第六章 生物氧化
大体
生物氧化：化学物质在生物体内的氧化分解过程；
特点：需酶催化；分阶段、逐步完成；
部位：细胞质、线粒体、微粒体；
形式：线粒体：产物是CO2、H2O，需耗氧，伴能量生成，能量的生成用于合成ATP；
微粒体、内质网：对底物进行氧化修饰、转化，无ATP生成；
线粒体氧化体系与呼吸链
大体
营养物质被氧化时，常发生脱氢反应，脱下来的氢（H+ + e-）以NADH+H+（简写为NADH）、FADH2等形式存在；
NADH和FADH2在线粒体被氧化时，需一系列的酶催化，逐步脱氢、失电子，最终将电子和H+传递给氧而生成水，同时释放能量用于生成ATP；
线粒体
氧化体系
含多种
传递氢和电子
的组分
大体
能够传递氢和电子的物质，如金属离子、小分子有机化合物、某些蛋白质等，称之为递电子体、递氢体；
注意：递氢体同时是递电子体；递电子体不一定是递氢体；
递氢体：NAD、NADP、FAD、CoQ泛醌；
递电子体：Cyt、Fe-；
线粒体氧化体系主要将NADH和FADH2中的H+和电子传递给氢，参与其过程的递氢体和递电子体如下：
烟酰胺腺嘌呤核苷酸
NAD+
传递氢和电子
NAD+反应可接受1个H+、2个e-，游离出1个H+在介质中，故将还原型的NAD+写成NADH+H+（简写为NADH）；
是许多脱氢酶的辅酶，可传递氢和电子；
NAD+可被磷酸化后生成NADP+，通过相同的机制接受氢后生成NADPH+H+，发挥传递氢和电子的作用，但参与不同的反应；
NADPH通过相同的机制传递氢，但主要用于还原反应，而非参加能量代谢；
黄素核苷酸衍生物
传递氢和电子
黄素单核苷酸FMN、黄素腺嘌呤二核苷酸FAD，是维生素B2与核苷酸形成的有机化合物；
接受2个H+、2个e-后，生成FMNH2、FADH2，发挥传递氢和电子的作用，是黄素蛋白的辅基；
有机化合物
泛醌=辅酶Q CoQ
传递氢和电子
泛醌=辅酶Q=CoQ=Q：具有疏水特性，可在线粒体内膜中自由扩散；
可进行单电子、双电子的传递；
注意：呼吸链中与线粒体结合不紧密的成分：cyt C、CoQ； 二者均不参与复合体的形成；？？
铁硫蛋白和
细胞色素
传递电子
铁硫蛋白
含铁硫中心；
铁硫蛋白是单电子传递体；
细胞色素
Cyt
是一类含血红素为辅基的蛋白质；
各种还原型Cyt均有3个特征性的α、β、γ可见光吸收峰；
根据吸光度、最大吸收波长的不同，将各还原型的Cyt分成3类：Cyt a、Cyt b、Cyt c；所含的血红素辅基分别为血红素a、b、c；
细胞色素蛋白通过辅基血红素中的Fe离子，发挥单电子传递体的作用；
具有传递
电子能力的
蛋白复合体
组成
呼吸链
NADH、FADH2在线粒体中，通过逐步、连续的酶促反应被氧化，并逐步释放能量；除了产生热能外，释放的能量主要被ADP捕获用于生成ATP；
电子传递链=呼吸链：催化此连续反应的酶，是由多个含辅因子的蛋白质复合体组成，按一定的顺序排列在线粒体内膜中，形成一个连续传递电子/氢的反应链，氧分子最终接受电子和H+生成H2O；此体系需要消耗氧，与需氧细胞的呼吸过程有关，故又称呼吸链；
组成：位于线粒体内膜上的4种蛋白质复合体，即复合体I、II、III、IV；
每个复合体均由许多酶蛋白、金属离子、辅酶或辅基组成；
复合体的辅因子通过得失电子的方式传递电子；
有的复合体是跨膜蛋白质，可将H+从线粒体基质侧转运到细胞质侧，形成线粒体内膜两侧H+浓度和电荷的梯度差；
故呼吸链在传递电子的过程中，伴随着H+的跨膜转运；
复合体
酶名称
功能辅基
含结合位点
I
NADH-泛醌还原酶=NADH脱氢酶
FMN、Fe-S
NADH（基质侧）Q（脂质核心）
II
