生物化学第五章生物氧化第二节电子传递链-48页文档
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
分子中的铁通过氧化还原而传递电子，为单电子传 递体。
A、结构：一类含铁卟啉辅基的色素蛋白 B、分类: Cyta: Cytaa3
Cytb: Cytb562 、Cytb566、 Cytb560 Cytc: Cytc 、 c1 C、区别： ① 铁卟啉辅基侧链不同
② 铁卟啉辅基与酶蛋白
③ 连接方式不同
CytFe3+ + e CytFe2+
第八章 生物氧化
Biological Oxidation
8.1 生物氧化概述 8.2 电子传递链 8.3 氧化磷酸化
第二节 电子传递链
1. 电子传递链的概念
概念：代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱落后， 经过一系列的传递体，最后传递给被激活的氧分 子而生成水的全部体系称为电子传递链；因伴随 着营养物质的氧化放能，又称为呼吸链。 由供氢体、传递体、受氢体以及相应的酶催化系 统组成的代谢途径。
2H
SH 2
C O O H 2H CH2CH2COOH
NAD+
FM N H 2 2H
Fe S
FAD
Fe *S C yt b
复 合 物 II （琥珀酸脱氢酶）
2e-
CoQ
2Cyt-Fe 2+
2e-
－1 2
O
2
S
NADH
+ H 2H
FM N Fe S
复合物I
CoQH2
2e -
2Cyt-Fe 3+ 2H +
能 结 合 NADH, 并 将 其氧化为NAD+
将电子传递给泛醌, 使 4H+ 释 放 入 内 外 膜 间隙.
复合体Ⅰ
NADH→ FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 →CoQ
NADH+H+ NAD+
FMN FMNH2
2Fe2+-S 2Fe3+-S
因其为脂溶性，游动性大，极易从线粒体内膜中 分离出来，因此不包含在四种复合体中。
分子中的苯醌结构能可逆地结合2个H，为递氢体。
O
H3CO
CH3
CH3
H3CO
O
(CH2
C H
C
CH2)nH
CoQ
CH3
H2C C C CH2
H
isoprene
O
CH3O
CH3
+ 2H
CH3O
R
O
泛醌 （氧化型）
CH3O
Reduced
The end of Chap1 !
定位：线粒体内膜上
1）NADH氧化呼吸链
N A D H （ F F M e - S N ） C o Q C y t bc 1 ca a 3O 2
2）琥珀酸氧化呼吸链
琥 珀 酸 （ F F e A - D S ） CC y o t b Q c 1ca a 3O 2
NADH氧化呼吸链
FADH2氧化呼吸链
O 2-
H2O
（ NADቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ-泛 醌 还 原 酶 ）
C oQ
Cyt-Fe 2+ 2 e - Cyt-Fe 3+ Fe-S
Cyt-Fe
2+
2eCyt-Fe
3+
Cyt-Fe
2+
2e
-
－1 O 2
2
b
c1
c
a
a3
Fe-S
C oQ H 2 2 e - Cyt-Fe 3+
Cyt-Fe 2+ 2 e - Cyt-Fe 3+
Cyt-Fe 2+ 2 e - Cyt-Fe 3+ O 2- H 2O
2H +
复 合 物 III （ 泛 醌 － 细 胞 色 素 c还 原 酶 ）
复 合 物 IV （ 细 胞 色 素 c氧 化 酶 ）
－
2.电子传递链的成员组成
线粒体中的电子传递链的主要组分包括: ①黄素蛋白； ② 铁硫蛋白； ③ 细胞色素； ④ 泛醌
催化电子从辅酶Q传 给细胞色素c，每转移 一对电子，同时将4个 质子由线粒体基质泵至 膜间隙。
QH2 b566b562Fe-Sc1 Cytc
复合体Ⅲ
QH2→ b562; b566; Fe-S; c1 →Cyt c
复合物Ⅲ
细胞色素c
复合体Ⅲ传递电子的过程
QH2的第一次氧化
QH2的第二次氧化
Cyt
Cyt
Cytc
c 2H+
Cytc
c 2H+
b
F1e-
e-
eQ
S
Q
b
F1e-
e-
e-
Q
S
Q
b
QL
H
H 2Q
b
L
QHQ
H
2
复合物Ⅳ：Cytc 氧化酶
每个单体由至少13条不 同的肽链组成；
分为三个亚单位：I包 含两个血红素（a、a3） 和一个铜蛋白(CuB);Ⅱ包 含两个铜离子(CuA)构成 的双核中心，其结构与 2Fe-2S相似;Ⅲ的功能尚 不了解。
FM N/ FM NH2 FAD/ FADH2 C yt b Fe3+/Fe2+
