第三节 氧化磷酸化一、概念二,氧化磷酸化偶联部位及 P/O比三、氧化磷酸化机理四、氧化磷酸化的解偶联剂和抑制剂五、线粒体穿梭系统六、氧化磷酸化的调控一、概念
生物体内高能磷酸化合物 ATP的生成主要由三种方式：
氧化磷酸化
底物水平磷酸化
光合磷酸化
底物水平磷酸化指 ATP的形成直接与一个代谢中间物（ PEP）
上的磷酸基团转移相偶联的作用。
1、底物水平磷酸化特点,ATP的形成直接与 中间代谢物进行的反应相偶联 ；在有
O2或无 O2条件下均可发生底物水平的磷酸化。
是与电子传递过程偶联的磷酸化过程。 即伴随电子从底物到 O2的传递,ADP被磷酸化生成 ATP的酶促过程，这种氧化与磷酸化相偶联的作用称为 氧化磷酸化。
这是 需氧 生物合成 ATP的主要途径。
真核生物的电子传递和氧化磷酸化均在线粒体内膜上进行。原核生物则在质膜上进行。
2、氧化磷酸化
1,P/O比：
1940年,S Ochoa测定了在呼吸链中 O2的消耗与 ATP生成的关系，为此提出 P/O比的概念。 （同位素实验）
当一对电子经呼吸链传给 O2的过程中所产生的 ATP分子数。实质是伴随 ADP磷酸化所消耗的无机磷酸的分子数与消耗分子氧的氧原子数之比,称为 P/O比 。
线粒体 NADH+H+经呼吸链氧化 P/O比为 2.5（ 3）,FADH2
经呼吸链氧化 P/O比为 1.5（ 2）。
二、氧化磷酸化偶联部位及 P/O比
2、形成 ATP的部位（氧化与磷酸化偶联部位）
电子传递链将 NADH和 FADH2上的电子传递给氧的过程中释放自由能，供给 ATP的合成。其中释放大量自由能的部位有 3处，即复合物 Ⅰ,Ⅲ,Ⅳ,这 3个部位就是 ATP合成的部位，称为偶 联 部位。
关于论证 ATP形成部位的实验证据：
（ 1） Δ G0 ’ =-nF Δ E0 ’
（ 2） 琥珀酸氧化 P/O=2,苹果酸氧化 P/O=3
表明在 NADH—— CoQ 有一次磷酸化作用
（ 3） A.Lehninger用抗坏血酸使电子从细胞色素 C进入呼吸链，测得 P/O=1,说明由 cytaa3—— O2有一次磷酸化
（ 4） 使用专一性电子传递链抑制剂亦可测出 ATP的形成部位 （举例）
能量计算,NADH+H+被分子氧氧化生成水，总反应为：
NADH+H++1/2O2 NAD++H2O
求此反应的 Δ G0 ’,
因为,1/2O2+2H++2e- H2O,E0 ’ =0.82v
NAD++2H++2e- NADH+H+,E0 ’ =-0.32v
所以,Δ E0’=0.82-(-0.32)=1.14V
Δ G0 ’=-2X23.063X1.14=-52.6(Kcal/mol)
=-220(KJ/mol)
3ADP+Pi 3ATP+3H2O
Δ G0 ’=3X7.3=21.9 (Kcal/mol)=91.6 (KJ/mol)
3个 ATP的形成共截获的能量为 41%
1、有关氧化磷酸化机理的几种假说化学偶联假说构象偶联假说化学渗透假说三、氧化磷酸化作用的机理
（ 1）化学偶联假说（ 1953年） （掌握要点）
chemical coupling hypothesis
认为电子传递反应释放的能量通过一系列连续的化学反应形成 高能共价中间物,最后将其能量转移到
ADP中形成 ATP。
AH2+B+I-OH A I+BH2+OH-
A I+X-H+OH- X I+A+H2O
X I+P-OH X P+I-OH
X P+ADP ATP+X-H
AH2+B+ADP+P-OH A+BH2+ATP+H2O
（ 2）构象偶联假说（ 1964）
conformational coupling hypothesis
