第二節(jié)：電子傳遞鏈

1、第二節(jié)第二節(jié) 電子傳遞鏈電子傳遞鏈 一、概念一、概念 二、電子傳遞鏈的組成二、電子傳遞鏈的組成 三、三、電子傳遞鏈電子傳遞鏈的電子傳遞順序的電子傳遞順序 四、四、呼吸鏈的電子傳遞抑制劑呼吸鏈的電子傳遞抑制劑第二節(jié)第二節(jié) 電子傳遞鏈電子傳遞鏈 一、概念一、概念v需氧細(xì)胞內(nèi)糖、脂肪、氨基酸等通過各自的分需氧細(xì)胞內(nèi)糖、脂肪、氨基酸等通過各自的分解途徑所形成的還原性輔酶，包括解途徑所形成的還原性輔酶，包括NADHNADH和和FADH2FADH2通過電子傳遞途徑被重新氧化。通過電子傳遞途徑被重新氧化。即還原即還原型輔酶上的氫原子以質(zhì)子的形式脫下，其電子型輔酶上的氫原子以質(zhì)子的形式脫下，其電子沿一系列按一

2、定順序排列的電子傳遞體轉(zhuǎn)移，沿一系列按一定順序排列的電子傳遞體轉(zhuǎn)移，最后轉(zhuǎn)移給分子氧并生成水，這個電子傳遞體最后轉(zhuǎn)移給分子氧并生成水，這個電子傳遞體系稱為系稱為電子傳遞鏈電子傳遞鏈。由于消耗氧，故也叫由于消耗氧，故也叫呼吸呼吸鏈。鏈。v電子傳遞鏈在原核生物存在于電子傳遞鏈在原核生物存在于質(zhì)膜質(zhì)膜上，在真核上，在真核細(xì)胞存在于細(xì)胞存在于線粒體內(nèi)膜線粒體內(nèi)膜上。上。二、呼吸鏈的組成二、呼吸鏈的組成v呼吸鏈由一系列的氫傳遞體和電子傳遞體組成。呼吸鏈由一系列的氫傳遞體和電子傳遞體組成。包括：包括： NADH-QNADH-Q還原酶、琥珀酸還原酶、琥珀酸- -Q Q還原酶、還原酶、細(xì)胞色素還細(xì)胞色素還原酶

3、原酶、細(xì)胞色素氧化酶、細(xì)胞色素氧化酶。NADHNADHNADH-QNADH-Q還原酶還原酶Q細(xì)胞色素細(xì)胞色素還原酶還原酶細(xì)胞細(xì)胞色素色素C C細(xì)胞色素細(xì)胞色素氧化酶氧化酶O2琥珀酸琥珀酸- -Q Q還原酶還原酶FADH2FADH2二、呼吸鏈的組成二、呼吸鏈的組成v呼吸鏈由一系列的呼吸鏈由一系列的氫傳遞體氫傳遞體和和電子傳遞體電子傳遞體組成。組成。包括：包括：NADH-QNADH-Q還原酶（還原酶（復(fù)合體復(fù)合體）琥珀酸琥珀酸- -Q Q還原酶（還原酶（復(fù)合體復(fù)合體IIII）細(xì)胞色素還原酶細(xì)胞色素還原酶（復(fù)合體復(fù)合體IIIIII）細(xì)胞色素氧化酶（細(xì)胞色素氧化酶（復(fù)合體復(fù)合體IVIV） 1 1、 N

4、ADH-QNADH-Q還原酶還原酶( (NADHNADH脫氫酶、復(fù)合體脫氫酶、復(fù)合體、 亦是第一個質(zhì)子泵亦是第一個質(zhì)子泵) )vNADH-QNADH-Q還原酶是一個大的蛋白質(zhì)復(fù)合體，還原酶是一個大的蛋白質(zhì)復(fù)合體，F(xiàn)MNFMN和和鐵鐵- -硫聚簇硫聚簇（Fe-SFe-S）是該酶的輔基，是該酶的輔基，輔酶輔酶Q Q是是該酶該酶的輔酶，由輔基或輔酶負(fù)責(zé)傳遞電子和氫。的輔酶，由輔基或輔酶負(fù)責(zé)傳遞電子和氫。v以以FMNFMN或或FADFAD為輔基的蛋白質(zhì)統(tǒng)稱為輔基的蛋白質(zhì)統(tǒng)稱黃素蛋白黃素蛋白。vFMNFMN通過氧化還原變化可接收通過氧化還原變化可接收NADH+HNADH+H+ +的氫以及的氫以及電子。電