Q 10/Q 10H 2 C yt c1 Fe3+/ Fe2+ C yt c Fe3+/Fe2+ C yt a Fe3+ / Fe2+ C yt a3 Fe3+ / Fe2+ 1/2 O 2/ H 2O
E º' (V ) -0.32 -0.30 -0.06 0.04（ 或 0.10） 0.07 0.22 0.25 0.29 0.55 0.82
①黄素蛋白：指以FAD或FMN为辅基的蛋白
FMN和FAD递氢机制
O
H3C
5
N
10
4 NH
891
+ 2H
H3C
N NO
R
FMN/FAD
（氧化型）
O
H
H3C
5
N
10
4 NH
891
H3C
N NO H
R
FMNH2/FADH2
（还原型）
② 铁硫蛋白（Fe-S） （非血红素蛋白）
与电子传递有关
与其他递氢体或电 子传递体结合成复 合物存在
Iron atoms cycle between Fe2+ (reduced) and Fe3+(oxidized).
③ 细胞色素（Cytochrome, Cyt）
是一类以铁卟啉为辅基的电子传递蛋白。
呼吸链中主要有a、b、c三类。差别在于铁卟啉的 侧链以及铁卟啉与蛋白部分连接的方式不同。 Cyt b、c的铁卟啉与血红素相同； Cyt a的铁卟啉为血 红素A。
呼吸链的专一抑制剂
4. 呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置
复合体
酶名称
多肽链数
辅基
复合体Ⅰ 复合体Ⅱ 复合体Ⅲ
NADH-泛醌还原酶 琥珀酸-泛醌还原酶 泛醌-细胞色素c还原
42
FMN, Fe-S
4
FAD, Fe-S
11
铁卟啉, Fe-S
复合体Ⅳ
细胞色素c氧化酶
13
铁卟啉, Cu
四种复合体的排列关系
细胞色素c
Cyt a: ~600 nm Cyt b: ~560 nm Cyt c: ~550 nm
Reduced cytochromes has three absorption bands in the visible wavelengths
细胞色素a、b、c的区别
Cytb
辅基
原卟啉Ⅸ (血红素)
Cu2+ + e Cu+
Cyt c
CuA a a3 CuB
O2
复合体Ⅳ 还原型Cyt c → CuA→a→a3→CuB → O2
NADH
氧
化
呼
吸
链
NADHFMN(Fe-S)Qbc1caa3O2
琥
珀
酸
氧
化
呼
吸
链
琥珀酸FAD(Fe-S)Qbc1caa3O2
OH CH3
CH3O
R OH
二氢泛醌 （还原型）
3. 呼吸链的电子传递顺序
由以下实验确定 ① 标准氧化还原电位 ② 拆开和重组 ③ 特异抑制剂阻断 ④ 还原状态呼吸链缓慢给氧
氧化-还原点位的测定：低—高
呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位
氧化还原对
N A D +/N A D H +H +
颜色 α带波长 与酶蛋白连接 红色 560nm 非共价结合
Cytc
原卟啉Ⅸ (血红素)
红色
550nm
与多肽链中 Cys 的 –SH相连
Cyta 血红素A 绿色 600nm 非共价结合
Cytochrome bc1 complex (complex III)
④泛醌 (ubiquinone, UQ)
即辅酶Q（ Coenzyme Q， CoQ），属于脂溶性 醌类化合物，带有多个异戊二烯侧链。
电子传递的抑制剂
——阻断呼吸链中某部位电子传递的物质； 氧化作用受阻、能量释放减少
鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素
阻断电子由NADH向CoQ的传递；
抗霉素A抑制电子从Cytb到Cytc1的传递； 氰化物、叠氮化物、CO等
阻断电子由Cytaa3传递到氧
Reduced Oxidized Reduced Oxidized
电子传递的方向为：琥珀酸→FAD→Fe-S→Q。
复合体Ⅱ
琥珀酸→ Fe-S1; b560; FAD; Fe-S2 ; Fe-S3 →CoQ
琥珀酸
FAD
2Fe2+-S Q
延胡索酸
FADH2
2Fe3+-S
QH2
复合物Ⅲ：Q-cytc还原酶 即细胞色素c还原酶，
由至少11条不同肽链组 成，以二聚体形式存在， 每个单体包含两个细胞 色素b（b562、b566）、 一个细胞色素c1和一个 铁硫蛋白。
NADH succinate
FMN （Fe-S）
compexI CoQ
Cyt b, c1 （Fe-S）
Cyt c
Cyt aa3
O2
FAD （Fe-S）
compex III
compex IV
compex II
复合物Ⅰ—— NADH-Q 还原酶
NADH
FMN，Fe-S
CoQ
结合铁硫蛋白,辅基 为FMN的黄素蛋白.
