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 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 第二节 电子传递链 定位 ：线粒体内膜上 1） NADH氧化呼吸链 2）琥珀酸氧化呼吸链 N A D H F M N（ F e - S ） C o Q C y t b c 1 c a a 3 O 2C o Q C y t b c 1 c a a 3 O 2 F A D（ F e - S ）琥 珀 酸NADH氧化呼吸链 FADH2氧化呼吸链 S H2SN A D+N A D H+ HFM N H2Fe SFM NFe SC o QC o Q H2－ F e - SF e - S2C yt - F e2+2C yt - F e3+O212－O2-2H2H2H2H +e-22 e-H2OC oQC oQ H2C yt - F e2+C yt - F e3+C yt - F e3+C yt - F e2+C yt - F e3+C yt - F e2+C yt - F e3+C yt - F e2+C yt - F e3+C yt - F e2+bc1aa3cH2OO2-－1O22e-2e-2e-2e-2e-2e-22H +C H2C H2C O O HC O O HF A DF e *SC yt b2He-2复合物 I（ N A D H - 泛醌还原酶）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）复合物 II（琥珀酸脱氢酶）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 ① 黄素蛋白： 指以 FAD或 FMN为辅基的蛋白 FMN和 FAD递氢机制 RN HNNN OOH 3 CH 3 CF M N / F A D1458 91 0RN HNHHNN OOH 3 CH 3 C1458 91 0+ 2 HF M N H 2 / F A D H 2（氧化型） （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 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 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 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 连接方式不同 细胞色素 c CytFe3+ + e CytFe2+ Reduced cytochromes has three absorption bands in the visible wavelengths Cyt a: ~600 nm Cyt b: ~560 nm Cyt c: ~550 nm 辅基 颜色 α 带波长 与酶蛋白连接 Cytb 原卟啉 Ⅸ (血红素 ) 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 细胞色素 a、 b、 c的区别 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。
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 OOH3C OH3C OC H3( C H2 CHCC H3C H2)nHC o Qi sop r e n e H 2 C C C C H2C H 3H OOC H3OC H3C H3ORO HO HC H3OC H3C H3OR+ 2 H泛 醌（ 氧 化 型 ）二 氢 泛 醌（ 还 原 型 ） 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 3. 呼吸链的电子传递顺序 氧 化 还 原 对 E º ' (V)NAD+/N ADH+H+- 0.32FMN/ F MNH2- 0.30FA D/ F ADH2- 0.06Cyt b F e3+/Fe2+0.04 （ 或 0.1 0 ）Q10/Q10H20.07Cyt c1 Fe3+/ Fe2+0.22Cyt c Fe3+/F e2+0.25Cyt a Fe3 + / F e2+0.29Cyt a3 Fe3 + / F e2 + 0.551/2 O2/ H2O 0.82呼 吸 链 中 各 种 氧 化 还 原 对 的 标 准 氧 化 还 原 电 位 氧化 -还原点位的测定：低 —高 呼吸链的专一抑制剂 4. 呼吸链各复合体粒体内膜中的位置 复合体 酶名称 多肽链数 辅基 复合体 Ⅰ NADH-泛醌还原酶 42 FMN, Fe-S 复合体 Ⅱ 琥珀酸 -泛醌还原酶 4 FAD, Fe-S 复合体 Ⅲ 泛醌 -细胞色素 c还原 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 N A D Hs u c c i n a t eF M N（ F e - S ）F A D（ F e - S ）C y t b , （ F e - S ）C o Q C y t a a 3 O 2C y t cc o m p e x Ic o m p e x I Ic o m p e x I I I c o m p e x I Vc 1复合物 Ⅰ —— NADH-Q 还原酶 结合铁 硫蛋白 ,辅基为 FMN的 黄素蛋白 . 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 . NADH FMN， Fe-S CoQ NADH+H+ NAD+ FMN FMNH2 2Fe2+-S 2Fe3+-S Q QH2 复合体 Ⅰ NADH→ →CoQ FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 NAD+（ NADP+）的递氢机制 （氧化型） NHC O N H2R+ H + H+ + eNHC O N H2RH+ H+N A D+/ N A D P+N A D H / N A D P H（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。
电子传递的方向为：琥珀酸 → FAD→ Fe-S→ Q 复合体 Ⅱ 琥珀酸 → → CoQ Fe-S1; b560; FAD; Fe-S2 ; Fe-S3 琥珀酸 延胡索酸 FAD FADH2 2Fe2+-S 2Fe3+-S Q 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 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 b566b562Fe-Sc1 QH2 Cytc 复合体 Ⅲ QH2→ →Cyt c b562; b566; Fe-S; c1 细胞色素 c 复合物 Ⅲ 复合体 Ⅲ 传递电子的过程 Cytc1 Fe-S bL bH Cytc QH2 Q QH2的第一次氧化 QH2的第二次氧化 Q Q 2H+ Cytc1 Fe-S bL bH Cytc QH2 Q Q 2H+ QH2 2H+ e- e- e- e- 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。
Cu2+ + e Cu+ CuA a a3 CuB Cyt c O2 复合体 Ⅳ 还原型 Cyt c → → O2 CuA→a→a 3→ CuB NADHFMN(Fe-S)Qbc1caa3O2 琥珀酸 FAD(Fe-S)Qbc1caa3O2 NADH氧化呼吸链 琥珀酸氧化呼吸链 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 Oxidized Reduced Reduced Oxidized Reduced The end of 。