琥珀酸-泛醌还原酶
FAD、Fe-S
琥珀酸（基质侧）Q（脂质核心）
III
泛醌-细胞色素c还原酶
血红素、Fe-S
Cyt c（膜间隙侧）
IV
细胞色素c氧化酶
血红素、CuA、CuB
复合体I
将NADH中的电子
传递给泛醌
=NADH-Q还原酶=NADH脱氢酶；
是呼吸链的主要入口；
功能：接受来自NADH的电子，并转移给Q；
复合体I是由黄素蛋白、铁硫蛋白等组成的跨膜蛋白质；二者均通过辅基发挥传递电子的作用；
过程：NADH→FMN→Fe-S→Q；
注意：Q在电子传递、质子转移中，发挥核心作用； ∵Q在线粒体内膜中可自由移动，在各复合体见募集并穿梭传递氢；
质子泵功能；即将1对电子从NADH传递给Q的过程中，能将4个H+从线粒体的基质侧N侧，泵到膜间隙侧P侧；
泵出质子所需的能量来自电子传递过程；
复合体II
将电子
从琥珀酰
传递到泛醌
=琥珀酸-泛醌还原酶；
即三羧酸循环中的琥珀酸脱氢酶；
功能：将电子从琥珀酸传递给Q；
过程：琥珀酸→FAD→Fe-S→Q；
注意：无质子泵功能；
∵此过程释放的自由能小，不足以将H+泵出线粒体内膜；
注意：
代谢途径中另外一些含FAD的脱氢酶，如脂酰CoA脱氢酶、α-磷酸甘油脱氢酶、胆碱脱氢酶等，通过不同的方式，将相应底物脱下的氢经FAD传递给Q，进入呼吸链；
复合体III
将电子
从还原型泛醌
传递至细胞色素C
=泛醌-细胞色素c还原酶；
功能：接受QH2的电子，并传递给Cyt c；
过程：QH2→Cyt b→Fe-S→Cyt c1→Cyt c；
质子泵功能；每传递2e-，向膜间隙释放4H+；
注意：Cyt c是呼吸链中唯一的水溶性球状蛋白质，与线粒体内膜的外表面疏松结合，不包含在上述复合体中；
Cyt c从复合体III中的Cyt c1获得电子，传递到复合体IV；
Q循环：
复合体IV
将电子
从细胞色素C
传递给轻
=细胞色素c氧化酶；
是电子传递链的出口；
功能：接受还原型Cyt c的电子，并传递给O2生成H2O；
过程：还原型Cyt c蛋白提供的电子，经CuA中心，传递到Cyt a，再到Fe-Cu中心；即Cyt c→CuA→Cyt a→Cyt a3-CuB→O2；
需依次传递4个e-，并从线粒体基质获得4个H+，最终将1O2还原成2H2O；
质子泵功能；每传递2e-，将2个H+泵到膜间隙侧；
注意：上述O2在获得电子的过程中，产生具有强氧化性的O2-.和O2-离子中间物始终和双核中心紧密结合，通常不会对细胞组分造成伤害；
NADH和FADH2
是呼吸链的
电子供体
营养物质代谢中，大部分脱氢酶以NAD+、NADP+、FMN或FAD为辅酶或辅基，用来接收从底物上脱下来的成对氢；
生成还原态的NADH+H+、NADPH+H+、FMNH2、FADH2，均是水溶性的电子载体；
其中NAHD和FADH2是呼吸链的电子供体，FMN和FAD作为黄素蛋白的辅基参与电子传递；
∵复合体I即为NADH脱氢酶，可将线粒体中的NADH通过呼吸链彻底氧化，参加能量代谢；
复合体III是三羧酸循环中的琥珀酸脱氢酶，通过结合底物琥珀酸并将其脱氢氧化，产生的FADH2直接进入呼吸链进行氧化放能；
NADPH主要用于还原反应，而非参加能量代谢；
呼吸链有2条路径：NADH呼吸链：NADH→复合体I→Q→复合体III→Cyt c→复合体IV→O2；
FADH2呼吸链：琥珀酸→复合体II→Q→复合体III→Cyt c→复合体IV→O2；
呼吸链由NADH和FADH2提供氢，通过4个蛋白质复合体、Q，以及介于复合体III和复合体IV之间的Cyt c共同完成电子传递；
呼吸链中各组分的排列顺序，是根据实验确定的：
