生物氧化呼吸鏈

生物化學(xué)模塊二糖類第二單元生物氧化

本章重點及難點重點：掌握什么是生物氧化，高能磷酸化合物的概念及ATP的作用；掌握呼吸鏈電子傳遞體的組成及排列方式，以及受抑制的部位；掌握氧化磷酸化的部位，氧化磷酸化的作用原理。難點：與能量代謝有關(guān)的一些概念；呼吸鏈的組成成分、排列順序；氧化磷酸化的機理。第二節(jié)電子傳遞鏈定義在生物氧化過程中，從代謝物脫下的成對氫原子（2H）通過多種酶和輔酶所催化的連鎖反應(yīng)逐步傳遞，最終與氧結(jié)合生成水，這一系列酶和輔酶組成的連鎖傳遞體系稱為呼吸鏈又稱電子傳遞鏈。呼吸鏈?zhǔn)谴x物上氫原子被脫氫酶激活脫落后，經(jīng)一系列電子傳遞體，最后傳遞給被激活的氧分子而生成水的過程。組成：遞氫體和電子傳遞體（2H2H++2e），存在于線粒體內(nèi)膜上

呼吸鏈的定義一、電子傳遞鏈的組成及功能呼吸鏈共包括四種具有傳遞電子功能的酶復(fù)合體(complex，由相應(yīng)酶和傳遞體共同組成)和兩種單獨成分。*Q(泛醌)和細胞色素C(Cytc)均不包含在上述四種復(fù)合體中。線粒體呼吸鏈復(fù)合體復(fù)合體酶名稱復(fù)合體Ⅰ復(fù)合體Ⅱ復(fù)合體Ⅲ復(fù)合體ⅣNADH-Q還原酶琥珀酸--細胞色素C細胞色素c氧化酶輔基FMN，F(xiàn)e-SFAD，F(xiàn)e-S鐵卟啉，F(xiàn)e-S鐵卟啉，Cu多肽鏈數(shù)3941013復(fù)合體酶名稱復(fù)合體Ⅰ復(fù)合體Ⅱ復(fù)合體Ⅲ復(fù)合體ⅣNADH-琥珀酸-Q還原酶QH2-細胞色素C細胞色素c氧化酶輔基FMN，F(xiàn)e-SFAD，F(xiàn)e-S鐵卟啉，F(xiàn)e-S鐵卟啉，Cu多肽鏈數(shù)3941013呼吸鏈各復(fù)合體在線粒體內(nèi)膜中的位置ⅢⅠⅡⅣCytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸1/2O2+2H+H2O胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)線粒體內(nèi)膜e-e-e-e-e-①煙酰胺核苷酸類：主要作為一類不需氧脫氫酶的的輔酶。有NAD+和NADP+，大多脫氫酶以NAD+為輔酶。電子和氫離子一起被接受，還原型CoⅠ將氫移到NADH（黃素）脫氫酶上。呼吸鏈中包括5類電子載體：NAD+和NADP+的結(jié)構(gòu)R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+

NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互轉(zhuǎn)變氧化還原反應(yīng)時變化發(fā)生在五價氮和三價氮之間。②黃素脫氫酶類

黃素脫氫酶（NADH脫氫酶）是黃素蛋白，其輔基FMN（FAD）接受2個氫原子成還原型的黃素單核苷酸。FMN結(jié)構(gòu)中含核黃素，發(fā)揮功能的部位是異咯嗪環(huán)，氧化還原反應(yīng)時不穩(wěn)定中間產(chǎn)物是FMN?。③鐵硫蛋白類NADH脫氫酶還有幾個非血紅素鐵原子與酸不穩(wěn)定的硫原子結(jié)合，組合成鐵-硫中心（iron-sulfur

center)。借鐵的變價（Fe3

+→Fe2

+

）接受電子并轉(zhuǎn)給輔酶Q。鐵-硫中心：存在于微生物、動物組織中，在NADH呼吸鏈中有多個不同的鐵-硫中心。NADH脫氫酶復(fù)合物包括兩個電子傳遞系統(tǒng)（酶，F(xiàn)MN，鐵-硫中心）。鐵硫蛋白中輔基鐵硫簇(Fe-S)含有等量鐵原子和硫原子，其中鐵原子可進行Fe2+Fe3++e反應(yīng)傳遞電子。?表示無機硫鐵硫蛋白SS無機硫半胱氨酸硫④輔酶Q類又稱泛醌（ubiquinone，CoQ)，是脂溶性化合物，可接受多種脫氫酶脫下的氫和電子轉(zhuǎn)變?yōu)榉捍迹–oQH2）。所以處在呼吸鏈的中心地位。它與蛋白質(zhì)結(jié)合不緊，可在黃素脫氫酶類與細胞色素類之間起載體作用。泛醇將電子傳給細胞色素bc1復(fù)合體，H+釋出。泛醌（輔酶Q,CoQ,Q）由多個異戊二烯連接形成較長的疏水側(cè)鏈（人CoQ10），氧化還原反應(yīng)時可生成中間產(chǎn)物半醌型泛醌。⑤細胞色素類（cytochromes)是一類以鐵卟啉（血紅素）為輔基的蛋白質(zhì)。廣泛分布于生物細胞，由于呈現(xiàn)顏色，故稱細胞色素。其作用靠鐵的變價傳遞電子由CoQ傳到氧。a、cytbc1復(fù)合體：含ctyb、ctyc1及鐵-硫蛋白。b、cyt氧化酶：含ctya和ctya3

