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四個複合體 + 兩個移動載體

電子從 NADH/FADH₂ 開始,經過一連串氧化還原中心,最終交給 O₂ 變成水。這段路上電子逐漸「下山」(電勢差變大),釋放的能量被用來把 H⁺ 從基質泵到膜間腔,形成質子梯度。
| 複合體 | 名稱 | 電子進 | 電子出 | 泵 H⁺? | 泵的方向 |
| Complex I | NADH dehydrogenase / NADH-Q oxidoreductase | NADH | Q (ubiquinone) | 是,4 H⁺ | matrix → IMS |
| Complex II | Succinate dehydrogenase / SDH | Succinate → FADH₂ | Q | 否(唯一不泵) | , |
| Complex III | Cytochrome bc₁ / Q-cytochrome c oxidoreductase | QH₂ | Cytochrome c | 是,4 H⁺ | matrix → IMS |
| Complex IV | Cytochrome c oxidase | Cyt c | O₂(→ H₂O) | 是,2 H⁺ | matrix → IMS |
移動載體:
- Ubiquinone (Q / CoQ):脂溶性小分子,在內膜裡橫向擴散,從 I 或 II 把電子送到 III(不是從 I 到 II,I 和 II 是平行入口)
- Cytochrome c:水溶性小蛋白,在內膜外側(IMS 側)擴散,從 III 送到 IV
幾個必考的小重點
A. H⁺ 的移動方向
ETC 把 H⁺ 從基質 → 膜間腔(不是反向、也不會出到胞質,因為外膜擋著的只是體積,H⁺ 在 IMS 的濃度仍遠高於基質)。
B. 最終電子受體是 O₂(不是 cyt c 或 NADH)
這一點很清楚,但 2018 年有一題問「哪個直接把電子給 O₂」,四個選項(NADH/FADH₂/CoQ/cyt c)都不對,正確應是 Complex IV 的 CuB/heme a₃ 中心;這題官方因此給出全 A/B/C/D 的「全錯」標記。本質上 cyt c 是 O₂ 的「前一棒」,但實際把電子交給 O₂ 的是 cyt c oxidase(Complex IV)內部的銅鐵中心。
C. Complex IV = cytochrome c oxidase = cytochrome oxidase
這幾個名字都是同一個東西,常在題目裡交替出現。Complex IV 把 O₂ 還原成 H₂O,一共要 4 個電子(O₂ + 4 e⁻ + 4 H⁺ → 2 H₂O)。
D. 為什麼 NADH 比 FADH₂ 產能多?
NADH 的電子從 Complex I 入口,走完 I → III → IV,經過 3 個泵 H⁺ 的 complex(4 + 4 + 2 = 10 H⁺)。
FADH₂ 的電子從 Complex II 入口,走 III → IV(跳過 I),只經過 2 個泵 H⁺ 的 complex(4 + 2 = 6 H⁺)。
Complex II 不泵 H⁺,因為 succinate → fumarate 的電勢差不夠大,釋出的能量只夠驅動電子傳遞,不夠同時泵質子。所以FADH₂ 少了 Complex I 那一段的 H⁺ 貢獻,產生的 ATP 也比較少(約 1.5 vs. NADH 的 2.5)。
E. ROS 的產生
Complex I 和 Complex III 是電子漏出最嚴重的地方,偶爾電子沒傳成功就直接還原 O₂ 形成超氧化物(O₂⁻·,superoxide)。這是生理 ROS 的主要來源,也是老化、氧化傷害、帕金森氏症、肌肉萎縮等許多疾病的共同機轉。
抑制劑的臨床意義
| 抑制劑 | 作用點 | 情境 |
| Rotenone、amobarbital | Complex I | 農藥中毒、老鼠藥 |
| Antimycin A | Complex III | 實驗藥 |
| Cyanide、CO、azide | Complex IV | 氰化物中毒(快速致死)、一氧化碳中毒 |
| Oligomycin | ATP synthase F₀ | 實驗藥 |
| 2,4-DNP、CCCP、FCCP | Uncoupler | 減肥藥(致命)、實驗藥 |
| Aspirin 過量 | 弱 uncoupler | 高燒、代謝性酸中毒 |
氰化物中毒的急救機轉:
- 誘導 methemoglobin(甲鐵血紅素):靜脈用 sodium nitrite 或吸入 amyl nitrite,把血紅素 Fe²⁺ 部分氧化成 Fe³⁺ 形成 methemoglobin。Fe³⁺ 對 CN⁻ 的親和力遠大於 Complex IV 的細胞色素 a₃,CN⁻ 因此被「吸」到 methemoglobin 形成 cyanmethemoglobin,Complex IV 重新運作。
- 促進 CN⁻ 排除:再給 sodium thiosulfate,肝中 rhodanese 把 CN⁻ + S₂O₃²⁻ → SCN⁻(毒性極低)由腎排出。
- 直接螯合:hydroxocobalamin(OH-Cbl)直接與 CN⁻ 結合形成 cyanocobalamin(氰鈷胺素,B12 家族的一種化學形式),由腎排出,是現代第一線急救藥。
關鍵概念:人體故意「弄壞」一部分血紅素(Fe²⁺ → Fe³⁺)來救命,前提是 CN⁻ 對 Fe³⁺ 的親和力 > Complex IV 的 Fe,而 methemoglobin 量可控制在不致命的範圍。
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