根据呼吸链各组分的标准氧化还原电位，进行排序；
标准氧化还原电位E0：在特定条件下，参与氧化还原反应的组分对电子的亲和力大小； 电位高→亲和力强； 呼吸链中电子从电位低的组分向高的组分传递；
底物存在时，利用呼吸链特异的抑制剂，阻断某一组分的电子传递，在阻断部位以前的组分处于还原状态，后面的组分处于氧化状态； 根据各组分的氧化、还原状态吸收光谱的改变，分析顺序；
利用呼吸链各组分特有的吸收光谱，以离体线粒体无氧时处于还原状态为对照，缓慢给氧，观察各组分被氧化的顺序；
在体外，将呼吸链拆开、重组，鉴定4种复合体的组成和排列；
氧化磷酸化与ATP的生成
大体
细胞内由ADP磷酸化生成ATP的方式有2种：
底物水平磷酸化：与高能键水解反应偶联，直接将高能代谢物的能量转移到ADP，生成ATP；即底物水平磷酸化；
可产生少量ATP；
氧化磷酸：人体90％的ATP是由线粒体中的氧化磷酸化产生的，产生ATP所需的能量由线粒体氧化体系提供；
即NADH和FADH2通过线粒体呼吸链逐步失去电子被氧化生成水，电子传递过程伴随着能量的逐步释放，此释能过程驱动ADP磷酸化生成ATP，所以NADH和FADH2的氧化过程与ADP的磷酸化过程相偶联；
氧化磷酸化
偶联部位在
复合体
I、III、IV
内
大体
氧化磷酸化发生在线粒体内；
含2个关键过程：电子传递；
将电子传递过程中释放的能量用于产生ATP，使能量通过ATP被储存起来供机体使用；
成对电子经呼吸链传递所能合成ATP的分子数，可反映该过程的效率；
将呼吸链中能够产生足够的能量使ADP磷酸化的部位，称为氧化与磷酸化的偶联部位，也就是能够产生ATP的部位；
可通过下述方法大致确定：
P/O比值
定义：氧化磷酸化过程中，每消耗1/2mol O2所需磷酸的摩尔数，所能合成ATP的摩尔数（或一对电子通过呼吸链传递给氧所生产ATP分子数）；
注意：可用于评价不同物质经呼吸链产能的能力大小； P/O大→能力高；
…………试验，证明：复合体I、III、IV可能是氧化磷酸化的偶联部位，用于产生ATP；
一对电子，经NADH呼吸链传递，P/0约为2.5，生成2.5ATP；
经琥珀酸呼吸链传递，P/0约为1.5，生成1.5ATP；
自由能变化
Ph7时，标准自由能变化（△G）与还原电位变化（△E）之间的关系：△G=-nF△E； n：传递电子数； F：法拉第常数；
注意：标准还原电位，表示物质对电子的亲和力，还原电位高的更容易接受电子；
…………试验，可见复合体I、III、IV传递一对电子释放的能量，能够满足生成ATP所需的能量；
注意：偶联部位，不意味着3个复合体是直接产生ATP的部位，而是指电子传递释放的能量，能满足ADP磷酸化生成ATP的需要；
氧化磷酸化
偶联机制是
产生跨线粒体
内膜的
质子梯度
注意：
电子传递过程中，一对电子经复合体I、III、IV传递，分别向膜间隙侧泵出4H+、4H+、2H+，共10H+；由于线粒体内膜的不通透性，致内膜两侧的H+浓度和电荷的差异；
因此，呼吸链蛋白质复合体的质子泵功能，形成线粒体内膜两侧的质子梯度，储存了电子传递过程释放的部分能量；
化学渗透假说：阐明了氧化磷酸化的偶联机制；MitchellP提出；
要点：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；
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；
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到基质、释放储存的势能，用于驱动ADP与Pi结合生成ATP；