认为电子沿电子传递链传递使线粒体内膜的 蛋白质组分 发生了构象变化，形成一种高能构象，这种高能形式通过 ATP的合成而恢复其原来的构象。
迄今未能分离出这种高能蛋白质。但在电子传递过程中蛋白质组分的构象变化还是存在的。
（ 3）化学渗透假说（ 1961）
chemiosmotic hypothesis
1961年由英国生物化学家 Peter Mitchell最先提出。
认为电子传递释放的自由能和 ATP的合成是与一种跨线粒体内膜的质子梯度相偶联的。 即电子传递释放的自由能驱动 H+从线粒体基质跨过内膜进入膜间隙，从而形成跨线粒体内膜的 H+离子梯度，及一个电位梯度。这个跨膜的电化学电势驱动 ATP的合成。
NADH呼吸链中的三个复合物 Ⅰ,Ⅲ,Ⅳ 起着质子泵的作用，将 H+
从线粒体基质跨过内膜进入膜间隙。
H+不断从内膜内侧泵至内膜外侧，而又不能自由返回内膜内侧，从而在内膜两侧建立起质子浓度梯度和电位梯度即电化学梯度，也称为 质子动力 。
当存在足够的跨膜电化学梯度时，强大的质子流通过嵌在线粒体内膜的 F0F1-ATP合酶 返回基质，质子电化学梯度蕴藏的自由能释放，
推动 ATP的合成。
化学渗透假说示意图获得
19
78
年的诺贝尔化学奖
支持化学渗透假说的实验证据：
(1) 氧化磷酸化作用的进行需要封闭的线粒体内膜存在。
(2) 线粒体内膜对 H+ OH- K+ Cl-都是不通透的。
(3) 破坏 H+ 浓度梯度的形成（用解偶联剂或离子载体抑制剂）必然破坏氧化磷酸化作用的进行。
(4) 线粒体的电子传递所形成的电子流能够将 H+ 从线粒体内膜逐出到线粒体膜间隙。
(5) 大量直接或间接的实验证明膜表面能够滞留大量质子，
并且在一定条件下质子能够沿膜表面迅速转移。
(6) 迄今未能在电子传递过程中分离出一个与 ATP形成有关的高能中间化合物，亦未能分离出电子传递体的高能存在形式。
H+如何通过电子传递链,泵,出的？
关于 H+通过电子传递链,泵,出的两种假设
（一般了解）
氧化 -还原回路机制 ( Mitchell提出）,线粒体内膜呼吸链的各个氧 -还中心即 FMN CoQ CytC以及 Fe-S中心的排列可能即执行电子转移又能转移基质的质子。但是在电子传递链中，（ H
+e-） 载体只有两个即 FMN CoQ,则三个 ATP合成部位中还缺少一个 （ H +e-） 载体，假设 CoQ发挥两次作用。（ Q循环 ）
质子泵机制,电子传递导致复合体的构象变化，而造成 AA侧链
pK 的变化，发挥质子泵作用的侧链暴露在内膜内侧或外侧（交替变化），从而使质子发生移位。
线粒体内膜的表面有一层规则地间隔排列着的球状颗粒，称为 FOF1-ATP合酶，也叫 ATP合酶复合体或 ATP合酶，是 ATP合成的场所。
它由 FO,F1两部分组成,其中 FO由 4种 6条不同的肽链组成,是复合体的柄 （ 含质子通道 ）,
镶嵌到内膜中,F1由 5种 9条肽链组成,呈球状,
是复合体的头,与 FO结合后这个头伸向膜内基质 。
FO是膜外质子返回膜内的通道,F1是催化 ATP合成的部位,当膜外的质子经 FO质子通道到达 F1
时便推动 ATP的合成 。
ATP的合成机制 — FOF1-ATP合酶亚线粒体结构证明 FOF1-ATP合酶中 FOF1的功能
1960年,E.Racker的氧化磷酸化的重组实验：
超声波胰蛋白酶或尿素重组亚 线粒体囊泡有电子传递能力但不能使 ADP磷酸化具备氧化磷酸化能力
根据当前最新测定,H+经 NADH-Q还原酶、细胞色素 bc1复合体（ Ⅲ ）、细胞色素氧化酶（复合体 Ⅳ ）
