呼吸鏈的組成
構(gòu)成呼吸鏈的遞氫體和遞電子體主要分為以下五類：
(一)尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)或稱輔酶I(CoI)。
為體內(nèi)很多脫氫酶的輔酶，是連接作用物與呼吸鏈的重要環(huán)節(jié)，分子中除含尼克酰胺(維生素PP)外，還含有核糖、磷酸及一分子腺苷酸(AMP)，其結(jié)構(gòu)如下：
NAD+的主要功能是接受從代謝物上脫下的2H(2H++2e)，然后傳給另一傳遞體黃素蛋白。
在生理pH條件下，尼克酰胺中的氮(吡啶氮)為五價(jià)的氮，它能可逆地接受電子而成為三價(jià)氮，與氮對(duì)位的碳也較活潑，能可逆地加氫還原，故可將NAD+視為遞氫體。反應(yīng)時(shí)，NAD+的尼克酰胺部分可接受一個(gè)氫原子及一個(gè)電子，尚有一個(gè)質(zhì)子(H+)留在介質(zhì)中。
此外，亦有不少脫氫酶的輔酶為尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)，又稱輔酶Ⅱ(CoⅡ)，它與NAD+不同之處是在腺苷酸部分中核糖的2′位碳上羥基的氫被磷酸基取代而成。
當(dāng)此類酶催化代謝物脫氫后，其輔酶NADP+接受氫而被還原生成NADPH+H+，它須經(jīng)吡啶核苷酸轉(zhuǎn)氫酶(pyridine nucleotide transhydrogenase)作用將還原當(dāng)量轉(zhuǎn)移給NAD+，然后再經(jīng)呼吸鏈傳遞，但NADPH+H+一般是為合成代謝或羥化反應(yīng)提供氫。
(二)黃素蛋白(flavoproteins)
黃素蛋白種類很多，其輔基有兩種，一種為黃素單核苷酸(FMN)，另一種為黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)，兩者均含核黃素(維生素B2)，此外FMN尚含一分子磷酸，而FAD則比FMN多含一分子腺苷酸(AMP)，其結(jié)構(gòu)如下：
在FAD、FMN分子中的異咯嗪部分可以進(jìn)行可逆的脫氫加氫反應(yīng)。
FAD或FMN與酶蛋白部分之間是通過非共價(jià)鍵相連，但結(jié)合牢固，因此氧化與還原(即電子的失與得)都在同一個(gè)酶蛋白上進(jìn)行，故黃素核苷酸的氧化還原電位取決于和它們結(jié)合的蛋白質(zhì)，所以有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)還原電位指的是特定的黃素蛋白，而不是游離的FMN或FAD；在電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)中它們只是在黃素蛋白的活性中心部分，而其本身不能作為作用物或產(chǎn)物，這和NAD+不同，NAD+與酶蛋白結(jié)合疏松，當(dāng)與某酶蛋白結(jié)合時(shí)可以從代謝物接受氫，而被還原為NADH，后者可以游離，再與另一種酶蛋白結(jié)合，釋放氫后又被氧化為NAD+。
多數(shù)黃素蛋白參與呼吸鏈組成，與電子轉(zhuǎn)移有關(guān)，如NADH脫氫酶(NADh dehydrogenase)以FMN為輔基，是呼吸鏈的組分之一，介于NADH與其它電子傳遞體之間；琥珀酸脫氫酶，線粒體內(nèi)的甘油磷酸脫氫酶(glycerol phosphate dehydrogenase)的輔基為FAD，它們可直接從作用物轉(zhuǎn)移還原當(dāng)量H++e reducing equivalent)到呼吸鏈，此外脂肪酰CoA脫氫酶與琥珀酸脫氫酶相似，亦屬于FAD為輔基的黃素蛋白類，也能將還原當(dāng)量從作用物傳遞進(jìn)入呼吸鏈，但中間尚需另一電子傳遞體稱為電子轉(zhuǎn)移黃素蛋白(electrontransferring flavoprotein,ETFP，輔基為FAD)參與才能完成。