5、子。 FMN FMNH2 v鐵硫聚簇主要以（鐵硫聚簇主要以（ Fe-S Fe-S ） (2Fe-2S) (2Fe-2S) 或或 (4(4Fe-4S) Fe-4S) 形式存在，鐵硫聚簇與蛋白質(zhì)結(jié)合形式存在，鐵硫聚簇與蛋白質(zhì)結(jié)合稱為稱為鐵硫蛋白鐵硫蛋白。鐵硫聚簇（鐵硫聚簇（Fe-SFe-S中心中心 ）+e-e-FMNHFMNH2 2上脫下上脫下傳給傳給CoQCoQ，同時同時vNADH-QNADH-Q還原酶還原酶先與先與NADHNADH結(jié)合并將結(jié)合并將NADHNADH上的兩個上的兩個氫轉(zhuǎn)移到氫轉(zhuǎn)移到 FMNFMN輔基上，輔基上， NADH + HNADH + H+ + + FMN FMNH + FM

6、N FMNH2 2 + NAD + NAD+ +鐵硫絡(luò)合物鐵硫絡(luò)合物CoQe-e-e-e-MMH2NAD+NADH2FMNFMNH22Fe3+2Fe2+2(Fe-S)CoQH2CoQ2Fe3+2Fe2+2(Fe-S)CoQH2CoQ2H+2H+ NADH-QNADH-Q還原酶各輔基（還原酶各輔基（輔酶輔酶）的氧化還原循環(huán)）的氧化還原循環(huán)NADH-Q還原酶還原酶泵到線粒體內(nèi)膜外側(cè)泵到線粒體內(nèi)膜外側(cè)v是脂溶性醌類化合物，是脂溶性醌類化合物，而且分子較小，可在線粒而且分子較小，可在線粒體內(nèi)膜的磷脂雙分子層的體內(nèi)膜的磷脂雙分子層的疏水區(qū)疏水區(qū)自由自由擴散。擴散。 功能基團是苯醌功能基團是苯醌, ,通過

7、通過醌醌/ /酚的互變傳遞氫，酚的互變傳遞氫，Q Q ( (醌型結(jié)構(gòu)醌型結(jié)構(gòu)) ) 很容易接受很容易接受2 2個電子和個電子和2 2個質(zhì)子，還原個質(zhì)子，還原成成QHQH2 2（還原型）；還原型）；QHQH2 2也也容易給出容易給出2 2個電子和個電子和2 2個質(zhì)個質(zhì)子，重新氧化成子，重新氧化成Q Q。因此，因此，它在線粒體呼吸鏈中作為它在線粒體呼吸鏈中作為電子和質(zhì)子的傳遞體。電子和質(zhì)子的傳遞體。 2 2、輔酶、輔酶Q Q（泛醌、亦簡稱泛醌、亦簡稱Q Q。是許多酶的是許多酶的輔酶輔酶) )、如：如： NADH-QNADH-Q還原酶、還原酶、琥珀酸琥珀酸- -Q Q還原酶、脂酰還原酶、脂酰- -C

8、oACoA脫氫酶等脫氫酶等3 3、琥珀酸、琥珀酸- -Q Q還原酶（復(fù)合體還原酶（復(fù)合體 ）n琥珀酸脫氫酶也是此復(fù)合體的一部分，其輔基包琥珀酸脫氫酶也是此復(fù)合體的一部分，其輔基包括括FADFAD和和Fe-SFe-S聚簇。聚簇。n琥珀酸脫氫酶催化琥珀酸氧化為延胡索酸，同時琥珀酸脫氫酶催化琥珀酸氧化為延胡索酸，同時其輔基其輔基FADFAD還原為還原為FADHFADH2 2，然后然后FADHFADH2 2又將電子傳遞又將電子傳遞給給Fe-SFe-S聚簇。聚簇。n最后電子由最后電子由Fe-SFe-S聚簇傳遞給琥珀酸聚簇傳遞給琥珀酸- -Q Q還原酶的輔還原酶的輔酶酶CoQCoQ。4 4、細(xì)胞色素還原酶

