电子传递
氧化还原反应的电子传递
氧化还原反应的电子传递氧化还原反应是化学反应中最基本和常见的一种类型。
在这类反应中，电子的转移起着重要的作用，称为电子传递。
通过电子传递，原子或离子发生氧化或还原，以实现反应的平衡。
电子是带负电的基本粒子，在化学反应过程中可以从一个物质转移到另一个物质。
氧化还原反应中的电子传递可以通过多种方式实现，其中最常见的是通过化学物质之间的直接接触或通过电子载体分子。
在氧化还原反应中，氧化剂接受电子而被还原，而还原剂提供电子并被氧化。
这种电子传递的过程可以用氧化态和还原态的变化来描述。
氧化态是给定化学物质中原子或离子的电荷状态。
正电荷表示氧化态，负电荷表示还原态。
电子传递导致氧化剂的氧化态变大，还原剂的氧化态变小。
在氧化还原反应中，电子是通过化学键或离子之间的转移来传递的。
例如，金属与非金属之间的反应通常涉及到电子传递。
金属原子失去电子变成正离子，被氧化，而非金属原子获得电子变成负离子，被还原。
电子可以通过电子载体分子进行传递。
这些分子具有特殊的结构，能够接受和释放电子。
最常见的例子是辅酶NAD+和FAD，它们能够在氧化还原反应中接受和释放电子。
辅酶NAD+（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）在接受电子时被还原成NADH，而在释放电子时被氧化成NAD+。
辅酶FAD（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）也具有类似的还原和氧化过程。
除了金属离子和辅酶之外，还有一些其他的电子载体分子在氧化还原反应中发挥作用。
例如，细胞呼吸过程中的细胞色素C就是一种能够接受和释放电子的电子载体。
总的来说，氧化还原反应的电子传递是化学反应中至关重要的步骤之一。
通过电子的转移，原子和离子之间发生了氧化或还原反应，完成了反应的平衡。
电子可以通过直接接触或通过电子载体分子进行传递。
了解和理解电子传递的机制对于深入理解氧化还原反应的本质和特点至关重要。
6.2 电子传递链
电子从参考电势到样品流动,氧化还原电势为正样品具有较强的受电子影响氧化剂，受电子体例如:O 2，Fe 3+等标准氢电极测试电极盐桥电子从样品流动到参考电势,氧化还原电势为负样品具有较强的电子转移势能还原剂,供电子体例如：NADH，FADH2等氧呼吸链呼吸链膜间腔NADH → NADH-Q 还原酶 → Q → 细胞色素还原酶 → 细胞复合体酶名称多肽链数辅基复合体 Ⅰ复合体 Ⅱ复合体 Ⅲ复合体 ⅣNADH-泛醌还原酶琥珀酸-泛醌还原酶泛醌-细胞色素C还原酶细胞色素C氧化酶3941013FMN,Fe-SFAD,Fe-S铁卟啉，Fe-S铁卟啉，Cu四种具有传递电子功能的酶复合体(complex) 人线粒体呼吸链复合体- 测定各载体的E’o - 测定各载体被氧化的速率- 测定各载体的氧-还状态呼吸链及其相关电子载体的标准还原电势由E ’o 推断的载体顺序：NADH → Q → cyt b → cyt c 1 → cyt c → cyt a → cyt a 3 → O 2e–趋向于自发从E’o较低的载体流向较高在整条载体链被还原后测定各载体的氧化速率ⅠⅣCytcQNAD H +H +延胡索酸琥珀酸1/2O 2+2H +H 2O胞液侧基质侧线粒体内膜e -e -e -e-e-ⅡⅢ以氢负离子( H-)形式转移进入水溶剂异咯嗪结构FMN组成成分作用传递机制2Fe-2S型4Fe-4S型参与单电子转移：Fe-S簇中只有1个Fe被氧化或还原蓝细菌Anabaena7120的铁氧还蛋白为2Fe-2S型仅指无机S为一种脂溶性醌类化合物。