从基质泵到膜外时,一对电子泵出的质子数依次为 4,2,4，而合成一个 ATP分子是由 3个 H+通过 ATP合酶所驱动。所以电子从 NADH传至 O2，
共产生的 ATP分子数是 2.5个
若从琥珀酸传递至 O2,只有两个偶联部位，产生 1.5个 ATP。
Fe-S
FADH2
琥珀酸 -Q还原酶
（复合体 Ⅱ ）
1,解偶联剂（ uncouplers）
某些化合物能消除跨膜的质子浓度梯度或电位梯度，
使 ATP不能合成，这种作用称为解偶联作用，这类化合物成为解偶联剂。
解偶联剂不抑制电子传递。 不抑制底物水平的磷酸化。
解偶联剂主要有三种类型：
化学解偶联剂,2,4-二硝基苯酚
离子载体：
解偶联蛋白：
不同的化学因素对氧化磷酸化作用的影响方式不同，据此将它们分成三大类：
四、氧化磷酸化的解偶联剂和抑制剂化学解偶联剂,2,4-二硝基苯酚
（ 2,4-dinitrophenol,DNP）
DNP在 pH=7的环境中以解离形式存在，是脂不溶的，不能过膜。
在酸性环境中接受 H+,成为不解离形式，是脂溶性的，
很容易过膜，同时将 H+带入膜内，起消除质子浓度梯度的作用。亦称 质子载体。
起同样作用的有三氟甲氧基苯腙羰基氰化物（ FCCP）。
中性环境 酸性环境离子载体 （ 离子载体抑制剂 ）
是一类脂溶性物质,能与 H+以外的其他一价阳离子结合,并作为他们的载体使他们能过穿过膜，消除跨膜的电位梯度。
缬氨霉素（ K+）
短杆菌肽（ K+ Na+）
解偶联蛋白 （产热素）
是存在于某些生物细胞线粒体内膜上的蛋白质，为天然解偶联剂。
它们能形成质子通道，让膜外的 H+通过通道返回膜内，消除跨膜质子浓度梯度。
如：动物的褐色脂肪组织,其产热机制是线粒体氧化磷酸化解偶联的结果。
人、新生无毛的哺乳动物以及冬眠的哺乳动物。
1、有关氧化磷酸化机理的几种假说化学偶联假说构象偶联假说化学渗透假说三、氧化磷酸化作用的机理
NADH呼吸链中的三个复合物 Ⅰ,Ⅲ,Ⅳ 起着质子泵的作用，将 H+
从线粒体基质跨过内膜进入膜间隙。
H+不断从内膜内侧泵至内膜外侧，而又不能自由返回内膜内侧，从而在内膜两侧建立起质子浓度梯度和电位梯度即电化学梯度，也称为 质子动力 。
当存在足够的跨膜电化学梯度时，强大的质子流通过嵌在线粒体内膜的 F0F1-ATP合酶 返回基质，质子电化学梯度蕴藏的自由能释放，
推动 ATP的合成。
化学渗透假说示意图获得
19
78
年的诺贝尔化学奖
1,解偶联剂（ uncouplers）
某些化合物能消除跨膜的质子浓度梯度或电位梯度，
使 ATP不能合成，这种作用称为解偶联作用，这类化合物成为解偶联剂。
解偶联剂不抑制电子传递。 不抑制底物水平的磷酸化。
解偶联剂主要有三种类型：
化学解偶联剂,2,4-二硝基苯酚
离子载体：
解偶联蛋白：
不同的化学因素对氧化磷酸化作用的影响方式不同，据此将它们分成三大类：
四、氧化磷酸化的解偶联剂和抑制剂
直接作用于 ATP合酶复合体而抑制 ATP合成的一类化合物。
由于影响（降低） O2的利用率，从而间接抑制电子传递。（区别于电子传递链抑制剂）
寡霉素、双环己基碳二亚胺 （抑制 FOF1某些蛋白的活性）
寡霉素等对利用氧的抑制作用可被 DNP解除。
2、抑制剂线粒体呼吸的 5种状态 （ B.Chance and G R Williams）
悬浮的线粒体实验：
状态 I,无底物和 ADP；
状态 II,只有 ADP
状态 III,有底物和 ADP
状态 IV,有底物和加入的 ADP
状态 V,氧被耗尽时，线粒体呼吸停止。
寡霉素对氧消耗的抑制以及 DNP解除寡霉素的抑制作用：
真核细胞细胞液中产生的 NADH必须进入线粒体才能经呼吸链氧化并生成 ATP.
