细胞色素C氧化酶a3

氧化磷酸化
• 呼吸链的主要功能是产生能量货币ATP。当电子沿着 呼吸链向下游传递的时候总伴随着自由能的释放，释 放的自由能有很大一部分用来驱动ATP的合成，这种 与电子传递偶联在一起的合成ATP方式（ADP被磷酸 化）被称为氧化磷酸化。
氧化磷酸化的偶联机制
☻ 化学偶联假说 ☻ 构象偶联假说 ☺ 化学渗透学说
化学渗透学说图解
支持化学渗透学说的主要的证据
（1）氧化磷酸化的进行需要完整的线粒体内膜的存在。 （2）使用精确的pH计可以检测到跨线粒体内膜的质子梯
度存在。据测定，一个呼吸活跃的线粒体的膜间隙的 pH要比其基质的pH低0.75个单位。 （3）破坏质子驱动力的化学试剂能够抑制ATP的合成。 （4）从线粒体内膜纯化得到一种酶能够直接利用质子梯 度合成ATP，此酶称为F1F0-ATP合酶。 （5）人工建立的跨线粒体内膜的质子梯度也可驱动ATP 的合成
琥珀酸脱氢酶是主要成分 琥珀酸 FAD Fe-S蛋白 无质子泵出
Cytb
CoQ
复合体III： CoQ- 细胞色素c 还原酶
CoQ Cytb Fe-S蛋白 Cytc1 Cytc 4个质子泵出
复合体 IV:细胞色素c氧化酶
Cytc CuA Cyta CuB-a3 O2 2个质子泵出
NADH呼吸链 FADH2呼吸链
OH ∣
Fe (III)+
HO-Y
CuB2+
H2O
细胞色素C氧化酶 a3-CuB中心使O2还 原生成H2O的过程
Fe (III) CuB2+ H+, e -
O ‖ Fe (IV)
·O-Y
OH ∣
CuB+
H+
OH ∣ Fe (III)
HO-Y
CuB2+
H+
O ‖
Fe (IV)
HO-Y
HO-Y
O ‖ Fe (IV)
生物氧化与非生物氧化反应的比较
• 共同点： 反应的本质都是脱氢、失电子或加氧； 被氧化的物质相同，终产物和释放的能量也相同。
• 主要差别： 生物氧化的主要方式为脱氢； 生物氧化在酶的催化下进行，因此条件比较温和； 生物氧化是在一系列酶、辅酶（辅基）和电子传递体 的作用下逐步进行的，每一步释放一部分能量。
合
（×106） 链的
产生
上的相
体
数目
质子
对比率
I NADH-CoQ还原 0.7～0.9 酶或NADH脱氢 酶
II 琥珀酸-CoQ还原 0.14 酶
III CoQ-细胞色素c还 0.25 原酶
IV 细胞色素c氧化酶 0.16～ 0.17
〉30 FMN、铁硫蛋 是 鱼藤酮、安米 1
白
妥、杀粉菌素
4～5 11 13
•NAD+及与NAD+偶联的脱氢酶
电子传递部位：NADH、NADPH
•黄素及与黄素偶联的脱氢酶
电子传递部位：FMN、FAD
•CoQ（泛醌,UQ）
脂溶性，在线粒体内膜上具有高 度流动性，含量高。
•铁硫蛋白
Fe3+ + e
Fe2+ 非血红素铁
三类铁硫蛋白
•细胞色素类
Cyt是一类以铁卟啉为辅基的蛋白质
OH ∣
CuB+
H+
e-
H2O
目录
复合体
细胞色素 血红素
aa3
a
b
b
c
c
c1
c
几种细胞色素的性质比较
线粒体内膜上的定位
辅基与蛋白质的连接方式
跨膜蛋白 跨膜蛋白 水溶性的外周蛋白 （膜间隙一侧） 跨膜蛋白
非共价键 非共价键
共价键
共价键
分子氧 电子的最终受体
如何确定呼吸链各组分的排列顺序
测定各成分的标准氧化还原电位（E0＇）
20
16
细胞色素c 6
细胞色素aa3 1
几种呼吸链抑制剂的作用位点
安米妥
几种呼吸链抑制剂的化学结构
呼吸链的拆分和重组
4个复合物、CoQ、Cytc
呼吸链上各电子传递体的排列顺序
各传递体的位置专一，不可逆
复合体I、II、III和IV的结构和性质
复
别名
大小 多肽 辅酶或辅基 是非 抑制剂 在内膜
该学说由Peter Mitchell于1961年提出，其核心内 容是电子在沿着呼吸链向下游传递的时候，释放 的自由能转化为跨线粒体内膜（或跨细菌质膜） 的质子梯度，质子梯度中蕴藏的电化学势能直接 用来驱动ATP的合成。驱动ATP合成的质子梯度 通常被称为质子驱动力（pmf），它由化学势能 （质子的浓度差）和电势能（内负外正）两部分 组成。
FAD、铁硫蛋 白、血红素b
血红素b、血 红素c、铁硫 蛋白
Cu、血红素a
非
萎锈灵
2
(carboxin)
是
抗霉素A
3
是 CO、H2S、
6～7
CN－、叠氮化
物
复合体I：NADH- CoQ还原酶
NADH脱氢酶是主要成分 NADH FMN Fe-S CoQ 4个质子泵入线粒体膜间隙
复合物II：琥珀酸-CoQ氧化还原酶
Fe3+ + e
Fe2+
血红素铁
Cytb Fe-S Cytc1→Cytc→Cyta→Cyta3→O2
细胞色素C氧化酶CuA中心
细胞色素氧化酶a3-CuB中心
Fe (Ⅱ)
HO-Y O2
CuB+
e-
HO-Y
源自文库
Fe (Ⅱ)
HO-Y(Tyrosine 244)
CuB+
Fe (III)+ CuB+
e-
氧化还原反应
H
H2O、ATP？？？
参与生物氧化主要的酶
氧化酶（Oxidases） 脱氢酶（Dehydrogenases）最普遍 过氧化物酶（Peroxidases） 加氧酶（Oxygenase ）
呼吸 链
(Respiratory Chain)
定义——生物氧化过程中从代谢物脱下来的氢和电子 需要经过一系列中间传递体，最后才与氧气形成水， 在其间能量逐步释放。这种由一系列传递体构成的链 状复合体称为电子传递体系或简称为呼吸链。
根据在有氧环境下氧化反应达到平衡时各电子传递体的 还原程度来确定
使用特异性呼吸链抑制剂和人工电子受体 呼吸链的拆分和重组
呼吸链各组分的标准氧化还原电位
在有氧条件下，线粒体中TCA循环反应达到平衡时，呼吸链中 各组分的还原程度
电子传递体 还原程度(%)
辅酶I 53
黄素蛋白 细胞色素b
呼吸链的三种类型
• 原核细胞的细胞膜和真核细胞的线粒体内 膜，通过氧化磷酸化产生ATP：NADH呼吸链、 FADH2呼吸链
• 真核细胞内质网，参与某些代谢物的合成 或降解，不产生ATP：细胞色素P450呼吸链
呼吸链的组分
• NAD+及与NAD+偶联的脱氢酶 • 黄素及与黄素偶联的脱氢酶 • 辅酶Q：流动的电子传递体 • 铁硫蛋白 • 细胞色素：流动的电子传递体 • 氧气