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物化生物學 生物體系之電子轉移 　　　　　　　　　醫學二A 　　　　　　　　　B9402001　簡偉哲 　　　　　　　　　B9402015　溫喆夫 　　　　　　　　　B9402016　楊緯聖 　　　　　　　　　B9402020　黃哲緯 　　　　　　　　　B9402021　黃柏翰 　　　　　　　　　B9402040　許瑜真 前言 在生物體的合成反應中，光合作用是最普遍的一個反應，植物利用光能進行一連串的電子轉移作用進而得到可利用的形式-ATP。而電子要在不同的化合物中進行轉移，則需透過配位化合物的幫助，以下將介紹其轉移的機制。 理論簡介 光合作用機制 １．簡要過程 光合作用發生在葉綠體，光能會被葉綠素a分子捕捉，進而激發葉綠素a分子的電子，使之經過一連串的電子傳遞鍊，最後將NADP+還原為NADPH。NADPH會成為暗反應的輔酶，經過卡氏循環後，製造出葡萄糖並且放出二氧化碳。 ２．光反應之電子傳遞 光能被光系統II的反應中心p680接收後，會成為激發態並且釋放電子給pheophytin，然後分解水並放出氧氣以補充其電子。電子很快的又由pheophytin傳給位在QA的plastoquinone，再傳給位在QB的plastoquinone。Plastoquinone被還原後會成為plastoquinol，一個強還原劑。 接著光系統I的反應中心p700也接收光能成為激發態，當它釋放電子給位在A0的chlorophyll後，失去的電子會由被plastoquinol還原的plastocyanin補充。接著電子自chlorophyll傳給位在A1的quinone，再經過Fe-S複合體，傳到ferredoxin。接著會有一酵素將ferredoxin的電子傳給NADP+，使其還原為NADPH。 而電子在生物體中的轉移主要是由配位化合物的幫助進行的，因此要了解轉移的機制前我們必須先了解什麼是配位化合物。 配位化合物 配位化合物主要是由中心金屬(complex ion)以及配位基(ligand)所組合而成，其中complex ion是由具有空的D軌域的過渡元素組成，而Ligand是具有lone pair或是π bond的分子，當2者靠近時complex ion提供空軌域，而Ligand則是提供lone pair 或是π bond使2者形成配位共價鍵，因此complex ion可視為路易士酸而Ligand可視為路易士鹼。配位化合物又可分為兩種，傳統配位化合物的Ligand是由lone pair形成配位鍵，而有機金屬配位化合物則是Ligand由π bond與complex ion形成配位鍵。 配位化合物的特性 中心原子的電子雲排列有五種，dz2、dx2-y2、dxy、dxz、dyz，當配位基由六個方位形成鍵結時，原本的能階則會分裂成2個不同大小的能階，一個是能量較大的eg(dz2、dx2-y2)另一個是能量較小的t2g(dxy、dxz、dyz)，不同的Ligand會使eg及t2g的能階差不同，親合力大的會使能階差較大形成strong field(low spin)，而親合力小的會使能階差較小形成weak field(low spin)。顏色：當一束白光透過配位化合物時，若某一頻率的光剛好為eg及t2g的能階差則此光會使eg上的電子躍遷至t2g上，使得看到的光剛好為其互補光。 順磁性：半滿軌域愈多，順磁性愈大。因此在weak field的情況下，電子填完半滿的t2g軌域時，因為其eg及t2g的能階差異不大，因此會繼續向上填eg至半滿後再回填t2g，而strong filed的情況下，其eg及t2g的能階差異較大，當填t2g至半滿時，無法填至eg因此會將t2g填滿才會填至eg，因此在weak field的情況下，順磁性的可能較大。 而配位化合物進行電子傳遞的方法主要是由於complex ion以及ligand 有著不同的電子親合力大小，進而使得電子進行轉移。而在了解配位化合物後，我們先來介紹電子轉移這個現象，又可分為哪兩個部分探討。 Inner sphere outer sphere 討論電子傳遞首先就是要先介紹inner sphere和outer sphere的現象，outer sphere是因為反應物之間彼此電子的作用力很小，電子可以藉由隧穿效應由donor直接轉移至acceptor，inner sphere反應物之間電子的作用力較大，必須藉由ligand作為架橋來讓電子轉移。 隧穿效應就是因為溶劑分子的重排，使得不同能階電子的能量可以變成一樣，outer sphere是一開始反應物之間靠在某個特定的距離，之後溶劑分子會排成特定的方向，使得donor的電子因為和acceptor上的電子能階一樣而可以直接的轉移，反應完之後兩個離子再離開各自