(三)鐵硫蛋白(ironsulfur proteins,Fe-S)
又稱鐵硫中心，其特點(diǎn)是含鐵原子。鐵是與無機(jī)硫原子或是蛋白質(zhì)肽鏈上半胱氨酸殘基的硫相結(jié)合，常見的鐵硫蛋白有三種組合方式(a)單個(gè)鐵原子與4個(gè)半胱氨酸殘基上的巰基硫相連。(b)兩個(gè)鐵原子、兩個(gè)無機(jī)硫原子組成(2Fe-2S)，其中每個(gè)鐵原子還各與兩個(gè)半胱氨酸殘基的巰基硫相結(jié)合。(c)由4個(gè)鐵原子與4個(gè)無機(jī)硫原子相連(4Fe4S)，鐵與硫相間排列在一個(gè)正六面體的8個(gè)頂角端；此外4個(gè)鐵原子還各與一個(gè)半胱氨酸殘基上的巰基硫相連。
(a)單個(gè)鐵與半胱氨酸硫相連 (b)2Fe-2S (c)4Fe-4S
鐵硫蛋白中的鐵可以呈兩價(jià)(還原型)，也可呈三價(jià)(氧化型)，由于鐵的氧化、還原而達(dá)到傳遞電子作用。
在呼吸鏈中它多與黃素蛋白或細(xì)胞色素b結(jié)合存在。
(四)泛醌(ubiquinone,UQ或Q)
亦稱輔酶Q(coenzyme Q)，為一脂溶性苯醌，帶有一很長(zhǎng)的側(cè)鏈，是由多個(gè)異戊二烯(isoprene)單位構(gòu)成的，不同來源的泛醌其異戊二烯單位的數(shù)目不同，在哺乳類動(dòng)物組織中最多見的泛醌其側(cè)鏈由10個(gè)異戊二烯單位組成。
泛醌接受一個(gè)電子和一個(gè)質(zhì)子還原成半醌，再接受一個(gè)電子和質(zhì)子則還原成二氫泛醌，后者又可脫去電子和質(zhì)子而被氧化恢復(fù)為泛醌。
(五)細(xì)胞色素體系
1926年Keilin首次使用分光鏡觀察昆蟲飛翔肌振動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)有特殊的吸收光譜，因此把細(xì)胞內(nèi)的吸光物質(zhì)定名為細(xì)胞色素。細(xì)胞色素是一類含有鐵卟啉輔基的色蛋白，屬于遞電子體。線粒體內(nèi)膜中有細(xì)胞色素b、c1、c、aa3，肝、腎等組織的微粒體中有細(xì)胞色素P450。細(xì)胞色素b、c1、c為紅色細(xì)胞素，細(xì)胞色素aa3為綠色細(xì)胞素。不同的細(xì)胞色素具有不同的吸收光譜，不但其酶蛋白結(jié)構(gòu)不同，輔基的結(jié)構(gòu)也有一些差異。
細(xì)胞色素c為一外周蛋白，位于線粒體內(nèi)膜的外側(cè)。細(xì)胞色素C比較容易分離提純，其結(jié)構(gòu)已清楚。哺乳動(dòng)物的Cyt c由104個(gè)氨基酸殘基組成，并從進(jìn)化的角度作了許多研究。Cyt c的輔基血紅素(亞鐵原卟啉)通過共價(jià)鍵(硫醚鍵)與酶蛋白相連(見圖6-2)，其余各種細(xì)胞色素中輔基與酶蛋白均通過非共價(jià)鍵結(jié)合。
細(xì)胞色素a和a3不易分開，統(tǒng)稱為細(xì)胞色素aa3。和細(xì)胞色素P450、b、c1、c不同，細(xì)胞色素aa3的輔基不是血紅素，而是血紅素A(見圖6?)。細(xì)胞色素aa3可將電子直接傳遞給氧，因此又稱為細(xì)胞色素氧化酶。
鐵卟啉輔基所含F(xiàn)e2+可有Fe2+←→Fe3++e的互變，因此起到傳遞電子的作用。鐵原子可以和酶蛋白及卟啉環(huán)形成6個(gè)配位鍵。細(xì)胞色素aa3和P450輔基中的鐵原子只形成5個(gè)配位鍵，還能與氧再形成一個(gè)配位鍵，將電子直接傳遞給氧，也可與CO、氰化物、H2S或疊氮化合物形成一個(gè)配位鍵。細(xì)胞色素aa3與氰化物結(jié)合就阻斷了整個(gè)呼吸鏈的電子傳遞，引起氰化物中毒。
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