具体过程可见银城医考 - 5分钟通关氧化呼吸链。

氧化磷酸化的过程

传递电子、释放能量

• 传递 2 H⁺、2 e^-：NAD、FAD、FMN、CoQ
• 传递 1 e^-：Cyt、Fe-S

1. 复合体 Ⅰ：：泵出 4 个 H⁺
2. 复合体 Ⅱ：能量不足以泵出 H⁺，故不具备质子泵的功能（非耦联部位）
3. 复合体 Ⅲ：
   • 其中 QH₂ → Cytb 涉及 Q 循环，可递氢，因此
   • 泵出 4 个 H⁺
   • 从复合体 Ⅰ 或者 Ⅱ 传递来的 H⁺ 耗尽，后续的 H⁺ 来源于线粒体基质
4. 复合体 Ⅳ：泵出 2 个 H⁺

利用传递电子的能量，将质子泵入线粒体内膜胞质侧形成浓度差

P/O 比值

P/O 比值

氧化磷酸化过程中，每消耗 1/2 mol O₂（或一对电子通过呼吸链传递给 O₂），所需的磷酸的摩尔数（即能生成 ATP 摩尔数）。

每 4 个 H⁺ 通过 ATP 合酶回流会产生 1 分子 ATP。

1. 通过复合体 Ⅰ 进来：复合体 Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ 共计泵出 10 个 H⁺，生成 10/4 = 2.5 分子 ATP，传递一对电子，P/O = 2.5。
2. 通过复合体 Ⅱ 进来：复合体 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 6 个 H⁺，生成 10/4 = 1.5 分子 ATP，传递一对电子，P/O = 1.5。
3. 通过 Cyt c 进来（抗坏血酸）：复合体 Ⅳ 共计泵出 2 个 H⁺，理论上应该产生 2/4 = 0.5 分子的 ATP，实际测量在 0.6–0.8 之间，故教材按照 1 分子 ATP 来计算。

氧化磷酸化偶联机制化学渗透假说

1. 电子经呼吸链传递时释放的能量，通过复合体的质子泵功能，转运 H⁺ 从线粒体基质到内膜的胞质侧；
   • 增加线粒体内膜胞质侧酸性可增加 ATP 合成
2. 由于质子不能自由穿过线粒体内膜返回基质，从而形成跨线粒体内膜的质子电化学梯度（H⁺ 浓度梯度和跨膜电位差），储存电子传递释放的能量；
   • 氧化磷酸化依赖于完整封闭的线粒体内膜
   • 线粒体内膜对 H⁺、OH^-、K⁺，Cl^- 离子是不通透的
3. 质子的电化学梯度转变为质子驱动力，促使质子从膜间隙侧顺浓度梯度回流至基质、释放储存的势能，用于驱动 ADP 与 Pi 结合生成 ATP。
   • 阻止质子从线粒体基质泵出，可降低内膜两侧的质子梯度，虽然电子仍可以传递，但 ATP 生成却减少。

利用形成的质子梯度，通过 ATP 合酶回流产生能量

ATP 合酶的结构

• F_o：寡霉素敏感（寡霉素结合 c 亚基），存在 H⁺ 通道，各类英文字母亚基
• F₁：含有寡霉素敏感蛋白，作为发动机转子部分，各类希腊字母亚基

ATP 的作用

• ATP 是能量捕获和释放利用的重要分子；
• ATP 是能量转移和核苷酸互转变的中心；
• ATP 通过转移自身基团提供能量。

1. 各类底物水平磷酸化的前体：磷酸烯醇式丙酮酸，1，3-二磷酸甘油酸，琥珀酰 CoA
2. 供能体：
   • ATP、ADP、磷酸肌酸、焦磷酸、G-1-P（按照新版的高能化合物定义，G-1-P 已经不是高能化合物了，考试的时候非必要不选）
   • 乙酰 CoA（含高能硫酯键，为高能硫酯化合物）、乙酰磷酸
3. 尿素合成第一步：氨基甲酰磷酸

• 2,3-二磷酸甘油酸（2,3-BPG）：存在于红细胞，主要功能是调节血红蛋白的运氧功能，也能供能
• 磷酸肌酸：主要储存于骨骼肌、心肌、脑组织中
• 糖原：肌肉的能量储存形式

氧化磷酸化的调节

1. 体内能量状态调节氧化磷酸化速率：ATP/ADP 的比值调节氧化磷酸化
2. 抑制剂阻断氧化磷酸化过程
   1. 阻断电子传递
   2. 解偶联剂（影响 H⁺ 梯度形成）：
      • 内源性解偶联剂：解偶联蛋白 1（UCP1）：在线粒体内膜上形成质子通道
      • 外源性解偶联剂：二硝基苯酚：“携 H⁺ 潜逃”，携带 H⁺ 在线粒体内膜两侧自由移动
   3. ATP 合酶抑制剂（直接干掉 ATP 合酶）：寡霉素、二环己基碳二亚胺（DCCD）
3. 甲状腺激素
   1. 增加 Na⁺-K⁺-ATP 酶活性，消耗 ATP，增加 ADP 浓度。
   2. 通过增加解偶联蛋白的表达，让氧化和磷酸化解偶联，使氧化释能和产热比率增加，ATP 合成减少，机体耗氧量和产热量同时增加。
4. 线粒体 DNA 突变影响氧化磷酸化功能：线粒体 DNA 易突变

胞质内的 NADH 进入线粒体的穿梭机制

α-磷酸甘油穿梭

主要存在于脑和骨骼肌中。

$$\ce{磷酸二羟丙酮 + NADH + H+ ->[胞质] α-磷酸甘油 + NAD+}
\,.$$

$$\ce{α-磷酸甘油 + FAD ->[线粒体] 磷酸二羟丙酮 + FADH2}
\,.$$

α-磷酸甘油、磷酸二羟丙酮可自由穿过线粒体膜，前者负责将还原当量带入线粒体，将细胞质内 NADH 上的还原当量，传递给线粒体内的 FAD，从复合体 Ⅱ 进入氧化呼吸链，产生 1.5 分子 ATP。

苹果酸-天冬氨酸穿梭

主要存在于肝、肾、心肌中。

$$\ce{NADH + H+ + 草酰乙酸 <=>[胞质][线粒体] 苹果酸}
\,.$$

苹果酸（加强版工具人）可自由穿过线粒体膜，将细胞质内 NADH 上的还原当量，传递给线粒体内的 NAD⁺，从复合体 Ⅰ 进入氧化呼吸链，产生 2.5 分子 ATP。

草酰乙酸（著名工具人，不配拥有姓名，甚至还得自己想办法跨膜）不能穿过线粒体膜，需要靠另一个反应（谷草转氨基），以天冬氨酸的形式穿过线粒体膜：

$$\ce{草酰乙酸 + 谷氨酸 <=>[线粒体][胞质] 天冬氨酸 + α-酮戊二酸}
\,.$$

其他氧化和抗氧化体系

1. 肝和肾上腺素的微粒体中，存在单加氧酶，在细胞色素 P450 的参与下，一个氧原子加到底物分子上（羟基化），另一个氧原子被加氢还原成水。
   • 不伴磷酸化、不生成 ATP
   • 主要参与体内代谢物、药物、毒物的生物转化
2. 氧化呼吸链也可产生活性氧
3. 抗氧化酶体系有清除反应活性氧的功能