试验支持：氧化磷酸化依赖于完全封闭的线粒体内膜；
线粒体内膜对H+、OH-、K+、Cl-是不通透的；
电子传递链可驱动质子移出线粒体，形成可测定的跨内膜电化学梯度；
增加线粒体内膜外侧酸性，可增加ATP合成，而阻止质子从线粒体基质泵出，可降低内膜两侧的质子梯度，虽然电子仍可传递，但ATP生成确减少；
质子
顺浓度梯度
回流
释放能量
用于合成ATP
跨线粒体内膜的H+梯度，驱动质子顺浓度梯度回流到基质时，储存的能量被ATP合酶（即线粒体内膜上的复合体V）充分利用，催化ADP与Pi生成ATP；
ATP合酶=复合体V：
结构：2个结构域；F1：亲水；是线粒体基质侧的蘑菇头状突起，功能是催化ATP合成；
Fo：疏水，对寡霉素敏感；大部分结构嵌入线粒体内膜中，组成离子通道，用于质子回流；
F1：由α3β3γδε亚基复合体、寡霉素敏感蛋白OSCP组成；
Fo：由疏水的a、b2、c9-12亚基组成；
ATP合酶的Fo和F1组装成可旋转的发动机样结构，完成质子回流并驱动ATP合成；
跨内膜质子形成的电化学梯度势能，是ATP合酶转动的驱动力；
ATP合成的结合变构机制：
β亚基由3种构像：开放型O：无活性，与ATP亲和力低；
疏松型L：无活性，可与ADP和Pi底物疏松结合；
紧密型T：有催化ATP合成的活性，可紧密结合ATP；
γ亚基转动时，会依次接触3组αβ单元中的β亚基，其相互作用，导致β亚基的构象发生周期性循环变化；
ADP和Pi底物结合于L型的β亚基；
质子流能量驱动合酶的转子部分进行转动，使该β亚基变构为T型，用于合成ATP；
再次转动使β亚基变构成O型，释放出ATP；
即，质子流能量用于驱动β亚基构象按顺序改变，分别结合ADP和Pi，合成的ATP可从活性中心释放；
ATP合酶循环1周，生成3分子ATP；
合成1分子ATP，需4个H+； 其中3个通过ATP合酶穿线粒体内膜回流入基质，1个用于转运ADP、Pi、ATP；
每分子NADH经呼吸链传递，泵出10H+，生成2.5ATP；
每分子琥珀酸经呼吸链传递，泵出6H+，生成1.5ATP；
ATP
在能量代谢中
起核心作用
大体
生物体内能量代谢有自己的特点：
细胞内生物大分子体系，多通过弱键能的非共价键维系，不能承受能量的大增或大量释放的化学过程；故代谢反应需依序进行、能量逐步得失；
生物体不直接利用营养物质的化学能，需使之变为细胞可利用的能量形式，如ATP的化学能；
高能磷酸化合物：水解时，能释放较大自由能的、含有磷酸基的化合物；
生物体内的高能化合物：ATP、GTP、UTP、CTP，包括NDP；
磷酸肌酸、乙酰磷酸；
PEP、1,3-二磷酸甘油、琥珀酰CoA，即底物水平磷酸化的底物；
乙酰CoA、脂酰CoA；
书上还有：氨基甲酰磷酸、焦磷酸、葡糖-1-磷酸；
ATP是
能量
捕获和释放利用
的重要分子
ATP：体内最重要的高能化合物；
是细胞可直接利用的能量形式；
最重要的意义是通过其水解释放大量自由能，当与需要供能的反应偶联时，能促进这些反应在生理条件下完成；
ATP是
能量转移和
腺苷酸相互转变
的核心
细胞中存在腺苷酸激酶，可催化ATP、ADP、AMP间互变；
当体内ATP消耗过多时，ADP积累，在腺苷酸激酶的催化下，由ADP转变成ATP；
当ATP的需求量降低时，AMP从ATP获得~P，生成ADP；
UTP、CTP、GTP：
可为糖原、磷脂、蛋白质等合成反应提供能量；
但它们一般不能从物质氧化过程中直接产生，而是在核苷二磷酸激酶的催化下，从ATP中获得~P产生；
生物体内能量的生成、转移、利用，都是以ATP为中心；是能量货币；
ATP通过
转移自身基团
提供能量
∵ATP分子中的高能磷酸键水解释放能量多，并产生Pi、PPi等基团；
