第八章 生物氧化2修改

细胞色素b的分子结构
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5、细胞色素c（cyt. c）
• 它是电子传递链中一 个独立的蛋白质电子 载体，位于线粒体内 膜外表，属于膜周蛋 白，易溶于水。 • 它与细胞色素c1含有相 同的辅基，但是蛋白 组成则有所不同。 • 在电子传递过程中， cyt. c 通 过 Fe3+ Fe2+ 的 互 变 起 电 子 传 递中间体作用。
Structure of Complex II (succinate dehydrogenase) of E. coli
Ubiquinone (Q) accepts electrons from both NADH and FADH2 in the respiratory chain
4．Complex Ⅲ（泛醌-细胞色素c还原酶;细胞色素 bc1复合体）：CoQ 2Cytb + Cytc1 +（Fe-S）
1、复合物I抑制剂
• 鱼藤酮（rotenone）、安密妥（amytal）以及杀粉蝶菌 素（piericidin），它们的作用是抑制NADH泛醌还原 酶，从而阻断电子由NADH向辅酶Q的传递。 • 鱼藤酮是一种极毒的植物物质，常用作杀虫剂使用，安 密妥用作麻醉药就是根据这个原理。杀粉蝶菌素的结构 类似辅酶Q，因此可以和辅酶Q相竞争。
Cyt a: ~600 nm Cyt b: ~560 nm Cyt c: ~550 nm
Reduced cytochromes have three absorption bands in the visible wavelengths
线粒体的电子传递链至少含有 5 种不同的细胞 色素：b、 c1、c、.a、a3 。 cyt b和cytc1、cytc在呼吸链中为电子传递体。 细胞色素b有两种存在形式:bH和bL 。 细胞色素 c 是唯一可溶性的细胞色素，同源性 很强，可作为生物系统发生关系的一个指标。 细胞色素 a 和 a3 以复合物物存在，称细胞色素 氧化酶，其分子中除含 Fe 外还含有 Cu ，可 将电子传递给氧，亦称其为末端氧化酶。
多聚异戊二烯长链
甲酰基
·º ¨ ù Cyt B ­ Ô² ·ß ø¢ ù (Ñ ªì ¹Ø Ë) ÓÃ ë ·µ °° ×Á ¬¼ Ó Ç¸ · ²» Û¼ á¹ Ï ÒÏ ©² àÁ ´Ó ëà ·µ ° Cyt C ­ Ô² ·ß ø¢ ù (Ñ ªì ¹Ë Ø) ° ׶ àë ÄÁ ´Ö Ð Cys Ä C µ ¨SHÏ àÁ ¬ Cyt A ª¹ Ñ ìË ØA
Ubiquinone is a mobile electron/proton carrier
Coenzyme Q or Q
Lipid-soluble benzoquinone with a very long isoprenoid side chain; can accept one or two electrons, forming radical semiquinone or ubiquinol (QH2); QH2 diffuses to the next complex (III); the only electron carrier not bound to a protein.
作用：催化电子从UQH2cyt c； 泵出4H+（2个来自UQH2 ,2个来自基质）
• 由于QH2是一个双电子载体，而参与上述反应过程的其 它组分(如cyt.c)都是单电子传递体，所以，实际反应 情况比较复杂。 • QH2所携带的一个高能电子通过铁硫蛋白，传递给 cyt.c， 本身形成半醌自由基（QH）；另一个电子则传递给 cyt.b。还原型cyt.b可以将QH 还原成QH2。其结果是 通过一个循环，QH2将其中的一个电子传递给cyt.c。
线粒体呼吸链
四、电子传递链的各个成员
NAD+ 是许多脱氢酶的辅酶， FMN 是 NADH 脱 氢酶的辅酶。 呼吸链中的电子载体都是和蛋白质结合存 在（包括NAD+、FMN、铁硫中心、细胞色素）。 这些蛋白质大都是水不溶性的，嵌在线粒体 的内膜上。
1．ComplexⅠ（NADH-泛醌还原酶；NADH脱氢酶）： FMN + 2（Fe-S） CoQ
2CuA CuB
The three critical subunits of cytochrome oxidase (Complex IV) Heme a
CuA CuA
III
I
II
Heme a3
• 在电子传递过程中，分子中的铜离子可 以发生Cu+ Cu2+ 的互变，将cyt.c所 携带的电子传递给O2。 The electron path in Complex IV
3+ 2+ 2 e C yt-Fe C yt-Fe
