroxylase)。加单氧酶催化 O2 分子中的一个原子加到底物分子上使之羟化， 另一个氧原子被 NADPH+H+提供的氢还原生成水，在此氧化过程中无高能磷 酸化合物生成，反应如下： 加单氧酶实际上是含有黄素酶及细胞色素的酶体系，常常是由细胞色素 P450、NADPH 细胞色素 P450 还原酶、NADPH 和磷脂组成的复合物。细胞色素 P450 是一种以血色素为辅基的 b 族细胞色素，其中的 Fe3+可被 Na2S2O3 等还原 为 Fe2+，还原型的细胞色素 P450 与 CO 结合后在 450nm 有最大吸收峰，故名 细胞色素 P450，它的作用类似于细胞色素 aa3，能与氧直接反应，将电子传递 给 O2，因此也是一种终末氧化酶。 加单氧酶主要分布在肝、肾组织微粒体中，少数加单氧酶也存在于线粒 体中，加单氧酶主要参与类固醇激素(性激素、肾上腺皮质激素)、胆汁酸盐、 胆色素、活性 VD 的生成和某些药物、毒物的生物转化过程。加单氧酶可受底 物诱导，而且细胞色素 P450 基质特异性低，一种基质提高了加单氧酶的活性便 可同时加快几种物质的代谢速度，这与体内的药物代谢关系十分密切，例如 以苯巴比妥作诱导物，可以提高机体代谢胆红素、睾酮、氢化可地松、香豆 素、洋地黄毒苷的速度，临床用药时应予考虑。 2. 加双氧酶 此酶催化 O2 分子中的两个原子分别加到底物分子中构成双键的两个碳原 子上，如色氨酸吡咯酶(色氨酸加双氧酶)、胡萝卜素加双氧酶分别催化下列反 应： （三） 过氧化氢酶和过氧化物酶 前已叙及需氧脱氢酶和超氧化物歧化酶催化的反应中有 H2O2 生成。过氧 化氢具有一定的生理作用，粒细胞和吞噬细胞中的 H2O2 可杀死吞噬的细菌， 甲状腺上皮细胞和粒细胞中的 H2O2 可使 I 氧化生成 I2，进而使蛋白质碘化
这与甲状腺素的生成和消灭细菌有关。但是HO2也可使巯基酶和蛋白质氧化 失活:还能氧化生物膜磷脂分子中的多不饱和脂肪酸,损伤生物膜结构、影 响生物膜的功能:还能破坏核酸和粘多糖。人体某些组织如肝、肾、中性粒 细胞及小肠粘膜上皮细胞中的过氧化物酶体内含有过氧化氢酶(触酶)和过氧 化物酶,可利用或消除细胞内的H2O2和过氧化物,防止其含量过高而起保护 作用 过氧化氢酶( Catalase) 此酶催化两个H2O2分子的氧化还原反应,生成H2O并释放出O2 过氧化氢 HyO,+H,O3 2H,0+O, 过氧化氢酶的催化效率极高,每个酶分子在0℃每分钟可催化264万个 H2O2分子分解,因此人体一般不会发生H2O2的蓄积中毒。 2.过氧化物酶( Peroxidase) 此酶催化H2O2或过氧化物直接氧化酚类或胺类物质 R+H2O RO+H2O或RH2+H2O2-—→R+2H2O 某些组织的细胞中还有一种含硒(Se)的谷胱甘肽过氧化物酶( glutathione peroxidase),可催化下述反应 H202+2G-SH 2H20+ GSSO ROOH +2G-SH-ROH GSSG+H2O 生成的GSSG又可在谷胱甘肽还原酶催化下由 NADPH+H供氢还原生成 G-SH CSsG+ NADPH+H+爸跳甘还NADP+2G-sH 临床工作中判定粪便、消化液中是否有隐血时,就是利用血细胞中的过 氧化物酶活性将愈创木酯或联苯胺氧化成蓝色化合物
这与甲状腺素的生成和消灭细菌有关。但是 H2O2 也可使巯基酶和蛋白质氧化 失活；还能氧化生物膜磷脂分子中的多不饱和脂肪酸，损伤生物膜结构、影 响生物膜的功能；还能破坏核酸和粘多糖。人体某些组织如肝、肾、中性粒 细胞及小肠粘膜上皮细胞中的过氧化物酶体内含有过氧化氢酶(触酶)和过氧 化物酶，可利用或消除细胞内的 H2O2 和过氧化物，防止其含量过高而起保护 作用。 1. 过氧化氢酶(Catalase) 此酶催化两个 H2O2 分子的氧化还原反应，生成 H2O 并释放出 O2。 过氧化氢酶的催化效率极高，每个酶分子在 0℃每分钟可催化 264 万个 H2O2 分子分解，因此人体一般不会发生 H2O2 的蓄积中毒。 2. 过氧化物酶(Peroxidase) 此酶催化 H2O2 或过氧化物直接氧化酚类或胺类物质。 R + H2O2 ——→ RO + H2O 或 RH2+H2O2——→ R + 2H2O 某些组织的细胞中还有一种含硒(Se)的谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase)，可催化下述反应： H2O2 + 2G-SH → 2H2O + GSSG ROOH + 2G-SH → ROH + GSSG + H2O 生成的 GSSG 又可在谷胱甘肽还原酶催化下由 NADPH+H+供氢还原生成 G-SH： 临床工作中判定粪便、消化液中是否有隐血时，就是利用血细胞中的过 氧化物酶活性将愈创木酯或联苯胺氧化成蓝色化合物
