在電子傳遞鏈中，下列那一個分子是電子的最後接受者？

本題觀念：

本題考查的核心觀念是有氧呼吸（Aerobic Respiration）中的電子傳遞鏈（Electron Transport Chain, ETC）與氧化磷酸化（Oxidative Phosphorylation）。

電子傳遞鏈位於粒線體內膜（inner mitochondrial membrane），由一系列蛋白質複合體（Complex I ~ IV）與移動性電子載體（如 CoQ、Cytochrome c）組成。其主要功能是將高能電子載體（NADH、FADH₂）所攜帶的電子，透過氧化還原反應依序傳遞，釋出的能量用於建立跨膜氫離子濃度梯度（Proton gradient），最終驅動 ATP 合成。在此過程中，電子必須有一個最終的去處，以完成整個傳遞迴路。

選項分析

• A. NADH：錯誤

  • NADH 是電子的提供者（Donor），而非最後接受者。
  • 在糖解作用（Glycolysis）和檸檬酸循環（TCA cycle）中產生的高能 NADH，會將電子交給電子傳遞鏈的第一個複合體（Complex I, NADH Dehydrogenase），自身被氧化回 NAD⁺，以便重複參與代謝反應。

• B. O2 (氧氣)：正確

  • 氧氣（Molecular Oxygen）是電子傳遞鏈中的最終電子接受者（Final Electron Acceptor）。
  • 由於氧原子具有極高的電負度（Electronegativity）和氧化還原電位（Redox potential），它能有力地牽引電子通過整個傳遞鏈。
  • 在傳遞鏈的末端（Complex IV, Cytochrome c Oxidase），氧氣接收來自細胞色素 c（Cytochrome c）的電子，並與基質中的氫離子（Protons, H⁺）結合，還原生成水（H₂O）。反應式為：$\frac{1}{2} O_2 + 2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2O$。若缺乏氧氣，電子傳遞鏈將停擺，細胞會轉向無氧呼吸。

• C. H2O (水)：錯誤

  • 水是氧氣接受電子後所生成的產物（Product），而非接受者。
  • 水分子本身已處於低能穩定的還原態，不再接收電子。

• D. CoQ (輔酶 Q / Ubiquinone)：錯誤

  • CoQ 是電子傳遞鏈中游的移動性電子載體（Mobile Electron Carrier）。
  • 它負責在脂質雙層膜內移動，將電子從 Complex I 或 Complex II 傳遞給 Complex III，屬於中間傳遞者，並非鏈的終點。

答案解析

在有氧呼吸的最後階段，電子經過一系列載體傳遞後，能量逐漸釋放。為了維持電子流動不阻塞，必須有一個具有高親和力的分子在鏈的末端接收這些「用過」的低能電子。**氧氣（O2）**因其高氧化電位，在複合體 IV（Complex IV）處擔任此角色，接收電子並與氫離子結合成代謝水。因此，氧氣是最後的電子接受者。

故本題正確答案為 (B) O2。

核心知識點

考生應掌握以下關於**電子傳遞鏈（ETC）**的關鍵生理生化機制：

1. 發生位置：真核生物位於粒線體內膜（Inner Mitochondrial Membrane）。
2. 電子流向：
   • NADH → Complex I → CoQ → Complex III → Cyt c → Complex IV → O₂。
   • FADH₂ → Complex II → CoQ → ... （後續路徑相同）。
3. 關鍵分子角色：
   • NADH / FADH₂：電子攜帶者（起始物）。
   • CoQ / Cytochrome c：移動性電子傳遞中間體。
   • O₂：最終電子接受者（Final Acceptor），缺乏時會導致 ETC 停止與 ATP 合成下降（缺氧性損傷機制）。
   • Complex I, III, IV：質子幫浦（Proton Pump），建立電化學梯度。
4. 產物：
   • 電子傳遞的終產物是 H₂O（代謝水）。
   • 質子梯度驅動 ATP Synthase 產生 ATP。

參考資料

1. Electron Transport Chain | Biology for Majors I - Lumen Learning
2. Oxidative phosphorylation | Biology (article) - Khan Academy
3. 電子傳遞鏈(Electron Transport Chain) - 台大科學教育發展中心