生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈

1、生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈第八章 生物氧化 Biological Oxidation 8.1 生物氧化概述8.2 電子傳遞鏈8.3 氧化磷酸化生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈1. 電子傳遞鏈的概念概念：代謝物上的氫原子被脫氫酶激活脫落后，經(jīng)過一系列的傳遞體，最后傳遞給被激活的氧分子而生成水的全部體系稱為電子傳遞鏈；因伴隨著營養(yǎng)物質(zhì)的氧化放能，又稱為呼吸鏈。由供氫體、傳遞體、受氫體以及相應(yīng)的酶催化系統(tǒng)組成的代謝途徑。第二節(jié)第二節(jié) 電子傳遞鏈電子傳遞鏈生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈定位：線粒體內(nèi)膜上1）NADH氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈2）琥珀酸氧化呼吸鏈）琥珀酸氧化呼吸鏈 N

2、ADHFMN（Fe-S）CoQCyt b c1 caa3O2CoQCyt b c1 caa3O2 FAD（Fe-S）琥珀酸生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈NADH氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈 FADH2氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈SH2SNAD+NADH+ HFMNH2Fe SFMNFe SCoQCoQH2 Fe-SFe-S2Cyt-Fe2+2Cyt-Fe3+O212O2-2H2H2H2H+e-22e-H2OCoQCoQH2Cyt-Fe2+Cyt-Fe3+Cyt-Fe3+Cyt-Fe2+Cyt-Fe3+Cyt-Fe2+Cyt-Fe3+Cyt-Fe2+Cyt-Fe3+

3、Cyt-Fe2+bc1aa3cH2OO2-1O22e-2e-2e-2e-2e-2e-22H+CH2CH2COOHCOOHFADFe*SCytb2He-2 復(fù)合物I（NADH-泛醌還原酶） 復(fù)合物III（泛醌細(xì)胞色素c還原酶） 復(fù)合物IV（細(xì)胞色素c氧化酶） 復(fù)合物II（琥珀酸脫氫酶）生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈2.電子傳遞鏈的成員組成n 線粒體中的電子傳遞鏈的主要組分包括: 黃素蛋白； 鐵硫蛋白； 細(xì)胞色素； 泛醌生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈黃素蛋白：指以FAD或FMN為輔基的蛋白生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈FMN和FAD遞氫機(jī)制 RNHNNNOOH3CH3CFM

4、N/FAD1458910RNHNHHNNOOH3CH3C1458910+ 2HFMNH2/FADH2（氧化型）（氧化型）（還原型）（還原型）生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈 鐵硫蛋白（Fe-S）（非血紅素蛋白）與電子傳遞有關(guān)與其他遞氫體或電子傳遞體結(jié)合成復(fù)合物存在生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈鐵硫蛋白鐵硫蛋白(Iron-sulfur protein, Fe-S)又叫鐵硫中心或鐵硫簇。 含有等量鐵原子和硫原子。鐵除與硫連接外，還與肽鏈中Cys殘基的巰基連接。 鐵原子可進(jìn)行Fe2+ Fe3+e 反應(yīng)傳遞電子，為單電子傳遞體。 生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈鐵硫蛋白通過Fe3+

5、 Fe2+變化起傳遞電子的作用生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈Different types of iron-sulfur centersIron atoms cycle between Fe2+ (reduced) and Fe3+(oxidized).生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈 細(xì)胞色素（Cytochrome, Cyt）是一類以鐵卟啉為輔基的電子傳遞蛋白。呼吸鏈中主要有a、b、c三類。差別在于鐵卟啉的側(cè)鏈以及鐵卟啉與蛋白部分連接的方式不同。 Cyt b、c的鐵卟啉與血紅素相同； Cyt a的鐵卟啉為血紅素A。分子中的鐵通過氧化還原而傳遞電子，為單電子傳遞體。生物化學(xué)第五章

6、生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈卟啉卟啉鐵卟啉輔基側(cè)鏈不同鐵卟啉輔基與酶蛋白 連接方式不同細(xì)胞色素c生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈Reduced cytochromeshas three absorptionbands in the visible wavelengthsCyt a: 600 nmCyt b: 560 nmCyt c: 550 nm生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈輔基顏色帶波長與酶蛋白連接Cytb原卟啉 (血紅素)紅色560nm非共價結(jié)合Cytc原卟啉 (血紅

7、素)紅色550nm與多肽鏈中 Cys的 SH相連Cyta血紅素A綠色600nm非共價結(jié)合細(xì)胞色素a、b、c的區(qū)別生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈Cytochrome bc1 complex (complex III)生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈泛醌 (ubiquinone, UQ)即輔酶Q（ Coenzyme Q， CoQ），屬于脂溶性醌類化合物，帶有多個異戊二烯側(cè)鏈。因其為脂溶性，游動性大，極易從線粒體內(nèi)膜中分離出來，因此不包含在四種復(fù)合體中。分子中的苯醌結(jié)構(gòu)能可逆地結(jié)合2個H，為遞氫體。生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈 OOH3COH3COCH3(CH2CHCCH3C