②铁硫蛋白(Iron-sulfur protein, Fe-S)
又叫铁硫中心或铁硫簇。 含有等量铁原子和硫原子。 铁除与硫连接外，还与肽链中Cys残基的巯 基连接。 铁原子可进行Fe2+ Fe3++e 反应传递电子， 为单电子传递体。
铁硫蛋白
通过Fe3+ Fe2+变化起传递电子的作用
Different types of iron-sulfur centers
Q QH2
NAD+（NADP+）的递氢机制
H
CONH2+H+H++e
N R
NAD+/NADP+ （氧化型）
HH
CONH2
+H+
N R
NADH/NADPH （还原型）
复合物Ⅱ：琥珀酸-泛醌还原酶
即琥珀酸脱氢酶.至少 由4条肽链组成，含有 一个FAD，2个铁硫蛋 白及细胞色素b560. 其作用是催化电子从 琥珀酸转至辅酶Q，但 不转移质子。
A、结构：一类含铁卟啉辅基的色素蛋白 B、分类: Cyta: Cytaa3
Cytb: Cytb562 、Cytb566、 Cytb560 Cytc: Cytc 、 c1 C、区别： ① 铁卟啉辅基侧链不同
② 铁卟啉辅基与酶蛋白
③ 连接方式不同
CytFe3+ + e CytFe2+
第八章 生物氧化
Biological Oxidation
8.1 生物氧化概述 8.2 电子传递链 8.3 氧化磷酸化
第二节 电子传递链
1. 电子传递链的概念
概念：代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱落后， 经过一系列的传递体，最后传递给被激活的氧分 子而生成水的全部体系称为电子传递链；因伴随 着营养物质的氧化放能，又称为呼吸链。 由供氢体、传递体、受氢体以及相应的酶催化系 统组成的代谢途径。
2H
SH 2
C O O H 2H CH2CH2COOH
NAD+
FM N H 2 2H
Fe S
FAD
Fe *S C yt b
复 合 物 II （琥珀酸脱氢酶）
2e-
CoQ
2Cyt-Fe 2+
2e-
－1 2
O
2
S
NADH
+ H 2H
FM N Fe S
复合物I
CoQH2
2e -
2Cyt-Fe 3+ 2H +
能 结 合 NADH, 并 将 其氧化为NAD+
将电子传递给泛醌, 使 4H+ 释 放 入 内 外 膜 间隙.
复合体Ⅰ
NADH→ FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 →CoQ
NADH+H+ NAD+
FMN FMNH2
2Fe2+-S 2Fe3+-S
因其为脂溶性，游动性大，极易从线粒体内膜中 分离出来，因此不包含在四种复合体中。
分子中的苯醌结构能可逆地结合2个H，为递氢体。
O
H3CO
CH3
CH3
H3CO
O
(CH2
C H
C
CH2)nH
CoQ
CH3
H2C C C CH2
H
isoprene
O
CH3O
CH3
+ 2H
CH3O
R
O
泛醌 （氧化型）
CH3O
Reduced
The end of Chap1 !