磷酸甘油穿梭
苹果酸 -天冬氨酸穿梭五、线粒体穿梭系统
1、磷酸甘油穿梭（ P/O=2或 1.5）
NAD+
NADH+H+
P-甘油
P-二羟丙酮
P-甘油
P-二羟丙酮
3-P甘油脱氢酶
（胞液）
FAD
FADH2
3-P甘油脱氢酶
（内膜）
CoQ
Fe-S
FP1
cytb
胞液 外膜 膜间空间 内膜昆虫飞行肌细胞溶胶 NADH利用此穿梭
2、苹果酸 -天冬氨酸穿梭（ P/O=3或 2.5）
苹果酸草酰乙酸
NAD+
NADH+H+
苹果酸草酰乙酸
NAD+
NADH+H+
天冬氨酸谷氨酸
α-酮戊二酸天冬氨酸谷氨酸
α-酮戊二酸
Ⅰ
Ⅱ
1 2
43
胞液膜间空间外膜 内膜 基质
1、胞液的苹果酸脱氢酶 2、线粒体基质的苹果酸脱氢酶
3、胞液的天冬氨酸转氨酶 4、线粒体基质的天冬氨酸转氨酶
Ⅰ,苹果酸 -α 酮戊二酸反向交换载体 Ⅱ 天冬氨酸 -谷氨酸反向交换载体
1
动物心脏及肝脏胞质溶胶内 NADH
利用此穿梭
3、外 NADH脱氢酶（真菌和高等植物）
NADH脱氢酶 （复合物 Ⅰ ）
内膜内侧，朝向基质
催化线粒体内部的 NADH脱氢交给其辅基 FMN
将氢传递给 CoQ
外 NADH脱氢酶
内膜外侧，朝向膜间空间
是一种以 FAD为辅基的黄素蛋白，催化细胞液的 NADH
脱氢交给其辅基 FAD
将氢传递给 CoQ,不经过复合物 Ⅰ,P/O比为 2或 1.5
外膜内膜膜间空间胞液 基质
NADH+H+ NADH+H+
NAD+NAD+
FPext
FPint
Fe-S
CoQ
cytb
NADH+H+
NAD+
真菌和高等植物的胞液 NADH进入呼吸链氧化的途径
（ P/O=2或 1.5）
FAD FMN
葡萄糖彻底氧化的能量计算：
原核生物
真核生物：不同组织
EMP的能量计算也需考虑部位。
六、氧化磷酸化的调控
ADP是关键物质。
ADP作为关键物质对于氧化磷酸化作用的调节称为 呼吸控制 （ respiratory control）
当细胞利用 ATP做功时,ADP含量上升，
又促进氧化磷酸化作用合成 ATP。
呼吸控制 的定量表示法是测定 ADP存在时 O2的利用率（ III） 与没有 ADP时 O2的利用率（ IV） 之比值。
完整 MT（ mitochondrion） 的呼吸控制值可达 10，而受损伤或衰老的 MT其呼吸控制值可降为 1。
电子显微镜观察表明：
状态 III时,MT的超微结构为,紧缩态,,
ATP生成系统处于,活动,状态。
状态 IV时,MT的超微结构为,常态,,
ATP生成系统处于,静止,状态。
常态 紧缩态
生物体内高能磷酸化合物 ATP的生成主要由三种方式：
氧化磷酸化
底物水平磷酸化
光合磷酸化
底物水平磷酸化指 ATP的形成直接与一个代谢中间物（ PEP）
上的磷酸基团转移相偶联的作用。
1、底物水平磷酸化特点,ATP的形成直接与 中间代谢物进行的反应相偶联 ；在有
O2或无 O2条件下均可发生底物水平的磷酸化。
是与电子传递过程偶联的磷酸化过程。 即伴随电子从底物到 O2的传递,ADP被磷酸化生成 ATP的酶促过程，这种氧化与磷酸化相偶联的作用称为 氧化磷酸化。
这是 需氧 生物合成 ATP的主要途径。
真核生物的电子传递和氧化磷酸化均在线粒体内膜上进行。原核生物则在质膜上进行。
2、氧化磷酸化
1,P/O比：
