生物化学课件：Respiratory

Respiratorychain

在生物氧化过程中，代谢物脱下的氢经过一系列的传递体的传递，最终交给分子氧生成水，这一电子传递体系称为呼吸链。

在生物细胞中，接受代谢物上脱下的氢(或电子)的载体有三种——

NAD+、NADP+和FAD。

1.electrontransport-anoverview1.electrontransport-anoverview其中NADPH不进入呼吸链合成ATP，而是作为生物合成的还原剂；只有NADH和FADH2进入呼吸链。所以呼吸链有两条：由NADH开始的呼吸链——

NADH呼吸链；由FADH2开始的呼吸链——

FADH2呼吸链。1.electrontransport-anoverview

NAD+是水溶性的，与酶蛋白可逆结合而往返于线粒体基质与内膜之间（但不能透过内膜）。在线粒体的基质中，NAD+接受代谢物上脱下的氢，生成NADH；然后与酶蛋白脱离，扩散至线粒体内膜的内表面，将氢(电子)传递给下一个电子传递体，自身又再生成NAD+，返回线粒体基质继续参与代谢物的脱氢反应。

呼吸链中的电子传递体共有五种：

1).NAD+2.Memberofelectrontransportchain

此类酶催化脱氢时，与代谢物脱下的氢结合而还原成NADH或NADPH，在340nm处有一吸收峰；当有氢受体时，NADH或NADPH上的氢又可被氧化成NAD+或NADP+，在260nm处有一吸收峰。根据这个特点可以判定该辅酶处于氧化态还是还原态，并用于此类脱氢酶活力的测定。

1).NAD+2.Memberofelectrontransportchain

黄素蛋白是指以黄素核苷酸(FAD或FMN)为辅基的酶。所以，黄素蛋白有两种，分别以FAD及FMN作为辅基。

2).黄素蛋白(FP)呼吸链中的电子传递体共有五种：

2.Memberofelectrontransportchain

此类酶所表现出的催化活性与某些金属离子的存在有密切关系，如NADH脱氢酶和琥珀酸脱氢酶等含有几个非血红素铁原子，这些铁原子能与硫原子结合形成铁硫蛋白或铁硫中心，依赖铁的价态改变(Fe2+

Fe3+)来传递电子。2).黄素蛋白(FP)呼吸链中的电子传递体共有五种：

2.Memberofelectrontransportchain铁硫蛋白类（iron-sulfurprotein）又称非血红素铁蛋白(nonhemeironprotein)，含非卟啉和不耐酸的硫，其作用是借铁的变价互变进行电子传递。

铁硫蛋白最重要的特征是在酸化时释放H2S（酸不稳定的硫）。其络合物中的铁硫一般以等摩尔存在，通常构成铁硫中心Fe2S2和Fe2S4，然后再与蛋白质中的半胱氨酸连接。

3).铁硫蛋白呼吸链中的电子传递体共有五种：

2.Memberofelectrontransportchain

铁硫蛋白含铁原子(非血红素的铁)和硫原子(对酸不稳定的硫)，两者一般以等摩尔存在，构成2Fe-2S簇、4Fe-4S簇，称为铁硫中心，常用符号“Fe-S”表示。铁硫中心通过Fe与蛋白质的半胱氨酸残基连接。铁硫中心只有1个Fe起氧化还原反应，在氧化型（Fe3+）和还原型（Fe2+）之间转变。

3).铁硫蛋白呼吸链中的电子传递体共有五种：

2.Memberofelectrontransportchain3).铁硫蛋白Fe3++e-→Fe2+

2.Memberofelectrontransportchain

辅酶Q属于醌类，由于它广泛存在于生物系统中，所以又叫泛醌(UQ)。

辅酶Q是呼吸链中唯一的非蛋白质组分。它分子小，且呈脂溶性，可以在线粒体内膜的磷脂双分子层的疏水区自由扩散，往返于比较固定的蛋白质类的电子传递体之间进行电子传递。

4).辅酶Q(CoQ)呼吸链中的电子传递体共有五种：

2.Memberofelectrontransportchain

4).辅酶Q(CoQ)呼吸链中的电子传递体共有五种：

2.Memberofelectrontransportchain由于辅酶Q含有很长的脂肪族侧链，所以容易结合到膜上或与膜脂混溶

细胞色素是以铁卟啉(血红素)为辅基的蛋白质，因为有红颜色，又广泛存在于生物细胞中，故称为细胞色素。细胞色素通过辅基中的铁离子价的可逆变化进行电子传递。它在呼吸链中作为单电子传递体。5).细胞色素(Cyt)呼吸链中的电子传递体共有五种：

