电子传递链的定义，元件，步骤，常见问题

电子传递链的定义

电子传递系统也被称为电子传递链，是一个从NADH和FADH氧化中转化氧化还原能量的反应链₂转化为质子动力，通过ATP合酶复合体的构象变化来合成ATP，这个过程称为氧化磷酸化．

氧化磷酸化是细胞呼吸的最后一步。
这一阶段包括一系列从有机化合物到氧的电子转移，同时在此过程中释放能量。
在有氧呼吸中，最终的电子受体是分子氧，而在无氧呼吸中还有其他的受体，如硫酸盐。
这一反应链非常重要，因为它涉及将ATP分解为ADP，并在此过程中重新合成ATP，因此每天利用体内有限的ATP约300次。
电子流动发生在嵌入线粒体内膜的四个大型蛋白质复合体中，它们一起被称为呼吸链或电子传递链。
这一阶段是能量合成的关键阶段，因为碳水化合物、脂肪和氨基酸降解的所有氧化步骤都在细胞呼吸的最后阶段聚合，在这一阶段，氧化能量驱动ATP的合成。

电子传递链位置

当柠檬酸循环在线粒体中发生时，高能电子也出现在线粒体中。因此，真核生物的电子传递链也发生在线粒体中。
线粒体是一种双膜细胞器，由外膜和内膜组成，内膜折叠成一系列称为嵴的脊。
线粒体中有两个隔室;基质和膜间空间。
外膜对离子具有高渗透性。它含有柠檬酸循环所必需的酶，而细胞膜不渗透各种离子，含有不带电分子、电子传递链和ATP合成酶。
线粒体中电子传递链的数量取决于细胞的位置和功能。在肝脏线粒体中，有10000组电子传递链，而心脏线粒体的电子传递链数量是肝脏线粒体的三倍。
膜间空间含有腺苷酸激酶等酶，基质含有ATP、ADP、AMP、NAD、NADP和Ca等多种离子^{2 +}、镁^{2 +}等。

电子传递链元件/电子载体

链上的电子通过一系列的电子载流子从底物转移到氧。
大约有15种不同的化学基团通过电子链接受或转移电子。

a. FMN(黄素单核苷酸)

在电子转移链的开始，NADH的电子被转移到黄素单核苷酸(FMN)，使其还原为FMNH₂．

Nad + h⁺+ FMN→nad + FMNH₂

电子的转移是由NADH脱氢酶的作用催化的。
电子进一步转移到一系列铁硫配合物(Fe-S)上，它们对电子具有较高的相对亲和度。

b.泛素酮(辅酶q)

在黄蛋白和细胞色素之间是另一种被称为泛素的电子载体。
泛素酮是呼吸链中唯一不与蛋白质结合的电子载体。这使得分子可以在黄蛋白和细胞色素之间移动。
一旦电子从FMNH转移₂通过Fe-S中心到达泛素，变成UQH2，并释放出氧化形式的黄蛋白(FMN)。

FMNH₂+ uq→FMN + uqh₂

c。细胞色素

下一个电子载体是细胞色素，它是一种红色或棕色的蛋白质，含有一个血红素基团，以从泛素酮到分子氧的顺序携带电子。
然而，每个细胞色素，如Fe-S中心，只转移一个电子，而其他电子载体，如FMN和泛素酮转移两个电子。
在泛素和分子氧之间有五种类型的细胞色素，每一种都被命名为A, b, c，以此类推。
它们的命名基于它们吸收不同波长光的能力(细胞色素)一个吸收最长波长，b吸收第二长的波长等等)。

电子传递链方程

电子传递链由一系列导致能量释放的氧化还原反应组成。电子传递链中的反应总结如下:

Nadh + 1/2o₂+ H⁺+ ADP + Pi→NAD⁺+ atp + h₂O

电子传递链复合体

在电子传递链中有一个由四种酶复合物组成的链，它催化电子通过不同的电子载体传递到分子氧。

a.复合体I(线粒体复合体I)

电子传递链中的复合体I是由NADH脱氢酶和Fe-S中心组成的，Fe-S中心催化两个电子从NADH转移到泛素酮(UQ)。
同时，复合体移位了四个H⁺离子穿过膜，形成质子梯度。

Nadh + h⁺+ CoQ→NAD⁺+ CoQH₂

NADH首先通过两步电子转移将FMN还原为FMNH2氧化为nAD+。
FMNH₂然后氧化为FMN，其中两个电子首先转移到Fe-S中心，然后转移到泛素酮。

b.复合体II(线粒体复合体II)

复合体II由琥珀酸脱氢酶、FAD和Fe-S中心组成。
酶复合体通过FAD和Fe-S中心催化电子从脂肪酸和甘油-3磷酸等其他供体转移到泛素酮。
这个复合体与复合体II平行运行，但复合体II不像复合体I那样将H+转移到膜上。

琥珀酸+ FADH₂+ CoQ→富马酸+ FAD⁺+ CoQH₂

c.复合体III(线粒体复合体III)

复合物III由细胞色素组成b, c,和一个特定的Fe-S中心。
这种酶复合体，细胞色素还原酶，催化从还原CoQH中转移两个电子₂两个细胞色素分子c．
同时，质子(H⁺)从泛素酮释放穿过膜，帮助质子梯度。
的CoQH₂当铁中心(Fe^{3 +})在细胞色素c中被还原为Fe^{2 +}．