泛醌半醌泛醇5元含氮吡咯环（卟啉）共价原态复合体Ⅰ→FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4;Fe-SN-3; Fe-SN-2膜间隙NADH+H++FMN FMNH2+NAD+复合体ⅡFe-S1; b560; FAD; Fe-S2 ; Fe-S3酶结合位点Fe-S中心细胞质辅酶Q亚铁血红素外周胞质双磷脂酰甘油复合体Ⅲb562; b566; Fe-S; c1细胞色素 c1细胞间隙细胞色素 b细胞色素 c1和细胞色素 b结构示意图细胞色素 c 细胞色素 c1铁硫蛋白细胞色素 b复合体ⅣCuA→a→a3→CuB复合体IV：细胞色素氧化酶激活分子氧H+离子泵鱼藤酮,安密妥,杀粉蝶菌素抗酶素A氰化物,叠氮化物,一氧化碳。
氧化还原反应的电子传递方向
氧化还原反应的电子传递方向氧化还原反应是化学反应中常见的一种类型，它涉及物质之间电子的转移过程。
在氧化还原反应中，电子的传递方向是非常重要且有着明确规律的。
本文将对氧化还原反应中电子传递方向的相关知识进行探讨和解析。
1. 电子传递的概念在化学反应中，电子是带有负电荷的基本颗粒，它在原子或分子之间进行传递。
电子的传递可以导致物质的氧化或还原。
在氧化还原反应中，原子或离子损失电子被认为是氧化的，而原子或离子获得电子则被认为是还原的。
因此，氧化还原反应是电子传递的过程。
2. 电子传递的方向在氧化还原反应中，电子传递的方向可以通过氧化态和还原态的变化来确定。
一般而言，电子的传递是从氧化态高的物质向氧化态低的物质。
2.1 氧化态的变化氧化态是指物质中元素的电子分布状态，通过氧化态的变化可以确定电子传递的方向。
在氧化反应中，元素的氧化态会增加，即电子从该元素转移到其他物质上，同时实现了其他物质的还原。
而在还原反应中，元素的氧化态会降低，即电子从其他物质转移到该元素上，实现了该元素的还原。
例如，考虑以下氧化还原反应：Cu + 2Ag^+ → Cu^2+ + 2Ag在这个反应中，铜（Cu）从0的氧化态转变为+2的氧化态，而银（Ag）从+1的氧化态转变为0的氧化态。
因此，电子的传递方向是从铜向银，即电子从铜离子转移到银离子，实现了铜的氧化和银的还原。
2.2 还原态的变化与氧化态的变化相对应，还原态的变化也可以确定电子传递的方向。
在氧化反应中，还原态会下降，即电子从还原剂转移到氧化剂上；而在还原反应中，还原态会升高，即电子从氧化剂转移到还原剂上。
例如，考虑以下氧化还原反应：2Fe^3+ + 3I^- → 2Fe^2+ + 3I2在这个反应中，亚铁离子（Fe^2+）的还原态上升为三价铁离子（Fe^3+），而碘离子（I^-）的还原态下降为碘分子（I2）。
因此，电子的传递方向是从碘离子向亚铁离子，即电子从碘离子转移到亚铁离子，实现了碘的还原和亚铁的氧化。
第二节：电子传递链
Cys S
S
S Cys
Fe3+
Fe3+
Cys S
S
S Cys
+e-e-
Cys S
S
S Cys
Fe3+
Fe2+
பைடு நூலகம்Cys S
S
S Cys
NADH-Q还原酶先与NADH结合并将NADH上的两个 氢转移到 FMN辅基上，
NADH + H+ + FMN
FMNH2 + NAD+
e铁硫络合物
e-
CoQ
NADH-Q还原酶各辅基（辅酶）的氧化还原循环
• 功能基团是苯醌,通过
醌/酚的互变传递氢，Q (醌型结构) 很容易接受2 个电子和2个质子，还原 成QH2（还原型）；QH2也 容易给出2个电子和2个质 子，重新氧化成Q。因此， 它在线粒体呼吸链中作为 电子和质子的传递体。
3、琥珀酸-Q还原酶（复合体Ⅱ ）
琥珀酸脱氢酶也是此复合体的一部分，其辅基包 括FAD和Fe-S聚簇。
用已经分离出来的电子传递体进行体外重组