第二节呼吸链 呼吸链( respiratory chain,或电子传递链)是由一系列的递氢体( hydrogen transfer)和递电子体( eletron transfer)按一定的顺序排列所组成的连续反应体 系,它将代谢物脱下的成对H原子交给O2生成H2O,同时有ATP生成。实 际上呼吸链的作用代表着线粒体最基本的功能,呼吸链中的递氢体和递电子 体就是能传递H原子或电子的载体,由于氢原子可以看作是由H和e组成的 所以递氢体也是递电子体。递氢体和递电子体的本质是酶、辅酶、辅基或辅 因子 、呼吸链的递氢体和递电子体 构成呼吸链的递氢体和递电子体主要分为以下五类: 1.尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)或称辅酶I(Co)。 为体内很多脱氢酶的辅酶,是连 接作用物与呼吸链的重要环节,分子 中除含尼克酰胺(维生素PP)外,还含 有核糖、磷酸及一分子腺苷酸(AMP), 其结构如左: NAD的主要功能是接受从代谢 物上脱下的2H(2H+2e),然后传给另 传递体黄素蛋白 Nicotinamide adenine dinucleotide (NAn+e 在生理pH条件下,尼克酰胺中的 氮(吡啶氮)为五价的氮(N+),它能可逆地接受电子而成为三价氮(N),与氮 对位的碳也较活泼,能可逆地加氢还原,故可将NAD视为递氢体。反应时, NAD的尼克酰胺部分可接受一个氢原子及一个电子,尚有一个质子(H)留在 介质中。 此外,亦有不少脱氢酶的辅酶为尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP), 又称辅酶Ⅱ(CoⅡ),它与NAD不同之处是在腺苷酸部分中核糖的2′位碳上 羟基的氢被磷酸基取代而成(如下图)。 当此类酶催化代谢物脱氢后,其辅酶NADP+接受氢而被还原生成 NADPH+H+,它须经吡啶核苷 酸转氢酶( pyridine nucleotide transhydrogenase)作用将还原 当量转移给NAD,然后再经 呼吸链传递,但 NADPH+H 般是为合成代谢或羟化反 NADP"(CoⅡ)結构 应提供氢 ADPH+H++NAD+吡定咳世酸持氢胸 NADP+NADII+II+
第二节 呼吸链 呼吸链(respiratory chain，或电子传递链)是由一系列的递氢体(hydrogen transfer)和递电子体(eletron transfer)按一定的顺序排列所组成的连续反应体 系，它将代谢物脱下的成对 H 原子交给 O2 生成 H2O，同时有 ATP 生成。实 际上呼吸链的作用代表着线粒体最基本的功能，呼吸链中的递氢体和递电子 体就是能传递 H 原子或电子的载体，由于氢原子可以看作是由 H+和 e 组成的， 所以递氢体也是递电子体。递氢体和递电子体的本质是酶、辅酶、辅基或辅 因子。 一、呼吸链的递氢体和递电子体 构成呼吸链的递氢体和递电子体主要分为以下五类： 1. 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+ )或称辅酶 I(CoI)。 为体内很多脱氢酶的辅酶，是连 接作用物与呼吸链的重要环节，分子 中除含尼克酰胺(维生素 PP)外，还含 有核糖、磷酸及一分子腺苷酸(AMP)， 其结构如左： NAD+的主要功能是接受从代谢 物上脱下的 2H(2H+ + 2e)，然后传给另 一传递体黄素蛋白。 在生理 pH 条件下，尼克酰胺中的 氮(吡啶氮)为五价的氮（N5+），它能可逆地接受电子而成为三价氮(N3+)，与氮 对位的碳也较活泼，能可逆地加氢还原，故可将 NAD+视为递氢体。反应时， NAD+的尼克酰胺部分可接受一个氢原子及一个电子，尚有一个质子(H+ )留在 介质中。 此外，亦有不少脱氢酶的辅酶为尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+ )， 又称辅酶Ⅱ(CoⅡ)，它与 NAD+不同之处是在腺苷酸部分中核糖的 2′位碳上 羟基的氢被磷酸基取代而成（如下图）。 当此类酶催化代谢物脱氢后，其辅酶 NADP+接受氢而被还原生成 NADPH+H+，它须经吡啶核苷 酸转氢酶(pyridine nucleotide transhydrogenase) 作用将还原 当量转移给 NAD+，然后再经 呼吸链传递，但 NADPH+H+ 一般是为合成代谢或羟化反 应提供氢