酸化還元電位
特定の物質と基準電極(標準水素電極あるいは銀-塩化銀電極)との電位差Eは、以下のネルンストの式によって表される。
E = E 0 + R T n F ln  [ o x ] [ r e d ] {\displaystyle E=E_{0}+{\frac {RT}{nF}}\ln {\frac {[{\rm {ox}}]}{[{\rm {red}}]}}}
R:気体定数(8.314JKmol) T:絶対温度 n:酸化還元反応にて授受される電子数 F:ファラデー定数(6.02×10電子の電気量は96,500クーロン) [ox]:特定の物質の酸化型活量 [red]:特定の物質の還元型活量
この式より、酸化型および還元型が溶質として溶解しており、活量が等しい場合は酸化還元電位は標準酸化還元電位に等しくなる。
この式を用いて標準酸化還元電位(E0)と中間酸化還元電位(E'0)の差を求めることが出来る。pH7.0、温度25°Cにおける差は以下の通りである。
E 0 ′ − E 0 ≒ 2.303 × 8.314 × 298 × l o g 10 10 − 7 ÷ 96500 = − 0.42 V {\displaystyle E'_{0}-E_{0}\fallingdotseq 2.303\times 8.314\times 298\times log_{10}10^{-7}\div 96500=-0.42{\rm {V}}}
すなわち、温度25°Cにおいては中間酸化還元電位は標準酸化還元電位よりも0.42V低い値をとる。
なお、上記の反応がNADHの酸化還元反応だが、呼吸鎖複合体IIの関与するコハク酸呼吸の場合、FAD/FADH2の酸化還元電位はE'0 = -0.219Vのため、複合体Iの関与する経路からは電子伝達は行われない。これは複合体IのNADH脱水素部位であるフラビン(FMN)が同じ酸化還元電位を有するからである。しかしながら以下の経路にて電子伝達が行われている。
FAD/FADH2(E’0 = -0.219V) → ユビキノン/ユビキノール(E’0 = 0.10V)
ユビキノール → シトクロムc1(E'0 = 0.22V)
シトクロムc1以降の経路は上記の呼吸鎖電子伝達系と同じ。したがって、FADH2由来の電子伝達はNADHに比べて効率が悪く、一分子あたりのプロトン輸送数がNADHよりも少ない。
なお、上記の呼吸鎖電子伝達系は主なものをピックアップしたのみであり、実際は呼吸鎖複合体のタンパク内に配位されている鉄・硫黄クラスター、シトクロム、キノンサイクル機構、銅原子などを経て酸素に伝達される複雑な経路である。しかしながらその伝達経路は必ず酸化還元電位の低い分子から高い分子に伝達されると言う大原則に基づいている。