其他生物氧化体系

五、其他生物氧化体系

线粒体呼吸链是一切动物、植物和微生物的主要氧化途径，与ATP的生成紧密相关。除了线粒体呼吸链之外，还有一些生物氧化体系，又称为非线粒体氧化体系，它们与ATP的生成无关。

（一）需氧脱氢酶

需氧脱氢酶可激活代谢物分子中的氢原子，并促进氢与分子氧直接结合产生H2O。在无分子氧存在情况下，需氧脱氢酶可利用亚甲蓝（或其他适当物质）作为受氢体。需氧脱氢酶皆是以FMN或FAD为辅酶。

（二）氧化酶

1.多酚氧化酶系统

多酚氧化酶系统存在于微粒体中，是含铜的末端氧化酶，也称儿茶酚氧化酶，由脱氢酶、醌还原酶和酚氧化酶组成，催化多酚类物质（对苯二酚、邻苯二酚、邻苯三酚）的氧化。其作用见图11-17。

多酚氧化酶在植物体内普遍存在，马铃薯块茎、苹果的果实以及茶叶中都富含这种酶，块茎、果实及叶片切伤后的褐变都是多酚氧化酶作用的结果。

2.抗坏血酸氧化酶系统

抗坏血酸氧化酶是一种含铜的氧化酶，广泛分布于植物中（特别是黄瓜、南瓜等），在有氧的条件下催化抗坏血酸的氧化。反应如下：

这种反应还可以与其他氧化酶相偶联，例如与谷胱甘肽氧化酶和NADPH脱氢酶偶联，即抗坏血酸氧化酶系统能够起到末端氧化酶的作用（图11-18）。

抗坏血酸氧化酶系统通过氧化抗坏血酸以消耗O2，可以防止O2对含巯基蛋白质的氧化，延缓衰老进程。

3.植物抗氰氧化酶系统

抗氰氧化酶是一种非血红素铁蛋白，它不受氰或氰化物的抑制，特别容易受氧肟酸（如水杨酰氧肟酸、苯基氧肟酸等）的抑制。在某些高等植物中，如玉米、豌豆、绿豆等的种子和马铃薯的块茎等中都含有抗氰氧化酶。这些植物在用KCN、NaCN、CO处理时，呼吸作用并未被完全抑制，仍有一定程度的氧吸收，这是因为电子不经过细胞色素氧化酶系统传递，而是通过对氰化物不敏感的抗氰氧化酶系统传给氧，这种呼吸称为抗氰呼吸。

现在研究证明，抗氰呼吸途径的电子传递是呼吸链中，电子经过细胞色素b通过抗氰氧化酶直接传递到氧（图11-19）。(https://www.daowen.com)

抗氰呼吸是放热反应，有利于低温沼泽地区植物的开花，也有利于种子早期发芽。

（三）超氧化物歧化酶和过氧化物氧化体系

1.超氧化物歧化酶

在有些氧化反应中会产生一些部分还原的氧形式。任何来源的电子，如半胱氨酸的巯基（thiol group）或还原型的维生素C，都很容易使氧发生不完全还原，形成氧自由基（oxygenradical）。个电子使氧还原形成超氧阴离子（superoxide anion，），2个电子使氧还原形成过氧化氢（hydrogen peroxide, H2 O2），3个电子使氧还原形成羟自由基（hydroxy radical，·OH）反应式如下：

O2+e-→O-2·

O2+2-e+2H+→H2O2

O2+3-e+3H+→H2O+·OH

不完全还原形式的氧反应性极强，对机体危害极大，羟自由基是其中最强的氧化剂，也是最活跃的诱变剂（mutagen），当机体受到电离辐射时就会产生羟自由基。生物要存活必须将这些毒性极强的高活性氧转变为活性较小的形式，需氧细胞有几种自我保护机制使机体免受不完全还原氧的侵害，其中最主要的一种方式是通过酶的作用，包括超氧化物歧化酶（super oxide dismutasse）、过氧化氢酶（catalase）和过氧化物酶（peroxidase）。

超氧阴离子消除的主要方式是由超氧化物歧化酶将其转变为过氧化氢（H2O2）。该酶催化的是一种歧化反应（dismutationreaction），即两个相同的底物形成两种不同的产物，一个超氧阴离子被氧化，另一个则被还原。

O-2+·O-2+2H+→H2O2+O2

超氧阴离子还可通过第二条途径形成过氧化氢。首先是·O-2的质子化，生成过氧羟自由基（hydroperoxyl radical, HO2·），它是超氧阴离子的共轭酸（conjugate acid）。2分子过氧羟自由基可以自发地结合，形成过氧化氢。

2.过氧化氢的消除和利用

某些组织产生的H2O2具有一定的生理意义，它可以作为某些反应的反应物。在甲状腺中，H2O2参与酪氨酸的碘化反应；在粒细胞和巨噬细胞中，H2O2可以杀死吞噬的细菌。但对大多数组织来说，H2O2是一种毒性物质，它可以氧化某些具有重要生理作用的含巯基的酶和蛋白质，使之丧失活性，还可将细胞膜磷脂分子高度不饱和脂肪酸氧化成脂质过氧化物，对生物膜造成严重损伤。因此在许多情况下，H2O2是一种有害物质，必须除去。过氧化体中所含的过氧化氢酶和过氧化物酶可将H2O2消除和利用。

（1）过氧化氢酶　过氧化氢酶（catalase）可催化两分子的HH2O2反应，生成水并放出O2。

（2）过氧化物酶　过氧化物酶（peroxidase）可催化H2O2直接氧化酚类、胺类等底物，催化底物脱氢，脱下的氢将H2O2还原成水。