1940年,S Ochoa测定了在呼吸链中 O2的消耗与 ATP生成的关系，为此提出 P/O比的概念。 （同位素实验）
当一对电子经呼吸链传给 O2的过程中所产生的 ATP分子数。实质是伴随 ADP磷酸化所消耗的无机磷酸的分子数与消耗分子氧的氧原子数之比,称为 P/O比 。
线粒体 NADH+H+经呼吸链氧化 P/O比为 2.5（ 3）,FADH2
经呼吸链氧化 P/O比为 1.5（ 2）。
二、氧化磷酸化偶联部位及 P/O比
2、形成 ATP的部位（氧化与磷酸化偶联部位）
电子传递链将 NADH和 FADH2上的电子传递给氧的过程中释放自由能，供给 ATP的合成。其中释放大量自由能的部位有 3处，即复合物 Ⅰ,Ⅲ,Ⅳ,这 3个部位就是 ATP合成的部位，称为偶 联 部位。
关于论证 ATP形成部位的实验证据：
（ 1） Δ G0 ’ =-nF Δ E0 ’
（ 2） 琥珀酸氧化 P/O=2,苹果酸氧化 P/O=3
表明在 NADH—— CoQ 有一次磷酸化作用
（ 3） A.Lehninger用抗坏血酸使电子从细胞色素 C进入呼吸链，测得 P/O=1,说明由 cytaa3—— O2有一次磷酸化
（ 4） 使用专一性电子传递链抑制剂亦可测出 ATP的形成部位 （举例）
能量计算,NADH+H+被分子氧氧化生成水，总反应为：
NADH+H++1/2O2 NAD++H2O
求此反应的 Δ G0 ’,
因为,1/2O2+2H++2e- H2O,E0 ’ =0.82v
NAD++2H++2e- NADH+H+,E0 ’ =-0.32v
所以,Δ E0’=0.82-(-0.32)=1.14V
Δ G0 ’=-2X23.063X1.14=-52.6(Kcal/mol)
=-220(KJ/mol)
3ADP+Pi 3ATP+3H2O
Δ G0 ’=3X7.3=21.9 (Kcal/mol)=91.6 (KJ/mol)
3个 ATP的形成共截获的能量为 41%
1、有关氧化磷酸化机理的几种假说化学偶联假说构象偶联假说化学渗透假说三、氧化磷酸化作用的机理
（ 1）化学偶联假说（ 1953年） （掌握要点）
chemical coupling hypothesis
认为电子传递反应释放的能量通过一系列连续的化学反应形成 高能共价中间物,最后将其能量转移到
ADP中形成 ATP。
AH2+B+I-OH A I+BH2+OH-
A I+X-H+OH- X I+A+H2O
X I+P-OH X P+I-OH
X P+ADP ATP+X-H
AH2+B+ADP+P-OH A+BH2+ATP+H2O
（ 2）构象偶联假说（ 1964）
conformational coupling hypothesis
认为电子沿电子传递链传递使线粒体内膜的 蛋白质组分 发生了构象变化，形成一种高能构象，这种高能形式通过 ATP的合成而恢复其原来的构象。
迄今未能分离出这种高能蛋白质。但在电子传递过程中蛋白质组分的构象变化还是存在的。
（ 3）化学渗透假说（ 1961）
chemiosmotic hypothesis
1961年由英国生物化学家 Peter Mitchell最先提出。
认为电子传递释放的自由能和 ATP的合成是与一种跨线粒体内膜的质子梯度相偶联的。 即电子传递释放的自由能驱动 H+从线粒体基质跨过内膜进入膜间隙，从而形成跨线粒体内膜的 H+离子梯度，及一个电位梯度。这个跨膜的电化学电势驱动 ATP的合成。