定位：线粒体内膜上
1）NADH氧化呼吸链
N A D H （ F F M e - S N ） C o Q C y t bc 1 ca a 3O 2
2）琥珀酸氧化呼吸链
琥 珀 酸 （ F F e A - D S ） CC y o t b Q c 1ca a 3O 2
NADH氧化呼吸链
FADH2氧化呼吸链
O 2-
H2O
（ NADቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ-泛 醌 还 原 酶 ）
C oQ
Cyt-Fe 2+ 2 e - Cyt-Fe 3+ Fe-S
Cyt-Fe
2+
2eCyt-Fe
3+
Cyt-Fe
2+
2e
-
－1 O 2
2
b
c1
c
a
a3
Fe-S
C oQ H 2 2 e - Cyt-Fe 3+
Cyt-Fe 2+ 2 e - Cyt-Fe 3+
Cyt-Fe 2+ 2 e - Cyt-Fe 3+ O 2- H 2O
2H +
复 合 物 III （ 泛 醌 － 细 胞 色 素 c还 原 酶 ）
复 合 物 IV （ 细 胞 色 素 c氧 化 酶 ）
－
2.电子传递链的成员组成
线粒体中的电子传递链的主要组分包括: ①黄素蛋白； ② 铁硫蛋白； ③ 细胞色素； ④ 泛醌
催化电子从辅酶Q传 给细胞色素c，每转移 一对电子，同时将4个 质子由线粒体基质泵至 膜间隙。
QH2 b566b562Fe-Sc1 Cytc
复合体Ⅲ
QH2→ b562; b566; Fe-S; c1 →Cyt c
复合物Ⅲ
细胞色素c
复合体Ⅲ传递电子的过程
QH2的第一次氧化
QH2的第二次氧化
Cyt
Cyt
Cytc
c 2H+
Cytc
c 2H+
b
F1e-
e-
eQ
S
Q
b
F1e-
e-
e-
Q
S
Q
b
QL
H
H 2Q
b
L
QHQ
H
2
复合物Ⅳ：Cytc 氧化酶
每个单体由至少13条不 同的肽链组成；
分为三个亚单位：I包 含两个血红素（a、a3） 和一个铜蛋白(CuB);Ⅱ包 含两个铜离子(CuA)构成 的双核中心，其结构与 2Fe-2S相似;Ⅲ的功能尚 不了解。
FM N/ FM NH2 FAD/ FADH2 C yt b Fe3+/Fe2+
Q 10/Q 10H 2 C yt c1 Fe3+/ Fe2+ C yt c Fe3+/Fe2+ C yt a Fe3+ / Fe2+ C yt a3 Fe3+ / Fe2+ 1/2 O 2/ H 2O
E º' (V ) -0.32 -0.30 -0.06 0.04（ 或 0.10） 0.07 0.22 0.25 0.29 0.55 0.82
①黄素蛋白：指以FAD或FMN为辅基的蛋白
FMN和FAD递氢机制
O
H3C
5
N
10
4 NH
891
+ 2H
H3C
N NO
R
FMN/FAD
（氧化型）
O
H
H3C
5
N
10
4 NH
891
H3C
N NO H
R
FMNH2/FADH2
（还原型）
② 铁硫蛋白（Fe-S） （非血红素蛋白）
与电子传递有关
与其他递氢体或电 子传递体结合成复 合物存在
Iron atoms cycle between Fe2+ (reduced) and Fe3+(oxidized).
