第十一章 生成ATP的氧化体系

　　第一节 呼吸链

　　代谢物脱下的成对氢原子(2H)通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水。由于此过程与细胞呼吸有关，所以将此传递链称为呼吸链(respiratory chain)。它们按一定顺序排列在线粒体内膜上。其中传递氢的酶或辅酶称之为递氢体，传递电子的酶或辅酶称之为电子传递体。不论递氢体还是电子传递体都起传递电子的作用(2H2H++2e)，所以呼吸链又称电子传递链 (electron transfer chain)。

　　(一)呼吸链的组成

　　用胆酸，脱氧胆酸等反复处理线粒体内膜，可将呼吸链分离得到4种仍具有传递电子功能的酶复合体(complex)，其中复合体Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ完全镶嵌在线粒体内膜中，复合体Ⅱ镶嵌在内膜的内侧。下面以复合体为基础叙述呼吸链电子传递的过程。

　　1.复合体Ⅰ NADH-泛醌还原酶大部分代谢物脱下的2H由氧化型菸酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide, NAD+)接受形成还原型菸酰胺腺嘌呤二核苷酸。复合体Ⅰ将还原型菸酰胺腺嘌呤二核苷酸中的2H传递给泛醌(ubiquinone)，泛醌又称辅酶Q(Coenzyme Q，CoQ，Q)。

　　人复合体Ⅰ中含有以黄素单核苷酸(flavin mononucleotide, FMN)为辅基的黄素蛋白(flavoprotein)和以铁硫簇(iron-sulfur cluster, Fe-S)为辅基的铁硫蛋白(iron-sulfur protein)。黄素蛋白和铁硫蛋白均具有催化功能。

　　NAD+(辅酶Ⅰ，coenzyme I, Co I)，与NADP+(辅酶Ⅱ，Coenzyme Ⅱ Co Ⅱ)是烟酰胺脱氢酶类的辅酶，其结构式如下：

　　NAD+或NADP+分子中烟酰胺的氮为五价，能接受电子成为三价氮。其对侧的碳原子也比较活泼，能进行加氢反应。上述反应是可逆的。烟酰胺在加氢反应时只能接受一个氢原子和一个电子，将另一个H+游离出来，因此将还原型的NAD+和NADP+分别写成NADH + H+(NADH)和NADPH+H+(NADPH)。

　　FMN中含有核黄素(维生素B2)，其发挥功能的结构是异咯嗪环。氧化型或醌型的FMN可接受1个质子和1个电子形成不稳定的半醌型FMNH,再接受1个质子和1个电子转变为还原型或氢醌型FMNH2。

　　Fe-S含有等量的铁原子和硫原子(Fe2S2，Fe4S4)，通过其中的铁原子与铁硫蛋白中蛋白质部分半胱氨酸残基的硫相连接。铁硫蛋白中的铁原子可进行Fe2+→Fe3++e反应而传递电子，在复合体Ⅰ中，其功能是将FMN的电子传递给泛醌。

　　泛醌是一种脂溶性醌类化合物。它有多个异戊二烯(2-甲基丁烯)单位互相连接构成较长的侧链。因侧链的疏水作用，故它能在线粒体内膜中迅速扩散。又因它极易从线粒体内膜中分离出来，故不包含在上述复合体中。人的CoQ侧链由10个异戊二烯单位组成，用CoQ10(Q10)表示。

　　泛醌接受1个电子和1个质子还原成半醌，再接受1个电子和1个质子还原成二氢泛醌，后者也可脱去2个电子和2个质子被氧化为泛醌。