NADH呼吸链中的三个复合物 Ⅰ,Ⅲ,Ⅳ 起着质子泵的作用，将 H+
从线粒体基质跨过内膜进入膜间隙。
H+不断从内膜内侧泵至内膜外侧，而又不能自由返回内膜内侧，从而在内膜两侧建立起质子浓度梯度和电位梯度即电化学梯度，也称为 质子动力 。
当存在足够的跨膜电化学梯度时，强大的质子流通过嵌在线粒体内膜的 F0F1-ATP合酶 返回基质，质子电化学梯度蕴藏的自由能释放，
推动 ATP的合成。
化学渗透假说示意图获得
19
78
年的诺贝尔化学奖
支持化学渗透假说的实验证据：
(1) 氧化磷酸化作用的进行需要封闭的线粒体内膜存在。
(2) 线粒体内膜对 H+ OH- K+ Cl-都是不通透的。
(3) 破坏 H+ 浓度梯度的形成（用解偶联剂或离子载体抑制剂）必然破坏氧化磷酸化作用的进行。
(4) 线粒体的电子传递所形成的电子流能够将 H+ 从线粒体内膜逐出到线粒体膜间隙。
(5) 大量直接或间接的实验证明膜表面能够滞留大量质子，
并且在一定条件下质子能够沿膜表面迅速转移。
(6) 迄今未能在电子传递过程中分离出一个与 ATP形成有关的高能中间化合物，亦未能分离出电子传递体的高能存在形式。
H+如何通过电子传递链,泵,出的？
关于 H+通过电子传递链,泵,出的两种假设
（一般了解）
氧化 -还原回路机制 ( Mitchell提出）,线粒体内膜呼吸链的各个氧 -还中心即 FMN CoQ CytC以及 Fe-S中心的排列可能即执行电子转移又能转移基质的质子。但是在电子传递链中，（ H
+e-） 载体只有两个即 FMN CoQ,则三个 ATP合成部位中还缺少一个 （ H +e-） 载体，假设 CoQ发挥两次作用。（ Q循环 ）
质子泵机制,电子传递导致复合体的构象变化，而造成 AA侧链
pK 的变化，发挥质子泵作用的侧链暴露在内膜内侧或外侧（交替变化），从而使质子发生移位。
线粒体内膜的表面有一层规则地间隔排列着的球状颗粒，称为 FOF1-ATP合酶，也叫 ATP合酶复合体或 ATP合酶，是 ATP合成的场所。
它由 FO,F1两部分组成,其中 FO由 4种 6条不同的肽链组成,是复合体的柄 （ 含质子通道 ）,
镶嵌到内膜中,F1由 5种 9条肽链组成,呈球状,
是复合体的头,与 FO结合后这个头伸向膜内基质 。
FO是膜外质子返回膜内的通道,F1是催化 ATP合成的部位,当膜外的质子经 FO质子通道到达 F1
时便推动 ATP的合成 。
ATP的合成机制 — FOF1-ATP合酶亚线粒体结构证明 FOF1-ATP合酶中 FOF1的功能
1960年,E.Racker的氧化磷酸化的重组实验：
超声波胰蛋白酶或尿素重组亚 线粒体囊泡有电子传递能力但不能使 ADP磷酸化具备氧化磷酸化能力
根据当前最新测定,H+经 NADH-Q还原酶、细胞色素 bc1复合体（ Ⅲ ）、细胞色素氧化酶（复合体 Ⅳ ）
从基质泵到膜外时,一对电子泵出的质子数依次为 4,2,4，而合成一个 ATP分子是由 3个 H+通过 ATP合酶所驱动。所以电子从 NADH传至 O2，
共产生的 ATP分子数是 2.5个
若从琥珀酸传递至 O2,只有两个偶联部位，产生 1.5个 ATP。
Fe-S
FADH2
琥珀酸 -Q还原酶
（复合体 Ⅱ ）