氧化还原反应只能在相邻的的传递体间发生
用分光光度法测得各个传递体发生吸收光谱的变化
完整的线粒体当电子传递体处于氧化状态时，悬浮液浑浊，光吸收不能直接 测出；但当之处于还原态时，即可以氧化态为对照测出。游离的线粒体在有 氧下进行电子传递时，NADH一端还原性最强，而靠近氧一端电子传递体几乎 处于氧化态，由此判断电子的流向。当向完全处于还原状态的电子传递体中 加入氧时，最先被氧化的是细胞色素aa3,其次是cytC-cytC1-cytb-…..NADH
以FMN或FAD为辅基的蛋白质统称黄素蛋白。 FMN通过氧化还原变化可接收NADH+H+的氢以及 电子。
生物化学：第二节 电子传递链
4.辅酶Q（CoQ）
辅酶Q属于醌类，由于它广泛存在于生物系统中，所 以又叫泛醌(UQ)。
辅酶Q是呼吸链中唯一的非蛋白质组分。它分子小 ，且呈脂溶性，可以在线粒体内膜的磷脂双分子层的 疏水区自由扩散，往返于比较固定的蛋白质类的电子 传递体之间进行电子传递。
5、细胞色素
细胞色素是以铁卟啉(血红素)为辅基的蛋白质，红 色，广泛存在于生物细胞中。
由NADH开始的呼吸链 —— NADH呼吸链； 由FADH2开始的呼吸链 —— FADH2呼吸链。
2、电子传递链分布 原核细胞存在于质膜上 真核细胞存在于线粒体的内膜上
二. 呼吸链的组成
电子传递中有四个复合体参与：
NADH-CoQ还原酶（复合物I） 琥珀酸-CoQ还原酶（复合物Ⅱ ） CoQ-细胞色素c还原酶（复合物III ） 细胞色素氧化酶（复合物Ⅳ）
五. 呼吸链的电子传递过程
呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置
呼吸链中的电子传递体：
1. 烟酰胺脱氢酶
是指以NAD+或NADP+为辅酶的脱氢酶, 属于烟 酰胺的衍生物。以NAD+为辅酶的脱氢酶主要参与线 粒体底物到分子氧的传递, 以 NADP+为辅酶的脱氢 酶主要参与将电子传给生物合成过程.
呼吸链中的电子传递体：
琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸氧化为延胡索酸，同时其辅基FAD 还原为FADH2，然后FADH2又将电子传递给Fe-S聚簇。
最后电子由Fe-S聚簇传递给琥珀酸-Q还原酶的辅酶CoQ。 这一步不能形成的ATP.
功能 ：将电子从琥珀酸传递给泛醌
三、CoQ-细胞色素c还原酶 （复合体Ⅲ）
功能：将电子从泛 醌传递给细胞色素 C
2. 黄素脱氢酶 以FMN,FAD为辅酶
电化学反应中的电子传递过程
电化学反应中的电子传递过程电化学反应是一种通过电子交换来进行的化学反应，在这样的反应中，电子的传递过程至关重要。
电子可以在不同物质之间和反应中传递，这个过程可以让我们了解分子之间的化学交互。
本文将深入探讨电化学反应中电子传递的过程。
电子在电化学反应中的作用在电化学反应中，电子扮演了重要的角色。
电子是负电荷，它能够与离子和分子发生相互作用导致反应发生变化。
特别地，电子在化学反应中充当还原剂或氧化剂。
还原剂能够失去电子，氧化剂则能够接收电子。
在反应中，还原剂与氧化剂之间的电子传递是一种被称为氧化还原反应（redox reaction）的过程。
电子转移的方式化学反应中的电子传递是通过电子转移的方式进行的。
电子转移是一种特殊的化学反应，其中电子从一个物质转移到另一个物质中。
这一过程可以以两种方式进行：通过基态转移或过渡态转移。
基态转移中，电子直接转移到成为还原剂、它们会被氧化剂氧化的分子。
过渡态转移与基态转移类似，不同之处在于分子必须先形成一个过渡态分子成为完成反应，然后电子才能转到氧化剂中。
而氧化剂在生成的过程中也会形成过渡态化学物质。
