递电子体是电子
呼吸链的组成部分,
辅酶1、
黄素酶和FP、
辅酶Q传递链酶和辅酶在
线粒体内膜上按一定的
顺序排列组成的递氢和递电子体系。主要由下列五类电子传递体组成,它们是:
烟酰胺脱氢酶类、黄素脱氢酶类、
铁硫蛋白类、细胞色素类及辅酶Q(又称
泛醌)。其中烟酰胺脱氢酶类、黄素脱氢酶类及泛醌为递氢体。它们都是
疏水性分子。除
脂溶性辅酶Q 外,其他组分都是
结合蛋白质,通过其
辅基的可逆
氧化还原传递电子。
烟酰胺脱氢酶类(nicotinamine dehydrogenases)以
NAD+和
NADP+为
辅酶,现已知在代谢中这类酶有200 多种。这类酶
催化脱氢时,其辅酶NAD+或NADP+先和
酶的活性中心结合,然后再脱下来。它与
代谢物脱下的氢结合而还原成
NADH 或
NADPH。当有受氢体存在时,NADH 或NADPH 上的氢可被脱下而氧化为NAD+或NADP+。其递氢机制是:当其接受代谢物脱下的一对
氢原子时,就由氧化型(NAD+或NADP+)变为还原型(NADH+H+或NADPH+H+),
吡啶环接受一个氢原子和一个电子后,
氮原子就由五价变成三价,而H+则游离于介质中。这种转移是可逆的。 + NAD+/NADP+ A + NADH/NADPH + H+在
糖代谢中,许多底物脱氢是由以NAD+或NADP+为辅酶的脱氢酶催化的,如
异柠檬酸脱氢酶、
苹果酸脱氢酶、
丙酮酸脱氢酶、α-
酮戊二酸脱氢酶、
乳酸脱氢酶、
3-磷酸甘油醛脱氢酶等。
200黄素
脱氢酶类(flavin dehydrogenases)是以
FMN 或FAD 作为辅基。
FMN 或FAD 与酶蛋白结合是较牢固的。这些酶所催化的反应是将底物脱下的一对氢原子直接传递给FMN或FAD 而形成FM
NH2 或
FADH2。其传递氢的机制是FMN 或FAD 的
异咯嗪环上第1 位及第10 位两个氮
原子能反复地进行加氢和
脱氢反应,因此FMN、FAD 同NAD+、NADP+的作用一样,也是递氢体。现以SH2 代表还原式底物,以E-FMN 或E-FAD 代表具有不同辅基的酶,其反应可表示如下:
在
电子传递链中的NADH 脱氢酶,它的辅基是FMN,它催化的反应是将NADH 上的电子传递给电子传递链的下一个成员——辅酶Q;在
三羧酸循环中,
琥珀酸脱氢酶以FAD为辅基;在
脂肪酸β-氧化中催化脂肪酸的第一步脱氢的酶——酰基-CoA 脱氢酶的辅基是FAD。另外,
二氢硫辛酸脱氢酶以FAD 为辅基,该酶是参与
丙酮酸形成乙酰-CoA 以及
α-酮戊二酸脱氢形成
琥珀酰-CoA 过程中
多酶体系的一种酶。
铁硫蛋白类(iron-sulfur proteins)的分子中含非
卟啉铁与对酸不稳定的硫(酸化时放出
硫化氢、也除去铁),二者成
等量关系,排列成硫桥,然后再与
蛋白质中的
半胱氨酸连接。因其活性部分含有两个活泼的硫和两个铁原子,故称为
铁硫中心,又称作铁硫桥。
铁硫蛋白在
线粒体内膜上与
黄素酶或
细胞色素形成复合物,它们的功能是以铁的可逆
氧化还原反应传递电子
氧化态三价铁形式是红色或绿色,
还原态颜色消退,因此铁硫蛋白是单
电子传递体。在从NADH 到氧的
呼吸链中,有多个不同的铁硫中心,有的在NADH 脱氢酶中,有的与
细胞色素b 及c1有关。另外,铁硫蛋白在
叶绿体中也参与
光合作用中的电子传递。
辅酶Q(coenzyme Q,简称CoQ)是一类
脂溶性的化合物,因广泛存在于
生物界,故又名泛醌(ubiquinone)。其分子中的
苯醌结构能可逆地加氢和
脱氢,故CoQ 也属于递氢体。不同来源的辅酶Q 的
侧链长度是不同的。某些微生物线粒体中的辅酶Q 含有6 个
异戊二烯单位(CoQ6);
动物细胞线粒体中的辅酶Q 含有10 个异戊二烯单位(CoQ10)。另外,
植物细胞中的
质体醌在光合作用的电子传递中起着类似的作用。
细胞色素(cytochromes, or cellular pigments)是一类以
铁卟啉衍生物为
辅基的
结合蛋白质,因有颜色,所以称为细胞色素(Cyt-Fe)。细胞色素的种类较多,已经发现存在于
高等动物线粒体电子传递链中的细胞色素有b、c1、c、a 和a3。其中细胞色素c 为
线粒体内膜外侧的
外周蛋白,其余的均为内膜的
整合蛋白。细胞色素c 容易从线粒体内膜上溶解出来。不同种类的细胞色素的辅基结构与蛋白质的连接方式是不同的。细胞色素中的辅基与
酶蛋白的关系以细胞色素c 研究得最清楚,见图6-2 所示。在典型的
线粒体呼吸链中,细胞色素的排列顺序依次是:b→c1→c→aa3→
O2,其中仅最后一个a3 可被分子氧直接氧化,但还不能把a 和a3 分开,故把a 和a3 合称为
细胞色素氧化酶,由于它是有氧条件下电子传递链中最末端的载体,故又称
末端氧化酶(terminal oxidase)。在aa3 分子中除铁卟啉外,尚含有两个铜原子,依靠其
化合价的变化,把电子从a3 传到氧,故在细胞色素体系中也呈复合体的排列。