呼吸鏈介紹（四）

  (五)細胞色素體系

　　1926年Keilin首次使用分光鏡觀察昆蟲飛翔肌振動時，發現有特殊的吸收光譜，因此把細胞內的吸光物質定名為細胞色素。細胞色素是一類含有鐵卟啉輔基的色蛋白，屬于遞電子體。線粒體內膜中有細胞色素b、c1、c、aa3，肝、腎等組織的微粒體中有細胞色素P450。細胞色素b、c1、c為紅色細胞素，細胞色素aa3為綠色細胞素。不同的細胞色素具有不同的吸收光譜，不但其酶蛋白結構不同，輔基的結構也有一些差異。

　　細胞色素c為一外周蛋白，位于線粒體內膜的外側。細胞色素C比較容易分離提純，其結構已清楚。哺乳動物的Cyt c由104個氨基酸殘基組成，并從進化的角度作了許多研究。Cyt c的輔基血紅素(亞鐵原卟啉)通過共價鍵(硫醚鍵)與酶蛋白相連(見圖6-2)，其余各種細胞色素中輔基與酶蛋白均通過非共價鍵結合。

　　細胞色素a和a3不易分開，統稱為細胞色素aa3。和細胞色素P450、b、c1、c不同，細胞色素aa3的輔基不是血紅素，而是血紅素A(見圖6?)。細胞色素aa3可將電子直接傳遞給氧，因此又稱為細胞色素氧化酶。
圖6-3　血紅素A結構式

　　鐵卟啉輔基所含Fe2+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形成6個配位鍵。細胞色素aa3和P450輔基中的鐵原子只形成5個配位鍵，還能與氧再形成一個配位鍵，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配位鍵。細胞色素aa3與氰化物結合就阻斷了整個呼吸鏈的電子傳遞，引起氰化物中毒。

　　二、呼吸鏈中各種傳遞體的排列順序

　　(一)確定排列順序的方法

　　1.根據各種組分的標準氧化還原電位來確定。標準氧化還原電位的數值表示氧化還原能力的大小，標準氧化還原電位負值越大，其還原性越強，容易被氧化；標準氧化還原電位正值越大，其氧化性越強，容易被還原。因此呼吸鏈中各種組分的排列順序應當由低電位依次向高電位排列(圖－4)。

　　2.根據在有氧條件下氧化反應達到平衡時各種傳遞體的還原程度來確定。Chance和Williams使用分光光度法測定離體的線粒體在有氧條件下三羧酸循環反應達到平衡時，呼吸鏈中各種傳遞體的還原程度。反應達到平衡時從底物一側到氧一側的各種傳遞體的還原程度應當是遞減的，底物的一側最高，氧一側最低，如下表中數據所示。

  表6-1　有氧動態平衡時電子傳遞體的還原程度

  傳遞體 NAD FP Cyt b Cyt c Cty aa3

  還原型% 53 20 16 6 1

　　FP：黃素蛋白

　　這種情況好象物理學上的聯通管，圖6?A中，若進水量等于出水量，即流量達到平衡時，離進水口最近的水管中水位最高，離出水管最近的水管中水位最低，從進水管到出水管水位逐漸減低，若把水流視為電子流，就是上述實驗中的情況。

　　3.使用特異的抑制劑　特異的抑制劑能阻斷呼吸鏈中的特定環節，阻斷部位的底物一側的各種傳遞體應為還原型，阻斷部位的氧一側的各種傳遞體應為氧化型，正象我們阻斷聯通管的底部一樣，阻斷部位以前的各水管中水是滿的，而阻斷部位以后的各水管中水均流光(見圖6-5，B)。醫學全.在線網.站.提供

  圖6-5　有氧氧化穩定時各種傳遞體的還原太分數

  A.不加抑制劑　B.加入抗霉A阻斷

　　復合物Ⅰ：催化NADH氧化、CoQ還原。

　　復合物Ⅱ：催化琥珀酸氧化、CoQ還原

　　復合物Ⅲ：催化Co QH2氧化、Cyt c還原

　　復合物Ⅳ：催化Cyt c氧化、O2還原

  表6-2　使用抗霉素A前后各種遞電子體的還原型百分數

  FP Cyt b Cyt c+c1 Cty aa3

  琥珀酸 40 25 19 4

  琥珀酸＋抗霉素A 100 100 0 0

　　從表中可以看出，FP、Cyt b位于抗霉素A阻斷部位之前，Cyt c、cl、aa3位于阻斷部位之后。用不同的抑制劑作此實驗，就可以確定呼吸鏈中各種傳遞體的排列順序。

　　4.在體外實驗中，將線粒體分成各種復合物，檢測其各自催化的反應，再將其重組，檢測其催化能力。

　　美國格林(Green)等實驗室成功地將呼吸鏈分離成具有催化活性的四種復合物以及CoQ和Cytc.檢測各個復合物的功能發現：

　　可以看出CoQ在復合物Ⅰ與Ⅲ，Ⅱ與Ⅲ之間傳遞還原當量，Cyt c在復合物Ⅲ與Ⅳ之間傳遞還原當量。他們又將這四種復合物1：1：1：1的比例混合，加上CoQ和Cyt c重組，基本上恢復了線粒體原有的催化能力。

　　借助上述實驗方法，呼吸鏈各組分的排列順序已基本明確，但仍有些不一致的看法，其中以CoQ至細胞色素C這一部分研究得還很不清楚，對于Fe-S和CoQ的定位和數量也有爭議。