生物化学复习总结之呼吸链.ppt

生物化学复习总结之,呼吸链（电子传递链）,电子传递链 (electron transfer chain),电子传递（electron transfer): 底物脱下的氢和电子经过系列载体的序列氧化还原反应，最终把电子和氢质子传递给受体的过程，称之为电子传递。 电子传递链（electron transfer chain): 由一系列递氢体和递电子体组成的氧化还原反应链，称之为电子传递链。参与底物氧化的电子传递链也叫做呼吸链（respiration chain)。 递氢体：电子传递链中同时参与传递H＋与电子的辅酶或辅基。 递电子体：电子传递链中参与传递电子的辅酶或辅基。,呼吸链的组分,NAD+及与NAD+偶联的脱氢酶 NAD+是一种流动的电子传递体。 黄素及与黄素偶联的脱氢酶 辅酶Q 属于一种流动的电子传递体。 铁硫蛋白 细胞色素 细胞色素c是一种流动的电子传递体 氧气,呼吸链的组成及其作用机制,吡啶核苷酸与吡啶核苷酸型脱氢酶,吡啶核苷酸型脱氢酶，属脱氢酶类，包括脱氢酶复合物，,但它们的辅酶大多相同，主要有两种：,NAD+（CoI ): Nicotinamide AdenineDinucleotide,NADP+(CoII): Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate,分子中起递氢作用的是烟酰胺，能反复氧化和还原，起到接,受氢和提供氢的作用而传递氢。,根据NAD(P)+的光谱变化进行测定,呼吸链的组成及其作用机制,黄素脱氢酶类,• 是一类不需氧的含黄素的脱氢酶； • 种类多，酶蛋白不同，辅基有两种：,黄素单核苷酸（Flavin Mononucleotide，FMN)；,黄素腺嘌呤二核苷酸（Flavin Adenine,Dinucleotide, FAD),• 此类酶催化由NADH分子上脱氢（NADH脱氢酶，酶,蛋白称为FP1），生成FMNH2，或催化由琥珀酸分,子上脱氢（琥珀酸脱氢酶，酶蛋白称为FP2）生成,FADH2。,呼吸链的组成及其作用机制,铁-硫中心（Iron-sulfur Centers, 铁硫蛋白) 铁硫中心（Fe-S）：铁硫蛋白中铁与无机硫原子(Fe 与S等量)和/或蛋白质中Cys残基的硫原子相连所形成 的活性基团。,铁硫中心的结构：最简单的是单铁原子与4个Cys的-,SH相连；更复杂的是有2个或4个铁原子。Rieske铁 硫蛋白则为1个铁原子与两个His残基相连。,蛋白含有的铁是非血红素铁,它借铁的价态变进行电子,传递，氧化型与还原型的的颜色不同，Fe3+为红、 绿，而Fe2+为无色.,注意：铁硫蛋白在电子传递链中，虽然起到传电子的作用，但这不是传递链中一个单独的组分，往往是与其它组分结合在一起共同起传递电子的作用。,辅酶Q（Coenzyme Q，CoQ）,脂溶性醌类化合物，有一个长的异戊二烯侧链，因广泛 存在得名，又称泛醌(Ubiquinone) 。位于线粒体内膜。,辅酶Q为电子和质子载体。CoQ在呼吸链中接受脱氢酶,传递过来的H，本身被还原为氢醌，再把电子传递给Cyt,体系而被氧化，接受1 e变为半醌自由基，接受2e变为,氢醌(QH2)。,CoQ不仅接受NADH脱氢酶的H，还接受线粒体内其 它脱氢酶的H，如琥珀酸脱氢酶，脂酰CoA脱氢酶及 其它黄素脱氢酶脱下的H，在电子传递链中处于中心 地位。,细胞色素（cytochromes） • 结构：细胞色素是一类色蛋白，以血红素为辅基 • 功能：在电子传递链中起传递电子的作用; 通过血红素 中Fe原子的价态变化传递电子（血红蛋白与肌红蛋白的 血红素不发生价态变化）,• 血红素结构是划分细胞色素的依据 a, a3, b, c, c1….. • 都是膜结合蛋白，只有Cyt c是可溶的,细胞色素（cytochromes）,• 细胞色素都是膜结合蛋,白。,• 不同种类的细胞色素的辅 基结构及与蛋白质连接的 方式是不同的,• 不同的血红素有不同的特,征吸收谱带；,• 血红素的氧化态与还原态,的光吸收是不同的。