第二节 氧化磷酸化

　　在机体能量代谢中，ATP是体内主要供能的高能化合物。细胞内ATP形成的主要方式是氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)，即是在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，生成ATP，因此又称为偶联磷酸化。

　　细胞内还有一种直接将代谢物分子中的能量转移至ADP(或GDP)，生成ATP(或GTP)，称为底物水平磷酸化，已在糖代谢中叙述。

　　(一)氧化磷酸化偶联部位

　　根据下述实验方法及数据可以大致确定氧化磷酸化的偶联部位，即ATP生成的部位。

　　P/O 比值将底物、ADP、H3PO4、Mg2+和分离得到的较完整的线粒体在模拟细胞内液的环境中于密闭小室内相互作用。发现在消耗氧气的同时消耗磷酸。测定氧和无机磷(或ADP)的消耗量，即可计算出P/O比值。P/O比值是指物质氧化时，每消耗1摩尔氧原子所消耗无机磷的摩尔数(或ADP摩尔数)，即生成ATP的摩尔数。已知β羟丁酸的氧化是通过NADH呼吸链，测得P/O比值接近3，即该呼吸链传递2H可生成3分子ATP。琥珀酸氧化时，测得P/O比值接近2，即生成2分子ATP，因此表明在NADH与CoQ之间(复合体Ⅰ)存在偶联部位。

　　此外，测得抗坏血酸氧化时P/O比值接近1，还原型Cyt c氧化时P/O比值也接近1，即两者均生成1分子ATP;此两者的不同在于，抗坏血酸通过Cyt c进入呼吸链被氧化的，而还原型Cyt c则经Cyt aa3被氧化，表明在Cyt aa3到氧之间(复合体Ⅳ)也存在偶联部位。从β-羟丁酸、琥珀酸和还原型Cyt c氧化时P/O比值的比较表明，在CoQ与Cyt c之间(复合体Ⅲ)存在另一偶联部位。因此NADH呼吸链存在三个偶联部位，琥珀酸呼吸链存在两个偶联部位。

　　2.自由能变化

　　从NAD+到CoQ段测得的电位差约0.36V，从CoQ到Cyt c电位差为0.21V，从Cyt aa3到分子氧为0.53V。自由能变化(△GO’)与电位变化(△EO’)之间有以下关系：

　　△GO’= - nF△EO’

　　△GO’表示pH7.0时的标准自由能变化;n为传递电子数;F为法拉弟常数(96.5kJ/molV)。计算结果，他们相应的△GO’分别约为69.5、40.5、102.3kJ/mol，而生成每摩尔 ATP需能约30.5kJ(7.3kcal),可见以上三处均足够提供生成ATP所需的能量。