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生化学2 / 第 12 回

電子伝達系と酸化的リン酸化

电子传递链与氧化磷酸化
生化学2 🔑 難易度 ★★★★ 📌 電子伝達系・酸化的リン酸化・ミトコンドリア・複合体I・複合体II
今回の守備範囲 本页范围録音転写稿で確認できた範囲を中心に、複合体I・IIまでを厚めに整理した。III・IVの細部は次回資料や教科書で補う。本页主要依据录音可确认范围,重点整理到复合体I/II。复合体III/IV细节请结合下次资料或教材补充。
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本講のポイント本课重点

クエン酸回路1回転は、3NADH・1FADH₂・1ATP/GTPを作り、現代的換算では約10ATP柠檬酸循环一圈生成3NADH、1FADH₂、1ATP/GTP,按现代换算约10ATP。
NADH/FADH₂の電子はミトコンドリア内膜の電子伝達系へ入り、最終的にO₂へ渡ってH₂Oになる。NADH/FADH₂的电子进入线粒体内膜的电子传递链,最终交给O₂生成水。
電子の移動で得たエネルギーにより、H⁺がマトリックスから膜間腔へ汲み出される。电子移动释放的能量把H⁺从基质泵到膜间隙。
H⁺濃度差と電位差がプロトン駆動力になり、ATP合成酵素がATPを作る。H⁺浓度差和电位差形成质子驱动力,驱动ATP合酶生成ATP。
複合体IはNADHから電子を受け取りH⁺を汲み出す。複合体IIはコハク酸デヒドロゲナーゼで、H⁺は汲み出さない。复合体I接受NADH电子并泵H⁺;复合体II是琥珀酸脱氢酶,不泵H⁺。
❓ この回で答えたい問い / 这节要解决的问题
NADHやFADH₂の電子は、どうやってATPに変わるのか?
NADH和FADH₂里的电子,怎样变成ATP?
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講義の流れ这节课老师一步步讲了什么

🟢 緑=重要 / 绿色=重点○ 淡色=流れ / 淡色=过程💬 灰=余談 / 灰色=老师的闲话枝节
① クエン酸回路の復習
1アセチルCoAあたり3NADH、1FADH₂、1ATP/GTPなので、2.5×3 + 1.5×1 + 1 = 約10ATPと見積もる。先复习TCA:每1乙酰CoA产生3NADH、1FADH₂、1ATP/GTP,换算为2.5×3+1.5×1+1=约10ATP。
② O₂が必要な理由
回路自体にO₂は直接出てこないが、NADH/FADH₂をNAD⁺/FADへ戻す電子伝達系の最後でO₂が必要になる。TCA本身不直接写O₂,但NADH/FADH₂要通过电子传递链回到NAD⁺/FAD,而最后需要O₂。
③ ミトコンドリア内膜へ
電子伝達系はミトコンドリア内膜にあり、外膜のポリン、内膜のクリステ、マトリックスと膜間腔の位置関係を確認した。转到线粒体内膜:电子传递链位于内膜,同时确认外膜孔蛋白、内膜嵴、基质与膜间隙的位置。
④ 電子のエネルギーでH⁺を汲む
NADH/FADH₂から来た電子が複合体を通ると、そのエネルギーでH⁺が膜間腔へ汲み出され、濃度差ができる。电子经过复合体时释放能量,把H⁺泵到膜间隙,形成浓度差。
⑤ 複合体IとII
複合体IはNADHから電子を受け取り、FMN・Fe-Sを介してQへ渡しH⁺を汲み出す。複合体IIはコハク酸デヒドロゲナーゼで、FADからQへ電子を渡すがH⁺は汲み出さない。复合体I接收NADH电子,经FMN/Fe-S传给Q并泵H⁺;复合体II是琥珀酸脱氢酶,经FAD把电子给Q但不泵H⁺。
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知識マップ知识图谱(先看这张抓全局)

入力输入
NADHNADH
FADH₂FADH₂
電子を持つ還元当量携带电子的还原当量
電子伝達电子传递
複合体I → Q复合体I → Q
複合体II → Q复合体II → Q
最終受容体O₂最终受体O₂
H⁺勾配H⁺梯度
マトリックスから膜間腔へ从基质到膜间隙
濃度差・電位差浓度差/电位差
プロトン駆動力质子驱动力
ATP合成ATP合成
ATP合成酵素ATP合酶
ADP + Pi → ATPADP + Pi → ATP
複合体IIはH⁺を汲まない复合体II不泵H⁺
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電子のエネルギーをH⁺勾配へ、H⁺勾配をATPへ电子能量变成H⁺梯度,H⁺梯度再变成ATP

還元力を集める
解糖系・PDH・クエン酸回路でNADH/FADH₂に電子を集める。先收集还原力:糖酵解、PDH、TCA把电子收进NADH/FADH₂。
電子を流す
電子伝達系で電子を段階的に低いエネルギー状態へ落とし、最後にO₂へ渡す。再让电子流动:电子传递链让电子逐步降能,最后交给O₂。
勾配で作る
電子のエネルギーで作ったH⁺勾配をATP合成酵素がATPに変える。最后靠梯度合成:ATP合酶把电子能量形成的H⁺梯度转成ATP。
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解説详细讲解

