CH2(CHOH)3-CH2-0- H:C OH 0-月 图7-6FAD(flavin adenine dinucleotide)的分子结构 3.细胞色素：分子中含有血红素铁（图7-7），以共价形式与蛋白结合，通Fe3+、Fe2+形式 变化传递电子，呼吸链中有5类，即：细胞色素a、3、b、c、c1,其中a、a3含有铜原 子。 S-Cys HaC. CHCHa Cys-S HgCHC CH2CH2C00 HaC CH2CH2COo 图7-7血红素c的结构 4.三个铜原子：位于线粒体内膜的一个蛋白质上，形成类似于铁硫蛋白的结构，通过 Cu2+、Cu1+的变化传递电子。 5.铁硫蛋白：在其分子结构中每个铁原子和4个硫原子结合，通过Fe2+、Fe3+互变进行电 子传递，有2Fe-2S和4Fe-4S两种类型（图7-8）
图 7-6 FAD ( flavin adenine dinucleotide)的分子结构 3. 细胞色素：分子中含有血红素铁（图 7-7），以共价形式与蛋白结合，通 Fe3+、Fe2+形式 变化传递电子，呼吸链中有 5 类，即：细胞色素 a、a3、b、c、c1，其中 a、a3含有铜原 子。 图 7-7 血红素 c 的结构 4. 三个铜原子：位于线粒体内膜的一个蛋白质上，形成类似于铁硫蛋白的结构，通过 Cu2+、Cu1+的变化传递电子。 5. 铁硫蛋白：在其分子结构中每个铁原子和 4 个硫原子结合，通过 Fe2+、Fe3+互变进行电 子传递，有 2Fe-2S 和 4Fe-4S 两种类型（图 7-8）
(a) b】 Protein Protein 图7-8铁硫蛋白的结构（（引自Lodish等1999）) 6.辅酶Q:是脂溶性小分子量的醌类化合物，通过氧化和还原传递电子（图7-9）。有3种 氧化还原形式即氧化型醌Q,还原型氢醌(QH2)和介于两者之者的自由基半醌 (QH)。 CH3 CH3 CH-CH=C一CH2)-H 0- H3C-0 CH3 CH3 2H+2e H3C-0- CH-CH=C一CH)1一H 0+ OH 2H+e CH3 CH3 HaC O (CH2一CH=C-CH2o一H OH 图7-9辅酶Q (二)呼吸链的复合物 利用脱氧胆酸(deoxycholate,一种离子型去污剂)处理线粒体内膜、分离出呼吸链的4 种复合物，即复合物1、Ⅱ、川和V,辅酶Q和细胞色素C不属于任何一种复合物。辅酶Q 溶于内膜、细胞色素C位于线粒体内膜的C侧，属于膜的外周蛋白。 1、复合物1 即NADH脱氢酶，哺乳动物的复合物I由42条肽链组成，呈L型，含有一个FMN和至 少6个铁硫蛋白，分子量接近1MD,以二聚体形式存在，其作用是催化NADH的2个电子传
图 7-8 铁硫蛋白的结构（（引自 Lodish 等 1999）） 6. 辅酶 Q：是脂溶性小分子量的醌类化合物，通过氧化和还原传递电子（图 7-9）。有 3 种 氧化还原形式即氧化型醌 Q，还原型氢醌（QH2）和介于两者之者的自由基半醌 （QH）。 图 7-9 辅酶 Q （二）呼吸链的复合物 利用脱氧胆酸（deoxycholate，一种离子型去污剂）处理线粒体内膜、分离出呼吸链的 4 种复合物，即复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ，辅酶 Q 和细胞色素 C 不属于任何一种复合物。辅酶 Q 溶于内膜、细胞色素 C 位于线粒体内膜的 C 侧，属于膜的外周蛋白。 1、复合物Ⅰ 即 NADH 脱氢酶，哺乳动物的复合物Ⅰ由 42 条肽链组成，呈 L 型，含有一个 FMN 和至 少 6 个铁硫蛋白，分子量接近 1MD，以二聚体形式存在，其作用是催化 NADH 的 2 个电子传
递至辅酶Q,同时将4个质子由线粒体基质(M侧)转移至膜间隙(C侧)。电子传递的方向 为：NADH→FMN→Fe-S→Q,总的反应结果为： NADH 5H'M+Q-NAD++QH2+4H+c 2、复合物川 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，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。反 应结果为： 琥珀酸+Q→延胡索酸+QH2 3、复合物Ⅲ 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。