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） －
五、电子传递的抑制剂
阻断呼吸链中某一部位的电子传递。 1 、鱼藤酮 、安密妥、杀粉蝶菌素 都可阻断电子由 NADH向CoQ传递。 2、抗霉素A抑制电子从细胞色素b向细胞色素c1传递 3 、氰化物、硫化氢、叠氮化物、 CO 等。阻断电子从 细胞色素aa3 向O2传递。
CH3O CH3O O CH3 (CH2CH C CH2)nH CH3
n=6-10
• 递氢机理： Q (醌型结构)很容易接受电子和质子， 还原成QH2（还原型）；QH2也容易给出电子和质 子，重新氧化成Q。因此，它在线粒体呼吸链中作 为电子和质子的传递体。 • 辅酶Q不仅可以接受FMN上的氢（NADH脱氢酶）， 还可以接受线粒体FADH2上的氢（如琥珀酸脱氢酶、 脂酰CoA脱氢酶以及其它黄素酶类）。
作用：催化NADH氧化，从中获得2高能电子辅酶Q 泵出4 H+(既是电子传递体又是质子移位体）
线粒体内膜上最大的一个蛋白质复合物。最少含有 16 个多肽亚基。它的活性部分含有辅基FMN和铁硫蛋白。 NADH 脱氢酶含 FMN辅基，铁- 硫中心。铁硫中心铁的价 态变化（ Fe3+→Fe2+ ）可以将电子从 FMN 辅基上转移 到呼吸链下一成员辅酶Q上。
NADH dehydrogenase (Complex I)
1) NAD、FMN
它是由 NAD+接受多种代谢产物脱氢得到的产物。 NADH 所携带的高能电子是线粒体呼吸链主要电子供体之 一。 • FMN的作用是接受脱氢酶脱下来的电子和质子，形 成还原型FMNH2。还原型FMNH2可以进一步将电子转 移给Q。 含有核黄素辅基的酶还包括琥珀酸脱氢酶、脂酰 CoA 脱氢酶等。脱氢酶分别与NAD+或NADP+结合，催化底 物脱氢，这类酶称为与NAD（P）相关的脱氢酶， 多数脱氢酶以NAD+为辅酶，少数以NADP+为辅酶（如G6-P脱氢酶）少数酶能以NAD+或NADP+两种辅酶（Glu 脱氢酶）。
2、复合物III抑制剂
• 抗霉素A（antimycin A）是从链霉菌（streptomyces griseus）中分离出的抗菌素，可以抑制电子从细胞 色素b到细胞色素c1传递的作用。
3、复合物IV抑制剂
• 氰化物、硫化氢、叠氮化物和一氧化 碳等可以抑制细胞色素c氧化酶，从 而阻断电子由细胞色素aa3传至氧的 作用，这就是氰化物等中毒的原理。
细胞色素类(cytochromes)：简写为cyt
• 是一类以铁卟啉为辅基的蛋白质。细胞色素类是含铁 的电子传递体，辅基为铁卟啉的衍生物，铁原子处于 卟啉的结构中心，构成血红素。 • 在生物氧化反应中，其铁离子可为 +2价亚铁离子，也 可为 +3 价高铁离子。通过 Fe3+ Fe2+ 的互变这种转 变而传递电子。 • 细胞色素类是呼吸链中将电子从辅酶 Q传递到O2的专一 酶类。细胞色素为单电子传递体。 • 细胞色素可存在于线粒体内膜，也可存在于微粒体 （ CytP450和Cytb5 ）。 • 各种细胞色素的辅基结构略有不同。根据紫外-可见吸 收光谱分成a、b、c三类，组成它们的辅基分别为血红 素 A、 B和 C 。
2Fe-2S
4Fe-4S
Different types of iron-sulfur centers
Iron atoms cycle between Fe2+ (reduced) and Fe3+(oxidized).
Ferredoxin
2、辅酶Q（泛醌）
• 简写为Q或辅酶-Q（CoQ）：带有聚异戊二烯 侧链的苯醌，不同来源的CoQ基本结构相同， 只是在侧链上的异戊二烯单位的数目存在差 别，动物线粒体的CoQ有10个异戊二烯单位， 用CoQ10表示。 • 电子传递链上唯一的非蛋白质载体成分，为 一种脂溶性醌类化合物。位于膜的双脂层中， 能在膜脂中自由移动。 O
• 作用是催化NADH的氧化脱氢以及Q的还原。所 以它既是一种脱氢酶，也是一种还原酶。
NADH + Q + H+ NADHQ还原酶 ========= NAD+ + QH2
NADH + 5H+N + Q
NADH dehydrogenase (Complex I) NAD+ + QH2 + 4H+P
2)铁硫蛋白
• 铁硫蛋白(简写为Fe-S)是一 种与电子传递有关的蛋白质， 它与NADHQ还原酶的其它蛋 白质组分结合成复合物形式 存在。
• 铁硫蛋白分子中含有由半 胱氨酸残基硫原子与铁离 子形成的铁硫中心，一次 可传递一个电子。
• 它主要以 (2Fe-2S) 或 (4Fe-4S) 形式存在。 • 铁硫蛋白通过Fe3+ Fe2+ 变化起传递电子的作用。
-
CoQH 2
O2-
H2O
2+ C yt-Fe Fe -S b Fe -S 3+ CoQH2 e - C yt-Fe 2