8、H2)nHCoQ isoprene H2CCCCH2CH3H生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈 OOCH3OCH3CH3OROHOHCH3OCH3CH3OR+ 2H 泛泛醌醌（氧氧化化型型） 二二氫氫泛泛醌醌（還還原原型型）生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈 由以下實(shí)驗(yàn)確定 標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位 拆開和重組 特異抑制劑阻斷 還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧3. 呼吸鏈的電子傳遞順序生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈n利用脫氧膽酸處理線粒體內(nèi)膜、分離出呼吸鏈的4種復(fù)合物，輔酶Q和細(xì)胞色素C及ATP合酶。氧氧化化還還原原對對E (V)NAD+/NADH+H+-0.32FMN/ FMNH2-0.30F

9、AD/ FADH2-0.06Cyt b Fe3+/Fe2+0.04（或或0.10）Q10/Q10H20.07Cyt c1 Fe3+/ Fe2+0.22Cyt c Fe3+/Fe2+0.25Cyt a Fe3+ / Fe2+0.29Cyt a3 Fe3+ / Fe2+ 0.551/2 O2/ H2O 0.82呼呼吸吸鏈鏈中中各各種種氧氧化化還還原原對對的的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)氧氧化化還還原原電電位位n 氧化-還原點(diǎn)位的測定：低高生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈n 呼吸鏈的專一抑制劑生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈4. 呼吸鏈各復(fù)合體在線粒體內(nèi)膜中的位置復(fù)合體酶名稱多肽鏈數(shù)輔基復(fù)合體NADH-泛醌

10、還原酶42FMN, Fe-S復(fù)合體琥珀酸-泛醌還原酶4FAD, Fe-S復(fù)合體泛醌-細(xì)胞色素c還原11鐵卟啉, Fe-S復(fù)合體細(xì)胞色素c氧化酶13鐵卟啉, Cu四種復(fù)合體的排列關(guān)系四種復(fù)合體的排列關(guān)系NADHsuccinate FMN（Fe-S） FAD（Fe-S） Cyt b, （Fe-S）CoQ Cyt aa3O2Cyt ccompex Icompex IIcompex IIIcompex IVc1生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈復(fù)合物 NADH-Q 還原酶n結(jié)合鐵硫蛋白,輔基為FMN的黃素蛋白.n能結(jié)合NADH,并將其氧化為NAD+n將電子傳遞給泛醌,使4H+釋放入內(nèi)外膜間隙.生物

11、化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈NADH+H+ NAD+ FMN FMNH22Fe2+-S 2Fe3+-S QQH2 復(fù)合體復(fù)合體NADH CoQ FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈NAD+（NADP+）的遞氫機(jī)制（氧化型）（氧化型）NHCONH2R+ H + H + + eNHCONH2RH+ H +NAD +/NADP+NADH/NADPH（還原型）（還原型）生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈復(fù)合物：琥珀酸-泛醌還原酶n 即琥珀酸脫氫酶.至少由4條肽鏈組成，含有一個FAD，2個鐵硫蛋白及細(xì)胞色素

12、b560.n 其作用是催化電子從琥珀酸轉(zhuǎn)至輔酶Q，但不轉(zhuǎn)移質(zhì)子。電子傳遞的方向?yàn)椋虹晁犭娮觽鬟f的方向?yàn)椋虹晁酕ADFe-SQ。生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈 復(fù)合體復(fù)合體琥珀酸琥珀酸 CoQFe-S1; b560; FAD; Fe-S2 ; Fe-S3 琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸 FAD FADH22Fe2+-S 2Fe3+-S QQH2生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈n即細(xì)胞色素c還原酶，由至少11條不同肽鏈組成，以二聚體形式存在，每個單體包含兩個細(xì)胞色素b（b562、b566）、一個細(xì)胞色素c1和一個鐵硫蛋白。n催化電子從輔酶Q傳給細(xì)胞色素c，每轉(zhuǎn)移一對電子，同時將4

13、個質(zhì)子由線粒體基質(zhì)泵至膜間隙。生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈復(fù)合體復(fù)合體QH2 Cyt c b562; b566; Fe-S; c1生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈復(fù)合體傳遞電子的過程生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈n每個單體由至少13條不同的肽鏈組成；n 分為三個亞單位：I包含兩個血紅素（a、a3）和一個銅蛋白(CuB);包含兩個銅離子(CuA)構(gòu)成的雙核中心，其結(jié)構(gòu)與2Fe-2S相似;的功能尚不了解。nCu2+ + e Cu+CuA a a3 CuBCyt cO2生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈復(fù)合體復(fù)合體還原型還原型Cyt c O2CuAaa3CuB 生物化學(xué)第五章生物氧化第二節(jié)電子傳遞鏈琥珀酸氧化呼吸鏈生物化學(xué)第五章生物氧化第