其作用是催化电子从辅酶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。总的反应结果 为： 2还原态Cytc1+QH2+2HtM→2氧化态Cytc1+Q+4H*c 复合物川的电子传递比较复杂，和“Q循环”有关（图7-10）。辅酶Q能在膜中自由护 散，在内膜C侧，还原型辅酶Q(氢醌)将一个电子交给Fe-S→细胞色素c1→细胞色素C, 被氧化为半醌，并将一个质子释放到膜间隙，半醌将电子交给细胞色素b566→b562,释放另 外一个质子到膜间隙。细胞色素b566得到的电子为循环电子，传递路线为：半醌 →b566→b562→辅酶Q。在内膜M侧，辅酶Q可被复合体I(复合体Ⅱ)或细胞色素b562 还原为氢醌。一对电子由辅酶Q到复合物川的电子传递过程中，共有四个质子被转移到膜间 隙，其中两个质子是辅酶Q转移的
递至辅酶 Q，同时将 4 个质子由线粒体基质（M 侧）转移至膜间隙（C 侧）。电子传递的方向 为：NADH→FMN→Fe-S→Q，总的反应结果为： NADH + 5H+M + Q→NAD+ + QH2 + 4H+C 2、复合物Ⅱ 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，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。反 应结果为： 琥珀酸+Q→延胡索酸+QH2 3、复合物Ⅲ 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。其作用是催化电子从辅酶 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。总的反应结果 为： 2 还原态 cyt c1 + QH2 + 2 H+M→2 氧化态 cyt c1 + Q+ 4H+C 复合物Ⅲ的电子传递比较复杂，和“Q 循环”有关（图 7-10）。辅酶 Q 能在膜中自由扩 散，在内膜 C 侧，还原型辅酶 Q（氢醌） 将一个电子交给 Fe-S→细胞色素 c1→细胞色素 c， 被氧化为半醌，并将一个质子释放到膜间隙，半醌将电子交给细胞色素 b566→b562，释放另 外一个质子到膜间隙。细胞色素 b566 得到的电子为循环电子，传递路线为：半醌 →b566→b562→辅酶 Q。在内膜 M 侧，辅酶 Q 可被复合体Ⅰ（复合体Ⅱ）或细胞色素 b562 还原为氢醌。一对电子由辅酶 Q 到复合物Ⅲ的电子传递过程中，共有四个质子被转移到膜间 隙，其中两个质子是辅酶 Q 转移的
CoQH,-cytochrome c reductase complex NADH-CoQ H reductase 2a yt c Intermembrane complex space Fe-S 36 CoQH CoQH Matrix Coa binding site CoQ 2H 2H 图7-10Q循环示意图引自Lodish等1999 4、复合物V 即细胞色素C氧化酶，以二聚体形式存在，其作用是将从细胞色素C接受的电子传给 氧，每转移一对电子，在基质侧消耗2个质子，同时转移2个质子至膜间隙。每个单体由至少 13条不同的肽链组成，分为三个亚单位：亚单位I(subunit I):包含两个血红素(a1、as) 和一个铜离子(CuB),血红素a3和CuB形成双核的Fe-Cu中心。亚单位Ⅱ(subunitⅡ)，包 含两个铜离子(Cu)构成的双核中心，其结构与2Fe-2S相似。亚单位Ⅲ(subunitⅢI)的功能 尚不了解。电子传递的路线为：cytc→CuA-heme a-→a3-CuBO2,总的反应结果为： 4还原态Cytc+8HM+O2→4氧化态Cytc+4Hc+2H20 (三)两条主要的呼吸链 复合物I、Ⅲ、V组成主要的呼吸链，催化NADH的脱氢氧化，复合物Ⅱ、ⅢI、V组成 另一条呼吸链，催化琥珀酸的脱氢氧化（图7-11）。对应于每个复合物I,大约需要3个复 合物Ⅲ，7个复合物Ⅳ，任何两个复合物之间没有稳定的连接结构，而是由辅酶Q和细胞色素 c这样的可扩散性分子连接。 呼吸链各组分有序，使电子按氧化还原电位从低向高传递，能量逐级释放，呼吸链中的 复合物I、Ⅲ、IⅣ都是质子泵，可将质子有机质转移到膜间隙，形成质子动力势(proton- motive force),驱动ATP的合成，实验证明人为提高线粒体膜间隙的质子浓度，能使线粒体 合成ATP