,Cytochrome C,• 分子量为~13,000；,• 唯一水溶性的细胞色素；,• 位于线粒体内膜的外测；,• 每次接受和传递一个电子,电子传递链各组分的排列顺序,The order of the electron-transferring chain,从NADH→O2的电子传递顺序：,NADH →FP1→4FeS →CoQ→(2FeS),↓,Cyt b→Cyt c1→Cyt c,↓,Cyt a a3→O2,呼吸链四个复合物的电子和质子流动总图,NAD-Q还原酶,琥珀酸-Q还原酶,细胞色素还原酶,细胞色素氧化酶,电子传递链中的复合体,• 复合体Ⅰ：NADH脱氢酶复合体,也称NADH: 泛醌氧化还原酶，是一个大的,酶复合物，由42条不同的多肽链组成，包括,含FMN黄素蛋白和至少6个铁硫中心。高分,辨率电子显微镜显示复合物Ⅰ为L形，L的一,个臂在膜内，另一臂伸展到基质中。,复合体Ⅰ：NADH脱氢酶复合体,复合物Ⅰ催化两个同时发生的偶联过程：,（1）NADH + H+ + Q → NAD+ + QH2,（2）4个质子由基质转到内膜外,因此，复合物Ⅰ是由电子转移能所驱动的质子,泵，结果内膜基质面变负，内膜外侧变正。,复合物Ⅱ ：琥珀酸到泛醌,也称琥珀酸脱氢酶，是TCA循环中唯一的一个,线粒体内膜结合的酶，虽比复合物Ⅰ小而简单，但 含有两类辅基和至少4种不同的蛋白，1个蛋白与,FAD及有4个铁原子的Fe-S中心共价结合；1个铁硫,蛋白。电子由琥珀酸流向FAD，然后通过Fe-S中心,到泛醌。,复合物Ⅱ ：琥珀酸到泛醌,呼吸链上还有其他底物的电子流经Q，但不 经过复合物II：,– 脂酰CoA脱氢酶,– 3-磷酸甘油脱氢酶,往往将这些由FAD作为辅基的脱氢酶统称 为琥珀酸脱氢酶类。,复合物Ⅲ ：泛醌到Cyt c,（细胞色素bc1复合物或CoQ: Cyt c氧化还原酶）,又称细胞色素bc1复合物，或泛醌：细胞色,素c氧化还原酶。,作用：偶联催化电子由氢醌到Cyt c的转移,和质子由膜内基质向膜外空间的运输。,复合物Ⅲ ：泛醌到Cyt c,（细胞色素bc1复合物或CoQ: Cyt c氧化还原酶）,结构：复合物Ⅲ和Ⅳ结构的确定（1995-1998，X-,射线晶体学）是线粒体电子转移研究的里程碑。复,合物Ⅲ是一个由相同单体组成的二聚体，每个单体,含有11个不同的亚基。,复合物Ⅳ：细胞色素C到O2,• 复合物Ⅳ又称细胞色素氧化酶,• 功能：在呼吸链的最后一步，把Cyt c的电子转移给,O2，使其还原生成H2O。,• 结构：The complex has a large molecule（分子） (MW,204 kD) and consists more than ten subunits (13);,电子传递的顺序为：Cyt c-CuA-a-a3-CuB-O2，每4 e通过复合物时，酶从基质中消耗4个“底物”H+，生成2H2O，每通过1 e，利用氧化还原反应的能量泵出1 H+到内膜外空间。,底物水平磷酸化,(Substrate Level Phosphorylation),• 底物分子首先因脱氢、脱水等作用形成一种高能中间,化合物;,• 高能中间化合物是由于底物氧化时底物内分子重排形,成的；,• 高能键通过转磷酰基给ADP，转移时有非常大的平衡,常数和一个大的ΔGº’ 负值；,• 一分子高能中间化合物只能形成一个ATP；,• 基质水平磷酸化是酵解过程中获取能量的唯一方式。,氧化磷酸化,（Oxidative Phosphorylation),生物氧化过程中，代谢物脱下的氢经呼吸链氧化,为水时所释放的能量转移给ADP形成ATP的过程。实,际上是氧化作用与氧化作用过程释放的能量用于形成,ATP的过程（磷酸化作用）两种作用的偶联反应。,ATP必须运输出线粒体 ATP 离开, ADP进入线粒体- 通过一种“转位酶” 。ATP离开是有利的，因为细胞液比基质要 “+”。然而ATP出去和ADP进入有1个负电荷的净转移——相当于有1个质子进入基质。 所以每1个ATP的输出消耗1个H+ 。1个ATP合成大概需要消耗3 H+ 。于是，合成及加上输出 1 ATP = 4H+,磷氧比（P/O）,氧化磷酸化的效率可以通过测定P/O值来确定。P/O值是指电子传递过程中，每消耗1摩尔氧原子所生成的ATP的摩尔数。消耗的氧原子数目相当于传递给氧气的电子数的1/2，消耗的无机磷酸等于氧化磷酸化产生的ATP。 细胞内的氧化磷酸化是受到严格调控的，调控的手段主要是它与电子传递之间的反馈。确切的说是ADP浓度控制，这种由ADP对氧化磷酸化的调节被称为呼吸控制。 代谢物脱下的2H经NADH氧化呼吸链被氧化为水时，生成3ATP（P/O≈3），而经琥珀酸氧化呼吸链氧化为水时，生成2ATP（P/O≈2）。,,氧化磷酸化的抑制剂,