呼吸链

呼吸链又称电子传递链，是由一系列电子载体构成的，从NADH或FADH₂向氧传递电子的系统。

还原型辅酶通过呼吸链再氧化的过程称为电子传递过程。其中的氢以质子形式脱下，电子沿呼吸链转移到分子氧，形成粒子型氧，再与质子结合生成水。放出的能量则使ADP和磷酸生成ATP。电子传递和ATP形成的偶联机制称为氧化磷酸化作用。整个过程称为氧化呼吸链或呼吸代谢。

在葡萄糖的分解代谢中，一分子葡萄糖共生成10个NADH和2个FADH₂，其标准生成自由能是613千卡，而在燃烧时可放出686千卡热量，即90%贮存在还原型辅酶中。呼吸链使这些能量逐步释放，有利于形成ATP和维持跨膜电势。

原核细胞的呼吸链位于质膜上，真核细胞则位于线粒体内膜上。

呼吸链包含15种以上组分，主要由4种酶复合体和2种可移动电子载体构成。其中复合体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、辅酶Q和细胞色素C的数量比为1:2:3:7:63:9。

1. 复合体Ⅰ：即NADH:辅酶Q氧化还原酶复合体，由NADH脱氢酶（一种以FMN为辅基的黄素蛋白）和一系列铁硫蛋白（铁-硫中心）组成。它从NADH得到两个电子，经铁硫蛋白传递给辅酶Q。
2. 复合体Ⅱ：由琥珀酸脱氢酶（一种以FAD为辅基的黄素蛋白）和一种铁硫蛋白组成，将从琥珀酸得到的电子传递给辅酶Q。
3. 辅酶Q：是呼吸链中唯一的非蛋白氧化还原载体，可在膜中迅速移动。它在电子传递链中处于中心地位，可接受各种黄素酶类脱下的氢。
4. 复合体Ⅲ：辅酶Q:细胞色素c氧化还原酶复合体，是细胞色素和铁硫蛋白的复合体，把来自辅酶Q的电子，依次传递给结合在线粒体内膜外表面的细胞色素c。
5. 细胞色素类：都以血红素为辅基，红色或褐色。将电子从辅酶Q传递到氧。根据吸收光谱，可分为三类：a, b, c。呼吸链中至少有5种：b, c₁, c, a, a₃（按电子传递顺序）。细胞色素aa₃以复合物形式存在，又称细胞色素氧化酶，是最后一个载体，将电子直接传递给氧。从a传递到a₃的是两个铜原子，有价态变化。
6. 复合体Ⅳ：细胞色素c氧化酶复合体。将电子传递给氧。

呼吸链的递氢体和递电子体主要分为以下五类：

（一）尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD⁺）或称辅酶Ⅰ

为体内很多脱氢酶的辅酶，是连接作用物与呼吸链的重要环节。NAD⁺的主要功能是接受从代谢物上脱下的2H（2H⁺+2e），然后传给另一传递体黄素蛋白。在生理pH条件下，尼克酰胺中的氮（吡啶氮）为五价的氮，它能可逆地接受电子而成为三价氮，与氮对位的碳也较活泼，能可逆地加氢还原，故可将NAD⁺视为递氢体。反应时，NAD⁺的尼克酰胺部分可接受一个氢原子及一个电子，尚有一个质子（H⁺）留在介质中。亦有不少脱氢酶的辅酶为尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP⁺），又称辅酶Ⅱ，它与NAD⁺不同之处是在腺苷酸部分中核糖的2′位碳上羟基的氢被磷酸基取代而成。NADPH+H⁺一般是为合成代谢或羟化反应提供氢。

（二）黄素蛋白

黄素蛋白种类很多，其辅基有两种，一种为黄素单核苷酸（FMN），另一种为黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD），两者均含核黄素（维生素B₂）。在FAD、FMN分子中的异咯嗪部分可以进行可逆的脱氢加氢反应。FAD或FMN与酶蛋白部分之间是通过非共价键相连，但结合牢固。多数黄素蛋白参与呼吸链组成，如NADH脱氢酶以FMN为辅基，琥珀酸脱氢酶、线粒体内的甘油磷酸脱氢酶的辅基为FAD。

（三）铁硫蛋白

又称铁硫中心，其特点是含铁原子。常见的铁硫蛋白有三种组合方式：单个铁原子与4个半胱氨酸残基上的巯基硫相连；两个铁原子、两个无机硫原子组成（2Fe-2S）；4个铁原子与4个无机硫原子相连（4Fe-4S）。铁硫蛋白中的铁可以呈两价（还原型），也可呈三价（氧化型），由于铁的氧化、还原而达到传递电子作用。在呼吸链中它多与黄素蛋白或细胞色素b结合存在。

（四）泛醌（辅酶Q）

为一脂溶性苯醌，带有一很长的侧链，由多个异戊二烯单位构成。在哺乳类动物组织中最多见的泛醌其侧链由10个异戊二烯单位组成。泛醌接受一个电子和一个质子还原成半醌，再接受一个电子和质子则还原成二氢泛醌，后者又可脱去电子和质子而被氧化恢复为泛醌。

（五）细胞色素体系

细胞色素是一类含有铁卟啉辅基的色蛋白，属于递电子体。线粒体内膜中有细胞色素b、c₁、c、aa₃，肝、肾等组织的微粒体中有细胞色素P450。细胞色素b、c₁、c为红色细胞素，细胞色素aa₃为绿色细胞素。细胞色素c为一外周蛋白，位于线粒体内膜的外侧，其结构已清楚。哺乳动物的细胞色素c由104个氨基酸残基组成。细胞色素a和a₃不易分开，统称为细胞色素aa₃。和细胞色素P450、b、c₁、c不同，细胞色素aa₃的辅基不是血红素，而是血红素A。细胞色素aa₃可将电子直接传递给氧，因此又称为细胞色素氧化酶。铁卟啉辅基所含Fe²⁺可有Fe²⁺↔Fe³⁺+e的互变，因此起到传递电子的作用。细胞色素aa₃与氰化物结合就阻断了整个呼吸链的电子传递，引起氰化物中毒。

• 鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素：阻断电子从NADH到辅酶Q的传递。
• 抗霉素A：抑制从细胞色素b到c₁的传递。
• 氰化物、叠氮化物、CO、H₂S等：阻断由细胞色素aa₃到氧的传递。

NADH主要用于糖酵解和细胞呼吸作用中的柠檬酸循环。NADPH主要在磷酸戊糖途径中产生，它主要用来合成核酸和脂肪酸。

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