1,解偶联剂（ uncouplers）
某些化合物能消除跨膜的质子浓度梯度或电位梯度，
使 ATP不能合成，这种作用称为解偶联作用，这类化合物成为解偶联剂。
解偶联剂不抑制电子传递。 不抑制底物水平的磷酸化。
解偶联剂主要有三种类型：
化学解偶联剂,2,4-二硝基苯酚
离子载体：
解偶联蛋白：
不同的化学因素对氧化磷酸化作用的影响方式不同，据此将它们分成三大类：
四、氧化磷酸化的解偶联剂和抑制剂化学解偶联剂,2,4-二硝基苯酚
（ 2,4-dinitrophenol,DNP）
DNP在 pH=7的环境中以解离形式存在，是脂不溶的，不能过膜。
在酸性环境中接受 H+,成为不解离形式，是脂溶性的，
很容易过膜，同时将 H+带入膜内，起消除质子浓度梯度的作用。亦称 质子载体。
起同样作用的有三氟甲氧基苯腙羰基氰化物（ FCCP）。
中性环境 酸性环境离子载体 （ 离子载体抑制剂 ）
是一类脂溶性物质,能与 H+以外的其他一价阳离子结合,并作为他们的载体使他们能过穿过膜，消除跨膜的电位梯度。
缬氨霉素（ K+）
短杆菌肽（ K+ Na+）
解偶联蛋白 （产热素）
是存在于某些生物细胞线粒体内膜上的蛋白质，为天然解偶联剂。
它们能形成质子通道，让膜外的 H+通过通道返回膜内，消除跨膜质子浓度梯度。
如：动物的褐色脂肪组织,其产热机制是线粒体氧化磷酸化解偶联的结果。
人、新生无毛的哺乳动物以及冬眠的哺乳动物。
1、有关氧化磷酸化机理的几种假说化学偶联假说构象偶联假说化学渗透假说三、氧化磷酸化作用的机理
NADH呼吸链中的三个复合物 Ⅰ,Ⅲ,Ⅳ 起着质子泵的作用，将 H+
从线粒体基质跨过内膜进入膜间隙。
H+不断从内膜内侧泵至内膜外侧，而又不能自由返回内膜内侧，从而在内膜两侧建立起质子浓度梯度和电位梯度即电化学梯度，也称为 质子动力 。
当存在足够的跨膜电化学梯度时，强大的质子流通过嵌在线粒体内膜的 F0F1-ATP合酶 返回基质，质子电化学梯度蕴藏的自由能释放，
推动 ATP的合成。
化学渗透假说示意图获得
19
78
年的诺贝尔化学奖
1,解偶联剂（ uncouplers）
某些化合物能消除跨膜的质子浓度梯度或电位梯度，
使 ATP不能合成，这种作用称为解偶联作用，这类化合物成为解偶联剂。
解偶联剂不抑制电子传递。 不抑制底物水平的磷酸化。
解偶联剂主要有三种类型：
化学解偶联剂,2,4-二硝基苯酚
离子载体：
解偶联蛋白：
不同的化学因素对氧化磷酸化作用的影响方式不同，据此将它们分成三大类：
四、氧化磷酸化的解偶联剂和抑制剂
直接作用于 ATP合酶复合体而抑制 ATP合成的一类化合物。
由于影响（降低） O2的利用率，从而间接抑制电子传递。（区别于电子传递链抑制剂）
寡霉素、双环己基碳二亚胺 （抑制 FOF1某些蛋白的活性）
寡霉素等对利用氧的抑制作用可被 DNP解除。
2、抑制剂线粒体呼吸的 5种状态 （ B.Chance and G R Williams）
悬浮的线粒体实验：
状态 I,无底物和 ADP；
状态 II,只有 ADP
状态 III,有底物和 ADP
状态 IV,有底物和加入的 ADP
状态 V,氧被耗尽时，线粒体呼吸停止。
寡霉素对氧消耗的抑制以及 DNP解除寡霉素的抑制作用：
真核细胞细胞液中产生的 NADH必须进入线粒体才能经呼吸链氧化并生成 ATP.