电子的传递机制在电化学反应中，电子传递的机制有原子轨道内和超分子级别上的电子传递。
在原子轨道内电子传递中，电子从一原子轨道向另一原子轨道传递。
例如，直接雷诺拓忒的实验英语语法，氧化剂将捕获还原剂的一个电子并形成第一个中间体物质（中间体）。
过程中，电子从还原剂的HOMO（最高占据分子轨道）向氧化剂的LUMO（最低未占据分子轨道）传递。
反之，还原剂和氧化剂之间的电子向还原剂捐赠。
在超分子级别上，电子传递过程是通过化学分子之间的作用力完成的。
在这个过程中，电子在分子之间做一个大的跳跃。
例如，在一个电子传递反应中，电子从一个分子跳到另一个分子中。
这种跳跃在大量存在的乙醇、水、二氧化碳等环境下可以发生，是很常见的反应方式之一。
电子传递的动力学过程电化学反应中的电子传递本质上是一个动力学过程。
化学反应的电子转移机理
化学反应的电子转移机理在化学反应中，电子转移机理是指在反应发生过程中，电子从一个原子或离子转移到另一个原子或离子的过程和机制。
电子转移是化学反应中的重要步骤，它在不同类型的反应中起到至关重要的作用，决定了反应的方向和速率。
本文将详细介绍化学反应的电子转移机理。
一、氧化还原反应的电子转移机理氧化还原反应是化学反应中最常见的一类反应。
在氧化还原反应中，电子从一个物质转移到另一个物质，从而导致物质的氧化和还原。
这种电子转移可以通过电子的传递或者电子对的转移来实现。
1. 电子的传递在电子的传递过程中，电子从一个物质转移到另一个物质，而不伴随着原子或离子的转移。
这种电子传递通常发生在物质的溶液中，电子可以通过溶液中的电子传递体系（如过渡金属离子等）传递。
例如，铁离子与铜离子之间的反应：Fe2+ + Cu2+ → Fe3+ + Cu+，在这个反应中，铁离子Fe2+捐赠一个电子给铜离子Cu2+，同时铁离子被氧化为Fe3+，铜离子被还原为Cu+。
这个反应中的电子传递只发生在溶液中，通过电子传递体系进行。
2. 电子对的转移除了电子的传递，电子对的转移也是氧化还原反应中常见的电子转移机理。
在电子对的转移中，电子对从一个物质转移到另一个物质，伴随着原子或离子的转移。
例如，氯的氧化反应：Cl2 + 2e- → 2Cl-，在这个反应中，氯分子Cl2接受两个电子，同时发生裂解，生成两个氯离子Cl-。
这个反应中的电子对转移伴随着氯分子的裂解和氯离子的生成。
二、有机化学反应的电子转移机理有机化学反应中的电子转移机理通常涉及到共轭体系和键的形成和断裂。
共轭体系的存在使得电子转移更加容易发生，并且决定了反应的速率和产物的稳定性。
1. 共轭体系的电子转移在共轭体系中，π电子能够在分子结构中自由地传递。
当一个共轭体系中的化合物参与反应时，π电子的转移会导致反应的发生。
例如，芳香族化合物的取代反应：C6H6 + Br2 → C6H5Br + HBr，在这个反应中，溴分子Br2的一个溴原子被芳香环上的氢原子取代，同时形成溴代芳烃C6H5Br。
生物化学：第二节 电子传递链
2、电子传递链分布 原核细胞存在于质膜上 真核细胞存在于线粒体的内膜上
二. 呼吸链的组成
电子传递中有四个复合体参与：
NADH-CoQ还原酶（复合物I） 琥珀酸-CoQ还原酶（复合物Ⅱ ） CoQ-细胞色素c还原酶（复合物III ） 细胞色素氧化酶（复合物Ⅳ）
铁硫中心只有1个Fe起氧化还原反应，在氧化型（ Fe3+）和还原型（Fe2+）之间转变。
呼吸链中的电子传递体：
3. 铁硫蛋白
铁硫蛋白在呼吸链中作为电子传递体，不传递氢 。
呼吸链中的铁硫蛋白通常与其它的电子传递体的 蛋白质（如黄素酶、细胞色素）结合成复合物，从 而具有不同的氧化还原电位，在呼吸链的不同部位 传递电子。目前对其具体作用机制并不十分清楚.