9、、細(xì)胞色素還原酶（細(xì)胞色素（細(xì)胞色素bcbc1 1復(fù)合體、復(fù)合體復(fù)合體、復(fù)合體）n含有兩種細(xì)胞色素（細(xì)胞色素含有兩種細(xì)胞色素（細(xì)胞色素b b、細(xì)胞色素細(xì)胞色素c1c1）和一鐵硫蛋白（和一鐵硫蛋白（ 2 2Fe-2S Fe-2S ）。）。n細(xì)胞色素細(xì)胞色素bc1bc1復(fù)合體復(fù)合體的作用是將電子從的作用是將電子從QH2QH2轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移到細(xì)胞色素到細(xì)胞色素c c：QH2 cyt.b Fe-S cyt.c1 cyt.c v 是以鐵卟啉（血紅素）是以鐵卟啉（血紅素）為輔基的蛋白質(zhì)（為輔基的蛋白質(zhì)（有顏色有顏色），），高等動物線粒體呼吸鏈中主高等動物線粒體呼吸鏈中主要含有要含有5 5種細(xì)胞色素種細(xì)胞色素a

10、a、a a3 3、 b b、 c c 、c c1 1等，細(xì)胞色素等，細(xì)胞色素b,cb,c1 1,c,c的輔基都是鐵的輔基都是鐵- -原樸原樸啉啉，細(xì)胞色素細(xì)胞色素a a、a3a3的輔的輔基為血紅素基為血紅素A A。v 細(xì)胞色素主要是通過輔細(xì)胞色素主要是通過輔基中基中FeFe3+3+ Fe Fe2+2+ 的互變起的互變起傳遞電子的作用。一個細(xì)胞傳遞電子的作用。一個細(xì)胞色素每次傳遞一個電子。色素每次傳遞一個電子。細(xì)胞色素（細(xì)胞色素（cytochrome,cyt）5 5、細(xì)胞色素、細(xì)胞色素c cn在復(fù)合體III和之間傳遞電子。（細(xì)胞色（細(xì)胞色素素c c 交互地與細(xì)胞色素還原酶的交互地與細(xì)胞色素還原酶

11、的C C1 1和細(xì)胞色素氧化酶和細(xì)胞色素氧化酶接觸）接觸）n是唯一能溶于水的細(xì)胞色素v 由由 cyt.acyt.a和和a3 a3 組成。復(fù)合物中除了含有鐵卟啉外，還含組成。復(fù)合物中除了含有鐵卟啉外，還含有有2 2個銅原子（個銅原子（CuCuA A，CuCuB B）。）。CytaCyta與與CuCuA A相配合，相配合，cyta3cyta3與與CuCuB B相配合，當(dāng)電子傳遞時，細(xì)胞色素的相配合，當(dāng)電子傳遞時，細(xì)胞色素的Fe3+ Fe2+Fe3+ Fe2+間循環(huán)，同間循環(huán)，同時時Cu2+ Cu+Cu2+ Cu+間循環(huán)，將電子從間循環(huán)，將電子從cytccytc直接傳遞給直接傳遞給O O2 2。也叫

12、末端氧化酶。也叫末端氧化酶。6 6、細(xì)胞色素氧化酶、細(xì)胞色素氧化酶（復(fù)合體（復(fù)合體、細(xì)胞色素細(xì)胞色素c c氧化酶氧化酶 ）MMH2NAD+NADH2FMNFMNH22Fe3+2Fe2+2(Fe-S)CoQH2CoQ2Fe3+2Fe2+2cytb2Fe3+2Fe2+2cytb2Fe3+2Fe2+2(Fe-S)CoQH2CoQ2Fe3+2Fe2+2cytb2Fe3+2Fe2+2Fe3+2Fe2+2Cytc12Fe2+2Fe3+2Fe3+2Fe2+2cytaa32(Fe-S)2cytcH2O1/2O22H+2H+2H+2H+NADH呼吸鏈每個傳遞體的氧化還原循環(huán)呼吸鏈每個傳遞體的氧化還原循環(huán)每個分子

13、氧被還原共需每個分子氧被還原共需4個電子個電子細(xì)胞色素細(xì)胞色素bc1bc1復(fù)合體（復(fù)合體（ ）復(fù)合體復(fù)合體NADH-Q還原酶還原酶三、呼吸鏈的電子傳遞順序三、呼吸鏈的電子傳遞順序 呼吸鏈的各組分在線粒體內(nèi)膜上是按一定順序排列的，在線粒呼吸鏈的各組分在線粒體內(nèi)膜上是按一定順序排列的，在線粒體內(nèi)膜上主要有體內(nèi)膜上主要有兩條呼吸鏈：兩條呼吸鏈：NADH+H+ FMN Fe-S CoQ cytb Fe-S cytc1 cytc cytaa3 O2 Fe-S FAD FMN Fe SCytb Fe-S cytc1cytaa3Fe-SFADH2關(guān)于電子傳遞順序的實驗驗證關(guān)于電子傳遞順序的實驗驗證呼吸鏈電子