。除含鐵還含銅（Cu2

+→Cu+

）c、cytc：在ctybc1復(fù)合體和cty氧化酶間傳遞電子。細胞色素細胞色素是一類以鐵鐵卟啉為輔基的催化電子傳遞的酶類，根據(jù)它們吸收光譜不同而分類。

傳遞體作用尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）遞氫體尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）遞氫體黃素蛋白（輔基為FAD和FMN）遞氫體鐵硫蛋白（Fe-S）單電子傳遞體輔酶Q遞氫體細胞色素類單電子傳遞體復(fù)合體Ⅰ:NADH-Q（泛醌）還原酶功能:

將電子從NADH傳遞給泛醌

(ubiquinone)

復(fù)合體ⅠNADH→→CoQFMN;Fe-SN-1a,b;

Fe-SN-4;

Fe-SN-3;Fe-SN-2由以上五種電子傳遞體組成4個復(fù)合體和2個單獨成分。復(fù)合體Ⅰ的功能NADH+H+

NAD+FMNFMNH2還原型Fe-S氧化型Fe-SQQH2復(fù)合體Ⅱ:琥珀酸-Q（泛醌）還原酶功能:

將電子從琥珀酸傳遞給泛醌

復(fù)合體Ⅱ琥珀酸→→CoQFe-S1;

b560;

FAD;

Fe-S2;

Fe-S3復(fù)合體Ⅲ:QH2（泛醌）-細胞色素c還原酶功能：將電子從泛醌傳遞給細胞色素c

復(fù)合體ⅢQH2→→Cytcb562;b566;Fe-S;c1復(fù)合體Ⅳ:細胞色素c氧化酶功能：將電子從細胞色素c傳遞給氧

復(fù)合體Ⅳ還原型Cytc→→O2CuA→a→a3→CuB其中Cyta3

和CuB形成的活性部位將電子交給O2。線粒體兩條呼吸鏈NADH氧化呼吸鏈

——細胞內(nèi)主要的呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈由琥珀酸脫氫酶復(fù)合體、CoQ和Cyt組成

FAD、Fe-S、Cytb558需要氧的參與；消耗氧、ADP和無機磷酸生成ATP；

電子傳遞水平的磷酸化呼吸鏈中傳遞體的排列順序?qū)嶒炓罁?jù)：1）根據(jù)各種組分標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位確定順序，氧化還原電位逐漸增加，該值越大，說明越易構(gòu)成氧化劑處于呼吸鏈的末端，越小，說明越易構(gòu)成還原劑處于呼吸鏈的始端。2）電子親和力增加的順序排列；3）吸收光譜變化，氧化程度逐漸增高；4）利用電子傳遞抑制劑選擇性阻斷；5）拆開和重組6）還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧，根據(jù)各組分氧化還原狀態(tài)確定順序呼吸鏈（電子傳遞鏈）電子親和力遞增的順序ATPFADH2ATPATP1.NADH氧化呼吸鏈NADH→復(fù)合體Ⅰ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2糖、脂、蛋白質(zhì)等有機物在氧化分解過程中脫下的氫，大部分經(jīng)此呼吸鏈氧化為水。例如丙酮酸、異檸檬酸、乳酸、酮戊二酸、蘋果酸、谷氨酸等。2.琥珀酸氧化呼吸鏈

琥珀酸→復(fù)合體Ⅱ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2一般情況下琥珀酸、a-磷酸甘油氧化脫氫生成FADH2作為這條呼吸鏈的最初供體。體內(nèi)兩條重要的呼吸鏈NADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈

NADH氧化呼吸鏈?zhǔn)求w內(nèi)分布最廣的一條重要呼吸鏈。生成3分子ATP。NAD+→[FMN(Fe-S)]→CoQ→b(Fe-S)→c1→c→aa3

丙酮酸

-酮戊二酸

1/2O2

H2O

異檸檬酸蘋果酸谷氨酸

-羥丁酸

-羥脂酰CoA

2e

2