氧化磷酸化
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一、氧化磷酸化的概念和偶聯部位
1.概念：氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）是指在生物氧化中伴隨著ATP生成的作用。有代謝物連接的磷酸化和呼吸鏈連接的磷酸化兩種類型。即ATP生成方式有兩種。一種是代謝物脫氫後，分子內部能量重新分布，使無機磷酸酯化先形成一個高能中間代謝物，促使ADP變成ATP。這稱為底物水平磷酸化。如3-磷酸甘油醛氧化生成1，3-二磷酸甘油酸，再降解為3-磷酸甘油酸。另一種是在呼吸鏈電子傳遞過程中偶聯ATP的生成。生物體內95%的ATP來自這種方式。
2.偶聯部位：根據實驗測定氧的消耗量與ATP的生成數之間的關係以及計算氧化還原反應中ΔGO＇和電極電位差ΔE的關係可以證明。
P/O比值是指代謝物氧化時每消耗1摩爾氧原子所消耗的無機磷原子的摩爾數，即合成ATP的摩爾數。實驗表明， NADH在呼吸鏈被氧化為水時的P/O值約等於2.5，即生成2.5分子ATP；FADH2氧化的P/O值約等於1.5，即生成1.5分子ATP。
氧-還電勢沿呼吸鏈的變化是每一步自由能變化的量度。根據ΔGO＇= - nFΔE O＇(n是電子傳遞數,F是法拉第常數)，從NADH到Q段電位差約0.36V，從Q到Cytc為0.21V，從aa3到分子氧為0.53V，計算出相應的ΔGO＇分別為69.5、40.5、102.3kJ/mol。於是普遍認為下述3個部位就是電子傳遞鏈中產生ATP的部位。
NADH→NADH脫氫酶→‖Q → 細胞色素bc1複合體→‖Cytc →aa3→‖O2
二、胞液中NADH的氧化
糖代謝中的三羧酸循環和脂肪酸β-氧化是在粒線體內生成NADH（還原當量），可立即通過電子傳遞鏈進行氧化磷酸化。在細胞的胞漿中產生的NADH ，如糖酵解生成的NADH則要通過穿梭系統（shuttle system）使NADH的氫進入粒線體內膜氧化。
（一）α-磷酸甘油穿梭作用
這種作用主要存在於腦、骨骼肌中，載體是α-磷酸甘油。
胞液中的NADH在α-磷酸甘油脫氫酶的催化下，使磷酸二羥丙酮還原為α-磷酸甘油，後者通過粒線體內膜，並被內膜上的α-磷酸甘油脫氫酶（以FAD為輔基）催化重新生成磷酸二羥丙酮和FADH2，後者進入琥珀酸氧化呼吸鏈。葡萄糖在這些組織中徹底氧化生成的ATP比其他組織要少，1摩爾G→36摩爾ATP。
主要存在肝和心肌中。1摩爾G→38摩爾ATP
胞液中的NADH在蘋果酸脫氫酶催化下，使草醯乙酸還原成蘋果酸，後者藉助內膜上的α-酮戊二酸載體進入粒線體，又在粒線體內蘋果酸脫氫酶的催化下重新生成草醯乙酸和NADH。NADH進入NADH氧化呼吸鏈，生成3分子ATP。草醯乙酸經穀草轉氨酶催化生成天冬氨酸，後者再經酸性胺基酸載體轉運出粒線體轉變成草醯乙酸。
三、氧化磷酸化偶聯機制
（一）化學滲透假說（chemiosmotic hypothesis）
1961年，英國學者Peter Mitchell提出化學滲透假說（1978年獲諾貝爾化學獎），說明了電子傳遞釋出的能量用於形成一種跨粒線體內膜的質子梯度（H+梯度），這種梯度驅動ATP的合成。這一過程概括如下：
1.NADH的氧化，其電子沿呼吸鏈的傳遞，造成H+ 被3個H+ 泵，即NADH脫氫酶、細胞色素bc1複合體和細胞色素氧化酶從粒線體基質跨過內膜泵入膜間隙。
2.H+ 泵出，在膜間隙產生一高的H+ 濃度，這不僅使膜外側的pH較內側低（形成pH梯度），而且使原有的外正內負的跨膜電位增高，由此形成的電化學質子梯度成為質子動力，是H+ 的化學梯度和膜電勢的總和。
3.H+ 通過ATP合酶流回到粒線體基質，質子動力驅動ATP合酶合成ATP。
（二）ATP合酶
ATP合酶由兩部分組成（Fo-F1），球狀的頭部F1突向基質液，水溶性。亞單位Fo埋在內膜的底部，是疏水性蛋白，構成H+ 通道。在生理條件下，H+ 只能從膜外側流向基質，通道的開關受柄部某種蛋白質的調節。
四、影響氧化磷酸化的因素
（一）抑制劑
能阻斷呼吸鏈某一部位電子傳遞的物質稱為呼吸鏈抑制劑。
魚藤酮、安密妥在NADH脫氫酶處抑制電子傳遞，阻斷NADH的氧化，但FADH2的氧化仍然能進行。
抗黴素A抑制電子在細胞色素bc1複合體處的傳遞。
對電子傳遞及ADP磷酸化均有抑制作用的物質稱氧化磷酸化抑制劑，如寡黴素。
（二）解偶聯劑
2，4-二硝基苯酚（DNP）和頡氨黴素可解除氧化和磷酸化的偶聯過程，使電子傳遞照常進行而不生成ATP。DNP的作用機制是作為H+的載體將其運回粒線體內部，破壞質子梯度的形成。由電子傳遞產生的能量以熱被釋出。
（三）ADP的調節作用
正常機體氧化磷酸化的速率主要受ADP水平的調節，只有ADP被磷酸化形成ATP，電子才通過呼吸鏈流向氧。如果提供ADP，隨著ADP的濃度下降，電子傳遞進行，ATP在合成，但電子傳遞隨ADP濃度的下降而減緩。此過程稱為呼吸控制，這保證電子流只在需要ATP合成時發生。
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