五. 呼吸链的电子传递过程
呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置
呼吸链中的电子传递体：
1. 烟酰胺脱氢酶
是指以NAD+或NADP+为辅酶的脱氢酶, 属于烟 酰胺的衍生物。以NAD+为辅酶的脱氢酶主要参与线 粒体底物到分子氧的传递, 以 NADP+为辅酶的脱氢 酶主要参与将电子传给生物合成过程.
呼吸链中的电子传递体：
（一）NADH-CoQ还原酶（复合物1） 由FMN + 铁硫蛋白
功能：先与NADH结合并将NADH上的两个高势能 电子转移到FMN辅基上，使NADH氧化，并使 FMN还原。
NADH+H++FMN
FMNH2+NAD+
二、琥珀酸-CoQ还原酶（复合体Ⅱ ）
琥珀酸脱氢酶，它是嵌在线粒体内膜的酶蛋白。也是此复合 体的一部分，其辅基包括FAD和Fe-S聚簇。
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电子呼吸链成员
3、琥珀酸－Q 还原酶
complexⅡ
复合物II存在于线粒体内膜,包括琥珀酸脱
氢酶和3个小亚基和Fe-S簇、Cyb560。琥珀酸
脱氢酶的辅基是FAD，FAD接受氢生成FADH2。
FADH2中的两个电子经Fe-S中心传递给CoQ,
从而进入电子传递链。
电子呼吸链成员
2H+
琥 珀 酸
延胡索酸
阿的平 阿米妥(麻醉药) 抗霉素A 鱼藤酮(杀虫药) CO CNN 3-
NADH
CoQ
Cytc-Fe
2+
O2 + 4H
+
NADH-Q还原 酶
CoQ-Cytc还原酶
Cytc 氧化酶
NAD﹢
4H
+
CoQH2
4H
+
Cytc-Fe3+
2H
+
2H2O
电子传递与氧化磷酸化的实质——需氧细胞内 糖类、脂类、蛋白质等通过各自的分解途径所 形成的还原型辅酶，包括NADH和FADH2通过电 子传递链被重新氧化。还原型辅酶上的氢原子 以质子的形式脱下，其电子沿着一系列的电子 载体传递，最后转移给分子氧。而质子和负离 子型氧结合成水。在电子传递过程中释放出的 大量自由能使ADP磷酸化生成ATP。在传递过程 中，电子的传递仅发生在相邻的电子载体之间。
复合物I 传递电子时的能量变化
NADH + H + + CoQ
NADHQ还原酶
NAD+ + CoQH2
该反应由பைடு நூலகம்个半反应组成 NADH + H + CoQ + 2H+ + 2eNAD+ + 2H+ + 2eCoQH2
-0.315V +0.045V
电子呼吸链成员
复合物I 在传递电子的同时伴随有H质子的转移 复合物I蛋白 氧化态 构象的改变 还原态
氧化型细胞色素：无光谱吸收
细胞色素
还原型细胞色素：有α、β、γ三个吸收 峰,α峰随细胞色素类型不同而有变化 细胞色素b、c、c1、a和aa3 --- 膜结合蛋白
但细胞色素b中血红素与蛋白是非共价键结合, 并有
两个血红素结合部位：bH和bL bH
---
靠近基质
bL--- 靠近膜间空间
Q循环
电子呼吸链成员
素蛋白。它的作用是催化NADH的氧化脱氢以 及Q的还原。所以它既是一种脱氢酶,也是一 种还原酶。
*NADHQ还原酶含有43个
多肽链。它的活性部分 含有辅基FMN和5-7个铁 硫簇。
辅基FMN
NADH + H+ + FMN FMNH2+ NAD+
*FMN的作用是接受脱氢酶脱下来的电子和质子,
形成还原型FMNH2。还原型FMNH2通过铁硫簇进 一步将电子转移给CoQ。
电子呼吸链成员
6.细胞色素氧化酶
complexⅣ
细胞色素氧化酶：13个亚基组成, 核心是3个最大的疏水性亚基 有4个氧化－还原活性中心：血红素a,a3,CuA,CuB