图 7-10 Q 循环示意图 引自 Lodish 等 1999 4、复合物Ⅳ 即细胞色素 c 氧化酶，以二聚体形式存在，其作用是将从细胞色素 c 接受的电子传给 氧，每转移一对电子，在基质侧消耗 2 个质子，同时转移 2 个质子至膜间隙。每个单体由至少 13 条不同的肽链组成，分为三个亚单位：亚单位 I（subunit I）：包含两个血红素（a1、a3） 和一个铜离子(CuB)，血红素 a3和 CuB形成双核的 Fe-Cu 中心。亚单位Ⅱ（subunit Ⅱ），包 含两个铜离子(CuA)构成的双核中心，其结构与 2Fe-2S 相似。亚单位Ⅲ（subunit Ⅲ）的功能 尚不了解。电子传递的路线为：cyt c→CuA→heme a→a3- CuB→O2，总的反应结果为： 4 还原态 cyt c + 8 H+M + O2→4 氧化态 cyt c + 4H+C + 2H2O （三）两条主要的呼吸链 复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ组成主要的呼吸链，催化 NADH 的脱氢氧化，复合物Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组成 另一条呼吸链，催化琥珀酸的脱氢氧化（图 7-11）。对应于每个复合物Ⅰ，大约需要 3 个复 合物Ⅲ，7 个复合物Ⅳ，任何两个复合物之间没有稳定的连接结构，而是由辅酶 Q 和细胞色素 c 这样的可扩散性分子连接。 呼吸链各组分有序，使电子按氧化还原电位从低向高传递，能量逐级释放，呼吸链中的 复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ都是质子泵，可将质子有机质转移到膜间隙，形成质子动力势（protonmotive force），驱动 ATP 的合成，实验证明人为提高线粒体膜间隙的质子浓度，能使线粒体 合成 ATP
24 ComplexI Complexl 4H 2H 2H Intermembrane space C MN membrane Cyt Matrix -2H 4H NAD 2 NADH Complexlll 2O+2H'H,O ComplexN ComplexI 2H FAD Fumerate Complex国 Succinate hO3+20 2H 图7-11两条主要的呼吸链（引自Lodish等1999） 呼吸链组分及ATP酶在线粒体内膜上呈不对称分布，如细胞色素C位于线粒体内膜的C 侧（向细胞质的一侧），而ATP酶位于内膜的M侧（向线粒体基质的一侧）。 对于呼吸链组分在内膜上的分布主要依靠用亚线粒体颗粒和冰冻能刻电镜技术来研究。 将线粒体用超声波破碎，线粒体内膜碎片可形成颗粒朝外的小膜泡，称亚线粒体小泡或 亚线粒体颗粒，这种小泡具有正常的电子传递和磷酸化的功能。用细胞色素℃的抗体能够抑制 完整线粒体的氧化磷酸化，但不能抑制亚线粒体颗粒的氧化磷酸化，说明细胞色素℃位于线粒 体内膜的C侧。 三、氧化磷酸化的作用机理 (一)质子动力势 Mitchell P.1961提出“化学渗透假说(Chemiosmotic Hypothesis)”,70年代关于化学渗透 假说取得大量实验结果的支持，成为一种较为流行的假说，Mitchell本人也因此获得1978年 诺贝尔化学奖
图 7-11 两条主要的呼吸链（引自 Lodish 等 1999） 呼吸链组分及 ATP 酶在线粒体内膜上呈不对称分布，如细胞色素 C 位于线粒体内膜的 C 侧（向细胞质的一侧），而 ATP 酶位于内膜的 M 侧（向线粒体基质的一侧）。 对于呼吸链组分在内膜上的分布主要依靠用亚线粒体颗粒和冰冻能刻电镜技术来研究。 将线粒体用超声波破碎，线粒体内膜碎片可形成颗粒朝外的小膜泡，称亚线粒体小泡或 亚线粒体颗粒，这种小泡具有正常的电子传递和磷酸化的功能。用细胞色素 c 的抗体能够抑制 完整线粒体的氧化磷酸化，但不能抑制亚线粒体颗粒的氧化磷酸化，说明细胞色素 c 位于线粒 体内膜的 C 侧。 三、氧化磷酸化的作用机理 （一）质子动力势 Mitchell P.1961 提出“化学渗透假说(Chemiosmotic Hypothesis)”，70 年代关于化学渗透 假说取得大量实验结果的支持，成为一种较为流行的假说，Mitchell 本人也因此获得 1978 年 诺贝尔化学奖