③ 细胞色素（Cytochrome, Cyt）
是一类以铁卟啉为辅基的电子传递蛋白。
呼吸链中主要有a、b、c三类。差别在于铁卟啉的 侧链以及铁卟啉与蛋白部分连接的方式不同。 Cyt b、c的铁卟啉与血红素相同； Cyt a的铁卟啉为血 红素A。
呼吸链的专一抑制剂
4. 呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置
复合体
酶名称
多肽链数
辅基
复合体Ⅰ 复合体Ⅱ 复合体Ⅲ
NADH-泛醌还原酶 琥珀酸-泛醌还原酶 泛醌-细胞色素c还原
42
FMN, Fe-S
4
FAD, Fe-S
11
铁卟啉, Fe-S
复合体Ⅳ
细胞色素c氧化酶
13
铁卟啉, Cu
四种复合体的排列关系
细胞色素c
Cyt a: ~600 nm Cyt b: ~560 nm Cyt c: ~550 nm
Reduced cytochromes has three absorption bands in the visible wavelengths
细胞色素a、b、c的区别
Cytb
辅基
原卟啉Ⅸ (血红素)
Cu2+ + e Cu+
Cyt c
CuA a a3 CuB
O2
复合体Ⅳ 还原型Cyt c → CuA→a→a3→CuB → O2
NADH
氧
化
呼
吸
链
NADHFMN(Fe-S)Qbc1caa3O2
琥
珀
酸
氧
化
呼
吸
链
琥珀酸FAD(Fe-S)Qbc1caa3O2
OH CH3
CH3O
R OH
二氢泛醌 （还原型）
3. 呼吸链的电子传递顺序
由以下实验确定 ① 标准氧化还原电位 ② 拆开和重组 ③ 特异抑制剂阻断 ④ 还原状态呼吸链缓慢给氧
氧化-还原点位的测定：低—高
呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位
氧化还原对
N A D +/N A D H +H +
颜色 α带波长 与酶蛋白连接 红色 560nm 非共价结合
Cytc
原卟啉Ⅸ (血红素)
红色
550nm
与多肽链中 Cys 的 –SH相连
Cyta 血红素A 绿色 600nm 非共价结合
Cytochrome bc1 complex (complex III)
④泛醌 (ubiquinone, UQ)
即辅酶Q（ Coenzyme Q， CoQ），属于脂溶性 醌类化合物，带有多个异戊二烯侧链。
电子传递的抑制剂
——阻断呼吸链中某部位电子传递的物质； 氧化作用受阻、能量释放减少
鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素
阻断电子由NADH向CoQ的传递；
抗霉素A抑制电子从Cytb到Cytc1的传递； 氰化物、叠氮化物、CO等
阻断电子由Cytaa3传递到氧
Reduced Oxidized Reduced Oxidized
电子传递的方向为：琥珀酸→FAD→Fe-S→Q。
复合体Ⅱ
琥珀酸→ Fe-S1; b560; FAD; Fe-S2 ; Fe-S3 →CoQ
琥珀酸
FAD
2Fe2+-S Q
延胡索酸
FADH2
2Fe3+-S
QH2
复合物Ⅲ：Q-cytc还原酶 即细胞色素c还原酶，
由至少11条不同肽链组 成，以二聚体形式存在， 每个单体包含两个细胞 色素b（b562、b566）、 一个细胞色素c1和一个 铁硫蛋白。
NADH succinate
FMN （Fe-S）
compexI CoQ
Cyt b, c1 （Fe-S）
Cyt c
Cyt aa3
O2
FAD （Fe-S）
compex III
compex IV
compex II
复合物Ⅰ—— NADH-Q 还原酶
NADH
FMN，Fe-S
CoQ
结合铁硫蛋白,辅基 为FMN的黄素蛋白.
②铁硫蛋白(Iron-sulfur protein, Fe-S)
又叫铁硫中心或铁硫簇。 含有等量铁原子和硫原子。 铁除与硫连接外，还与肽链中Cys残基的巯 基连接。 铁原子可进行Fe2+ Fe3++e 反应传递电子， 为单电子传递体。
铁硫蛋白
通过Fe3+ Fe2+变化起传递电子的作用
Different types of iron-sulfur centers
Q QH2
NAD+（NADP+）的递氢机制
H
CONH2+H+H++e
N R
NAD+/NADP+ （氧化型）
HH
CONH2
+H+
N R
NADH/NADPH （还原型）
复合物Ⅱ：琥珀酸-泛醌还原酶
即琥珀酸脱氢酶.至少 由4条肽链组成，含有 一个FAD，2个铁硫蛋 白及细胞色素b560. 其作用是催化电子从 琥珀酸转至辅酶Q，但 不转移质子。