作用：将电子传递给O2，最终生成 2H2O
内膜空间
线粒体基质
Cyta,a3 :结构相同,所处位置不同,性质亦不同 CuA 、CuB：所处位置不同,结合的蛋白不同,势能不同
铁硫蛋白
分子中含铁硫中心(非血红素铁和硫构成活 性中心),铁与硫一般等量存在，位于线粒体 内膜上,通过Fe3+ Fe2+ 变化传递电子
铁硫蛋白主要以(2Fe-2S)或(4Fe-4S)的形式
存在。(2Fe-2S)含有两个活泼的无机硫和两
个铁原子。铁与其蛋白分子中的Cys残基中
的-SH结合。
电子呼吸链成员
CoQ(醌型结构)很容易
接受电子和质子,还原
成CoQH2(还原型)； CoQH2给出电子和质子 还原成CoQ。因此,它 在线粒体呼吸链中是
电子和质子的传递体。
不能从底物接受氢
CoQ在线粒体内膜中有结合到膜上的,也有游离的。
CoQ不仅接受NADH脱氢酶催化脱下的氢,还接受线粒体 其它脱氢酶催化脱下的 氢,如琥珀酸脱氢酶、脂 酰辅酶A脱氢酶及黄素酶 类脱下的氢。所以,CoQ 在电子传递链中处于中 心地位。在黄素蛋白类 琥珀酸 和细胞色素类之间作为 一种特殊灵活的载体而 起作用。
电子传递的抑制剂
呼吸毒物－阻断电子传递
某些物质能抑制呼吸链传递氧和电子,使氧化作用
受阻,自由能释放减少,不能合成分子ATP。 呼吸毒物：阿米妥、鱼藤酮、抗霉素A、CO、CN-等。
抑制部位
ATP ATP ATP FMN 代谢物→NADH→ Fe-S →CoQ→Cytb→Cytc1→c→aa3→O2 ↑ ↑ ↑ ↑
细胞色素还原酶是含铁卟啉辅基的结合蛋白(简写为
Cyt)，铁卟啉辅基的铁原子处于卟啉环的中心,构成
血红素。
各种细胞色素的辅基结构略有不同。线粒体呼吸链中 主要含有细胞色素a,b,c和c1等,组成它们的辅基分别 为血红素A、B和C。细胞色素a, b, c可以通过它们的 紫外-可见吸收光谱来鉴别。 细胞色素主要通过血红素中 Fe3+ Fe2+ 的互变起传 递电子的作用。
电子传递
水产本0901 李彬
电子传递链的各个成员
1.NADH-CoQ 还原酶 2。 CoQ（辅酶Q） 3、琥珀酸－Q 还原酶 4 细胞色素还原酶 5、细胞色素C 6.细胞色素氧化酶
电子呼吸链成员
1.NADH-CoQ 还原酶
NADHCoQ氧化还原酶 *简写为NADHQ还原酶,即复合物I,是一种黄
5、细胞色素C
细胞色素C：球形蛋白,104个AA组成,溶于水 作用：在复合体III和IV之间传递电子
细胞色素c（Cytc）
它是电子传递链中一个独立的蛋白质电子载体，位于 线粒体内膜外表，属于膜周蛋白，易溶于水。它与细 胞色素c1含有相同的辅 基，但是蛋白组成则有
所不同。在电子传递过
程中，Cytc 也是通过 Fe3+ Fe2+ 的互变起 电子传递中间体作用。
FAD
FADH2
2Fe2+
2Fe 3+
琥珀酸
产生的自由能：-4.6KJ· -1 mol 不够合成ATP
琥珀酸 CoQ + 2H
+
延胡索酸 + 2H + + 2e+ 2e CoQH2 延胡索酸 + CoQH2
0.031V
0.045V
琥珀酸 + CoQ
电子呼吸链成员
4、细胞色素还原酶
complexⅢ
细胞色素还原酶：ISP（Fe-S蛋白）铁卟啉,Cytb,Cytc1 作用：催化电子从CoQ转移到细胞色素c---Q循环
电子呼吸链成员
2、CoQ
泛醌(简写为Q)或辅酶Q(CoQ)：它是电子传递链 中唯一的非蛋白电子载体。是一种脂溶性醌类 化合物。人和哺乳动物CoQ的侧链有10个异戊二 烯单位（n＝10）以Q10表示
O CH3O CH3O O CH3 (CH2CH C CH2)nH CH3
n=6-10
辅酶Q的功能