1. クエン酸回路のATP換算 1. 柠檬酸循环的ATP换算

授業はクエン酸回路の復習から入った。1アセチルCoAあたり3NADH、1FADH₂、1ATP/GTPが得られる。NADHを約2.5ATP、FADH₂を約1.5ATPとして見ると、3×2.5 + 1×1.5 + 1 = 約10ATPになる。グルコース完全酸化を昔の38ATPで丸暗記するより、どの還元当量がどれだけATPに相当するかを考える。课堂从TCA复习开始。每1个乙酰CoA产生3NADH、1FADH₂、1ATP/GTP。按NADH约2.5ATP、FADH₂约1.5ATP计算,就是约10ATP。比起死背旧式“葡萄糖完全氧化38ATP”,更重要的是理解各还原当量大约对应多少ATP。

2. 電子伝達系とO₂ 2. 电子传递链与氧气

クエン酸回路の式にO₂は直接出ない。しかし、NADHとFADH₂をNAD⁺とFADへ戻さないと、次の酸化反応が進まない。電子伝達系では、電子が複数のタンパク質複合体を通り、最後にO₂へ渡されて水になる。O₂が止まると最終受け取り先がなくなり、上流も止まる。TCA反应式中O₂不直接出现。但如果NADH和FADH₂不能回到NAD⁺和FAD,下一轮氧化就无法继续。电子传递链中,电子通过多个蛋白复合体,最后交给O₂形成水。若O₂这一步停住,最终受体消失,上游也会停。

3. 複合体I・IIとCoQ 3. 复合体I/II与CoQ

複合体IはNADHから電子を受け取り、FMNや鉄硫黄クラスターを通してユビキノン(CoQ)へ渡す。このときH⁺を膜間腔へ汲み出す。複合体IIはクエン酸回路のコハク酸デヒドロゲナーゼでもあり、FADで受けた電子をCoQへ渡す。ただし複合体IIはH⁺を汲み出さない。だからNADHとFADH₂のATP換算が違う。复合体I从NADH接收电子,经FMN和铁硫簇传给泛醌(CoQ),同时把H⁺泵到膜间隙。复合体II同时也是TCA的琥珀酸脱氢酶,经FAD接收电子并交给CoQ,但不泵H⁺。因此NADH与FADH₂的ATP换算不同。

4. 酸化的リン酸化の一文まとめ 4. 一句话总结氧化磷酸化

NADH/FADH₂の電子をO₂へ流す力でH⁺勾配を作り、そのH⁺が戻る力でATPを作る。この「電子伝達系+ATP合成酵素」の全体が酸化的リン酸化である。利用NADH/FADH₂的电子流向O₂所释放的能量建立H⁺梯度,再利用H⁺回流的力量合成ATP。这个“电子传递链+ATP合酶”的整体就是氧化磷酸化。

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つまずきポイント容易错的地方

❌ クエン酸回路はO₂を直接使う
✅ 反応式には直接出ないが、NAD⁺/FAD再生のため電子伝達系を通じてO₂に依存する
误:TCA直接用O₂。正:式中不直接出现,但通过电子传递链再生NAD⁺/FAD而依赖O₂。
❌ 複合体IIも複合体Iと同じだけH⁺を汲む
✅ 複合体IIは電子をQへ渡すがH⁺を汲み出さない
误:复合体II也像I一样泵H⁺。正:II传电子给Q但不泵H⁺。
❌ NADHとFADH₂のATP換算は同じ
✅ 電子が入る位置とH⁺汲み出し量が違うため、NADHの方が高い
误:NADH和FADH₂ ATP换算相同。正:进入位置和泵H⁺量不同,NADH更高。

基礎問題基础理解题(这些懂了就过关)

基礎1アセチルCoAからクエン酸回路で得られるNADH・FADH₂・ATP/GTPはいくつか。1个乙酰CoA经TCA产生几个NADH、FADH₂、ATP/GTP?
3NADH、1FADH₂、1ATP/GTP。ATP換算では約10ATP。3NADH、1FADH₂、1ATP/GTP;换算约10ATP。
基礎電子伝達系の最後の電子受容体は何か。电子传递链最后的电子受体是什么?
O₂。電子とH⁺を受け取って水になる。O₂。接受电子和H⁺后生成水。
基礎複合体IIはクエン酸回路のどの酵素でもあるか。复合体II同时也是TCA中的哪种酶?
コハク酸デヒドロゲナーゼ琥珀酸脱氢酶。
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発展問題进阶题

発展なぜNADHはFADH₂より多くATPを作れるのか。为什么NADH比FADH₂能产生更多ATP?
NADHの電子は複合体Iから入り、そこでH⁺汲み出しに使われる。一方FADH₂由来の電子は複合体IIから入り、複合体IIはH⁺を汲み出さない。通過するH⁺ポンプの数が違うため、NADHの方がATP換算が大きい。NADH电子从复合体I进入,并在那里参与泵H⁺;FADH₂来源的电子从复合体II进入,而II不泵H⁺。经过的H⁺泵数量不同,所以NADH的ATP换算更大。
発展酸化的リン酸化を、電子・H⁺・ATPの順で説明せよ。按电子、H⁺、ATP的顺序说明氧化磷酸化。
まずNADH/FADH₂の電子が電子伝達系を流れ、最後にO₂へ渡る。電子のエネルギーでH⁺がマトリックスから膜間腔へ汲み出され、H⁺濃度差と電位差ができる。最後にH⁺がATP合成酵素を通って戻る力でADPとPiからATPが作られる。首先NADH/FADH₂的电子流过电子传递链,最后交给O₂。电子能量把H⁺从基质泵到膜间隙,形成H⁺浓度差和电位差。最后H⁺通过ATP合酶回流,驱动ADP和Pi生成ATP。
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