CoQH₂+ 2 cytcc(铁^{3 +})→CoQ + 2 cytcc(铁^{2 +}) + 4h⁺

d.复合体IV(线粒体复合体IV)

复合物IV由细胞色素组成一个而且a3,也被称为细胞色素氧化酶。
这是链的最后一个复合体，参与了两个电子从细胞色素c转移到形成水的分子氧(O2)。
同时，4个质子在膜上转移，帮助质子梯度。

4 cytcc(铁^{2 +}) + o₂→4 cytcc(铁^{3 +}) + h₂O

图:电子传递链。用biorender.com

电子传递链步骤

电子转移链涉及到电子从NADH到分子氧的运动，涉及到以下步骤:

1.NADH向泛素酮(UQ)的电子转移

NADH在其他不同的循环中通过TCA循环中的α-酮戊二酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶和苹果酸脱氢酶反应产生，通过丙酮酸脱氢酶反应将丙酮酸转化为乙酰辅酶a，通过脂肪酸的β氧化和其他氧化反应产生。
线粒体基质中产生的NADH被转移到膜间空间。
然后NADH通过复合物I (NADH脱氢酶)将电子转移到膜间空间中的FMN。
然后FMN将电子传递到Fe-S中心(一个电子传递到一个Fe-S中心)，然后将电子转移到CoQ，一次一个，形成半醌，然后是泛素醇。
电子转移产生的能量被用来泵送两个质子穿过膜，形成一个电位梯度。
质子通过ATP合酶复合体的孔移动回基质，以ATP的形式形成能量。

2.电子从FADH转移₂对公鸡

琥珀酸氧化为富马酸导致FAD还原为FADH₂．
来自FADH的电子₂进入络合物II琥珀酸脱氢酶催化的电子传递链。
和复合体I一样，电子通过一系列Fe-S中心到达CoQ。
然而，复合体II并没有将任何质子泵过膜。

3.来自CoQH的电子转移₂细胞色素c

减少的CoQH₂通过细胞色素转移电子b而且c1最后到达细胞色素c．
复合体II(细胞色素还原酶)催化这一过程，其中Fe^{3 +}存在于细胞色素中的物质被还原为铁^{2 +}．
每个细胞色素各转移一个电子，因此每氧化一个NADH，两个细胞色素分子的电子转移减少。
在电子转移过程中产生能量，利用电子将质子泵过膜，帮助形成势梯度。
质子通过ATP合酶复合体的孔移动回基质，像第一步一样以ATP的形式形成能量。

4.从细胞色素c到分子氧的电子转移

电子转移链的最后一步由复合物IV(细胞色素氧化酶)催化，电子从细胞色素c转移到分子氧。
由于将一分子氧还原为水需要两个电子，因此每氧化一个NADH，一半的氧就会还原为水。
同理，Fe元素^{2 +}细胞色素c被氧化成铁^{3 +}．在这个过程中释放的能量被用来泵质子穿过膜。
质子转移回基质导致ATP的形成。

电子传递链产品

电子传递链的最终产物是:

30-32个atp和44摩尔的水

阶段	直接产品(净)	ATP最终产量(净)
糖酵解	2 ATP	2 ATP
	2 NADH	3 - 5 ATP
丙酮酸氧化	2 NADH	5 ATP
柠檬酸循环	2 ATP /三磷酸鸟苷	2 ATP
	6 NADH	15 ATP
	2 FADH₂	3 ATP
总计		30 - ATP

表源:可汗学院

注意:在某些情况下，我们也可以看到产生38个atp。

常见问题(FAQs)(复习问题及答案)

电子传递链位于哪里?
电子传递链位于细胞的线粒体中。

电子传递链的目的是什么?
电子转移链的目的是生产atp。

电子传递链有什么作用?
电子传递链从前一个循环的前体(NADH和FADH)产生atp。

电子传递链的三个主要步骤是什么?
电子传递链的三个主要步骤是:
a. NADH和FADH的电子转移₂对公鸡
b. CoQ向细胞色素c的电子转移
c.电子从细胞色素c向分子氧的转移。

电子传递链的蛋白质位于哪里?
电子传递链的蛋白质位于线粒体的内线粒体膜。

电子传递链的产物是什么?
电子传递链的产物是atp和水。

电子传递链的最终电子受体是什么?
有氧呼吸的最终电子受体是分子氧，而无氧呼吸的最终电子受体可以是硫酸盐或其他分子。

在电子传递链中形成了多少atp ?
在电子传递链中总共形成30-32个atp。但它取决于细胞呼吸中每葡萄糖的ATP。在某些情况下，我们还能看到产生38个atp。

电子传递链中有多少atp被利用?
在电子传递链中不使用atp。

电子传递链的主要功能是什么?
电子传递链的主要功能是由NADH和FADH产生atp。

氧在电子传递链中扮演什么角色?
在电子传递链中，氧是最终的电子受体。

电子传递链是如何在细胞呼吸中起作用的?
电子传递链是细胞呼吸的最后阶段，大部分atp或能量由葡萄糖产生。

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