14、傳遞順序的確定經(jīng)歷了半個多世紀(jì)的探索，最關(guān)鍵的實驗呼吸鏈電子傳遞順序的確定經(jīng)歷了半個多世紀(jì)的探索，最關(guān)鍵的實驗概括如下：概括如下： 測得每個電子傳遞體的氧化還原電位測得每個電子傳遞體的氧化還原電位E E0 0 。（。（P62P62） 呼吸鏈中呼吸鏈中傳遞體的氧化還原電位排列或?qū)﹄娮拥挠H和力傳遞體的氧化還原電位排列或?qū)﹄娮拥挠H和力 用已經(jīng)分離出來的電子傳遞體進(jìn)行體外重組用已經(jīng)分離出來的電子傳遞體進(jìn)行體外重組 氧化還原反應(yīng)只能在相鄰的的傳遞體間發(fā)生氧化還原反應(yīng)只能在相鄰的的傳遞體間發(fā)生用分光光度法測得各個傳遞體發(fā)生吸收光譜的變化用分光光度法測得各個傳遞體發(fā)生吸收光譜的變化 完整的線粒體當(dāng)電子傳遞體

15、處于氧化狀態(tài)時，懸浮液渾濁，光吸收不能直接完整的線粒體當(dāng)電子傳遞體處于氧化狀態(tài)時，懸浮液渾濁，光吸收不能直接 測出；但當(dāng)之處于還原態(tài)時，即可以氧化態(tài)為對照測出。游離的線粒體在有測出；但當(dāng)之處于還原態(tài)時，即可以氧化態(tài)為對照測出。游離的線粒體在有氧下進(jìn)行電子傳遞時，氧下進(jìn)行電子傳遞時，NADHNADH一端還原性最強，而靠近氧一端電子傳遞體幾乎一端還原性最強，而靠近氧一端電子傳遞體幾乎處于氧化態(tài)，由此判斷電子的流向。當(dāng)向完全處于還原狀態(tài)的電子傳遞體中處于氧化態(tài)，由此判斷電子的流向。當(dāng)向完全處于還原狀態(tài)的電子傳遞體中加入氧時，最先被氧化的是細(xì)胞色素加入氧時，最先被氧化的是細(xì)胞色素aaaa3 3, ,其

16、次是其次是cytC-cytC1-cytb-cytC-cytC1-cytb-.NADH.NADH 從線粒體中分離出傳遞體的復(fù)合物。從線粒體中分離出傳遞體的復(fù)合物。四、呼吸鏈的電子傳遞抑制劑四、呼吸鏈的電子傳遞抑制劑1 1、概念：、概念：能夠阻斷呼吸鏈中某部位電子傳遞的物質(zhì)稱為電子傳能夠阻斷呼吸鏈中某部位電子傳遞的物質(zhì)稱為電子傳遞抑制劑。遞抑制劑。 電子傳遞抑制劑的使用是研究電子傳遞抑制劑的使用是研究呼吸鏈中電子傳遞體順序的有呼吸鏈中電子傳遞體順序的有效方法。（阻斷部位物質(zhì)的氧化效方法。（阻斷部位物質(zhì)的氧化-還原狀態(tài)可以測出）還原狀態(tài)可以測出） 2、常用的幾種常用的幾種電子傳遞抑制劑及其作用部位電子傳遞抑制劑及其作用部位（1 1）魚藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素。其作用是阻斷電子在魚藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素。其作用是阻斷電子在NADH- Q還原酶還原酶內(nèi)的傳遞，所以阻斷了內(nèi)的傳遞，所以阻斷了電子由電子由NADHNADH向向CoQCoQ的傳遞。的傳遞。（2 2）抗霉素）抗霉素A A：干擾電子在細(xì)胞色素還原酶中細(xì)胞色素干擾電子在細(xì)胞色素還原酶中細(xì)胞色素b b上的傳遞，上的傳遞，所以阻斷電子由所以阻斷電子由QHQH2 2向向cytC1cytC1的傳遞。的傳遞。（3 3）氰化物（）氰化物（CNCN- -）、）、硫化氫（硫化氫（H H2 2S S）、）、疊氮化物（