生物化学复习总结之呼吸链

生物化学复习总结之,呼吸链（电子传递链）,电子传递链(electrontransferchain),电子传递（electrontransfer):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（electrontransferchain):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（respirationchain)。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):NicotinamideAdenineDinucleotide,NADP+(CoII):NicotinamideAdenineDinucleotidePhosphate,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（FlavinMononucleotide，FMN)；,黄素腺嘌呤二核苷酸（FlavinAdenine,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-sulfurCenters,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（CoenzymeQ，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1e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Cytc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。,CytochromeC,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,Theorderoftheelectron-transferringchain,从NADHO2的电子传递顺序：,NADHFP14FeSCoQ(2FeS),CytbCytc1Cytc,Cytaa3O2,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：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为L形，L的一,个臂在膜内，另一臂伸展到基质中。,复合体：NADH脱氢酶复合体,复合物催化两个同时发生的偶联过程：,（1）NADH+H+QNAD+QH2,（2）4个质子由基质转到内膜外,因此，复合物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：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：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：泛醌到Cytc,（细胞色素bc1复合物或CoQ:Cytc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Cytc的转移,和质子由膜内基质向膜外空间的运输。,复合物：泛醌到Cytc,（细胞色素bc1复合物或CoQ:Cytc氧化还原酶）,结构：复合物和结构的确定（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：细胞色素C到O2,复合物又称细胞色素氧化酶,功能：在呼吸链的最后一步，把Cytc的电子转移给,O2，使其还原生成H2O。,结构：Thecomplexhasalargemolecule（分子）(MW,204kD)andconsistsmorethantensubunits(13);,电子传递的顺序为：Cytc-CuA-a-a3-CuB-O2，每4e通过复合物时，酶从基质中消耗4个“底物”H+，生成2H2O，每通过1e，利用氧化还原反应的能量泵出1H+到内膜外空间。,底物水平磷酸化,(SubstrateLevelPhosphorylation),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G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,（OxidativePhosphorylation),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3H+。于是，合成及加上输出1ATP=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，