2.Memberofelectrontransportchain5).细胞色素(Cyt)2.Memberofelectrontransportchain

根据还原型细胞色素的吸收光谱的吸收峰位置不同，将细胞色素分为a、b、c三类。每一类中又有不同的亚类。不同类型的细胞色素，其辅基结构以及辅基与蛋白质的结合方式不同。5).细胞色素(Cyt)呼吸链中的电子传递体共有五种：

2.Memberofelectrontransportchain

abcReducedcytochromeshasthreeabsorptionbandsinthevisiblewavelengths不同细胞色素的最大吸收峰位置2.Memberofelectrontransportchain细胞色素波长(nm)

a600439b566b562532429c550521415c1554524418

根据还原型细胞色素的吸收光谱的吸收峰位置不同，将细胞色素分为a、b、c三类。每一类中又有不同的亚类。不同类型的细胞色素，其辅基结构以及辅基与蛋白质的结合方式不同。在动物的呼吸链中，至少有5种细胞色素——

b、c1、c、a、a3，其中Cyta和Cyta3组成复合物Cytaa3。Cytc在复合物Ⅲ和Ⅳ之间传递电子，它是内膜外侧的外周蛋白。5).细胞色素(Cyt)呼吸链中的电子传递体共有五种：

2.Memberofelectrontransportchain5).细胞色素(Cyt)呼吸链中的电子传递体共有五种：

2.Memberofelectrontransportchain牛新心线粒体Cytbc13.Electroncarriercomplexes呼吸链的各个组分除NADH外，都分布在线粒体的内膜上，而且在膜上有着特定的不对称分布。有一些组分常结合在一起，形成复合物嵌在膜内。在呼吸链中，有四个复合体，如下图：O2NADHFMN→Fe-SFAD→Fe-SCoQCytb→Fe-S→Cytc1CytcCytaa3ⅠⅡⅢⅣ3.ElectroncarriercomplexesO2NADHFMN→Fe-SFAD→Fe-SCoQCytb→Fe-S→Cytc1CytcCytaa3ⅠⅡⅢⅣ复合物I：NADH脱氢酶复合物II：琥珀酸脱氢酶复合物III：细胞色素b、c1复合体复合物IV：细胞色素氧化酶

3.ElectroncarriercomplexesCoQ在线粒体内膜中自由扩散，往返于复合物Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ之间进行电子传递；Cytc在复合物Ⅲ和Ⅳ之间传递电子，它是内膜外侧的外周蛋白。O2NADHFMN→Fe-SFAD→Fe-SCoQCytb→Fe-S→Cytc1CytcCytaa3ⅠⅡⅢⅣ3.Electroncarriercomplexes

复合物Ⅰ（NADH－CoQ还原酶）又称NADH脱氢酶，由25条以上的多肽链组成，总的相对分子质量约700×103~900×103，以二聚体的形式存在。每个单体含有一个FMN为辅基的黄素蛋白和至少6个铁硫蛋白。它是电子传递链中最大最复杂的酶复合物，其功能是催化NADH上的2个电子传递给辅酶Q，同时发生质子的跨膜输送，所以复合物Ⅰ既是电子传递体，又是质子移位体。

3.ElectroncarriercomplexesComplexI:Transportsprotonsfromthematrixtothecytosol3.Electroncarriercomplexes

复合物Ⅱ（琥珀酸－CoQ还原酶）又称琥珀酸脱氢酶，由4条多肽链组成，总的相对分子质量约140×103，含有一个以FAD为辅基的黄素蛋白、2个铁硫蛋白和一个细胞色素b。其作用是催化电子从琥珀酸通过FAD和铁硫蛋白传递到辅酶Q。所以复合物Ⅱ只能传递电子，而不能使质子跨膜输送。3.ElectroncarriercomplexesComplexII:Succinate-coenzymeQreductase3.Electroncarriercomplexes

复合物Ⅲ（CoQ－细胞色素b还原酶）由10条多肽链组成，总的相对分子质量约250×103，以二聚体形式存在。每个单体包括2个细胞色素b（b562、b566）、一个细胞色素c1和一个铁硫蛋白。其作用是催化电子从还原型辅酶Q转移给细胞色素c，同时发生质子的跨膜移位。所以复合物Ⅲ既是电子传递体，又是质子移位体。3.ElectroncarriercomplexesComplexIII:Drivesprotontransport3.Electroncarriercomplexes

复合物Ⅳ（细胞色素氧化酶）由6~13条多肽链组成，总的相对分子质量约160×103~170×103，以二聚体形式存在。每个单体包括细胞色素aa3和含铜蛋白。其作用是催化电子从还原型细胞色素c传递给氧分子，同时发生质子的跨膜移位。所以复合物Ⅳ既是电子传递体，又是质子移位体。3.ElectroncarriercomplexesComplexIV:Cytochromecoxidase3.Electroncarriercomplexes

呼吸链中的电子传递有着严格的方向和顺序，即电子从氧化还原电位较低的传递体依次通过氧化还