磷酸甘油穿梭
苹果酸 -天冬氨酸穿梭五、线粒体穿梭系统
1、磷酸甘油穿梭（ P/O=2或 1.5）
NAD+
NADH+H+
P-甘油
P-二羟丙酮
P-甘油
P-二羟丙酮
3-P甘油脱氢酶
（胞液）
FAD
FADH2
3-P甘油脱氢酶
（内膜）
CoQ
Fe-S
FP1
cytb
胞液 外膜 膜间空间 内膜昆虫飞行肌细胞溶胶 NADH利用此穿梭
2、苹果酸 -天冬氨酸穿梭（ P/O=3或 2.5）
苹果酸草酰乙酸
NAD+
NADH+H+
苹果酸草酰乙酸
NAD+
NADH+H+
天冬氨酸谷氨酸
α-酮戊二酸天冬氨酸谷氨酸
α-酮戊二酸
Ⅰ
Ⅱ
1 2
43
胞液膜间空间外膜 内膜 基质
1、胞液的苹果酸脱氢酶 2、线粒体基质的苹果酸脱氢酶
3、胞液的天冬氨酸转氨酶 4、线粒体基质的天冬氨酸转氨酶
Ⅰ,苹果酸 -α 酮戊二酸反向交换载体 Ⅱ 天冬氨酸 -谷氨酸反向交换载体
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动物心脏及肝脏胞质溶胶内 NADH
利用此穿梭
3、外 NADH脱氢酶（真菌和高等植物）
NADH脱氢酶 （复合物 Ⅰ ）
内膜内侧，朝向基质
催化线粒体内部的 NADH脱氢交给其辅基 FMN
将氢传递给 CoQ
外 NADH脱氢酶
内膜外侧，朝向膜间空间
是一种以 FAD为辅基的黄素蛋白，催化细胞液的 NADH
脱氢交给其辅基 FAD
将氢传递给 CoQ,不经过复合物 Ⅰ,P/O比为 2或 1.5
外膜内膜膜间空间胞液 基质
NADH+H+ NADH+H+
NAD+NAD+
FPext
FPint
Fe-S
CoQ
cytb
NADH+H+
NAD+
真菌和高等植物的胞液 NADH进入呼吸链氧化的途径
（ P/O=2或 1.5）
FAD FMN
葡萄糖彻底氧化的能量计算：
原核生物
真核生物：不同组织
EMP的能量计算也需考虑部位。
六、氧化磷酸化的调控
ADP是关键物质。
ADP作为关键物质对于氧化磷酸化作用的调节称为 呼吸控制 （ respiratory control）
当细胞利用 ATP做功时,ADP含量上升，
又促进氧化磷酸化作用合成 ATP。
呼吸控制 的定量表示法是测定 ADP存在时 O2的利用率（ III） 与没有 ADP时 O2的利用率（ IV） 之比值。
完整 MT（ mitochondrion） 的呼吸控制值可达 10，而受损伤或衰老的 MT其呼吸控制值可降为 1。
电子显微镜观察表明：
状态 III时,MT的超微结构为,紧缩态,,
ATP生成系统处于,活动,状态。
状态 IV时,MT的超微结构为,常态,,
ATP生成系统处于,静止,状态。
常态 紧缩态