很多酶促反应由ATP通过共价键与底物或蛋白质等相连，将ATP分子中的Pi、PPi或AMP基团转移到底物或蛋白分子上而形成中间产物，使其获得更多的自由能，经过化学转变后，再将这些基团水解而形成终产物；
因此，ATP通过这种方式参与酶促反应并提供能量，而不仅仅是单纯的水解反应；
如：ATP给葡萄糖提供磷酸基和能量，合成的葡糖-6-磷酸容易进入糖酵解或其他代谢途；
磷酸肌酸CP
也是储存能量的
高能化合物
ATP充足时，通过转移末端~P给肌酸，生成磷酸肌酸CP，储存于需能较多的骨骼肌、心肌、脑组织中；
当迅速消耗ATP时，磷酸肌酸可将~P转移给ADP，生成ATP，以补充ATP的不足；
故ATP在体内能量捕获、转移、储存、利用过程中处于中心地位；
氧化磷酸化的影响因素
大体
ATP，是机体最主要的能量载体，其生成量主要取决于氧化磷酸化的速率；
机体根据自身能量的需求，通过调节氧化磷酸化的速率，来调节ATP的合成；
故，可影响NADH、FADH2的产生、影响呼吸链组分、ATP合酶功能的因素，均可影响氧化磷酸化，进而影响ATP的生成；
体内能量状态
调节
氧化磷酸化速率
电子的氧化、ADP的磷酸化，是氧化磷酸化的根本；通常线粒体中氧的消耗量是被严格调控的，其消耗量取决于ADP的含量；
故ADP是调节机体氧化磷酸化速率的主要因素；只有ADP和Pi充足时，电子传递的速率和耗氧量才会提高；
细胞内ADP的浓度以及ATP/ADP的比值，可迅速感应机体能量状态的变化；
机体耗能活跃→ATP/ADP比值↓、ADP↑→ADP进入线粒体后迅速用于磷酸化→氧化磷酸化随之加速→合成的ATP用于满足需求，直至ATP/ADP的比值恢复正常后，氧化磷酸化的速率随之放缓；
ATP和ADP的相对浓度，也同时调节糖酵解、三羧酸循环途径，满足氧化磷酸化对NADH、FADH2的需求；
当ATP浓度高时→别构调节来抑制糖酵解、降低三羧酸循环的速率→氧化磷酸化速率降低，以协调产能的相关途径；
抑制剂
阻断
氧化磷酸化过程
大体
抑制剂通过阻断电子传递链的任何环节，或抑制ADP的磷酸化过程，均可导致ATP的合成减少；同时线粒体对氧的需求也减少，细胞的呼吸作用降低，细胞内各种生命活动均受影响；
呼吸链抑制剂
阻断电子传递过程
鱼藤酮、粉蝶霉素A、异戊巴比妥：抑制复合体I，从而阻断电子从铁硫中心到泛醌的传递；
萎锈灵：抑制复合体II；
抗霉素A：抑制复合体III，从而阻断电子从Cyt b到QN的传递；
CN-、N3-：紧密结合复合体IV中氧化型Cyt a3，从而阻断电子从Cyt a 到CuB-Cyt a3的传递；
CO：与复合体IV中的还原型Cyt a3结合，阻断电子传递给O2；
解偶联剂
阻断ADP的
磷酸化过程
解偶联剂，可使氧化和磷酸化的偶联分离；电子可沿呼吸链正常传递，但建立的质子电化学梯度被破坏，不可驱动ATP合酶来合成ATP；
如：二硝基苯酚DNP：脂溶性，可在线粒体内膜中自由移动，进入基质时释出H+，返回细胞质侧时结合H+，从而破坏了H+的电化学梯度；
内源性解偶联剂：使H+不能通过ATP合酶、而是通过其他途径回流到线粒体基质，因而使ATP合成受抑制；
如：棕色脂肪组织：
含解偶联蛋白1 UCP1，在线粒体内膜上形成质子通道，内膜细胞质侧的H+可通过通道返回线粒体基质，使氧化磷酸化解偶联而不能生成ATP，但质子梯度储存的能量以热能形式释放，故棕色脂肪组织是产热御寒组织；
新生儿硬肿症，是缺乏棕色脂肪组织、不能维持正常体温而使皮下脂肪凝固所致；
注意：骨骼肌等组织的线粒体中，存在UCP1的同源蛋白质UCP2、3，但无解偶联作用，在禁食时表达增加；
体内游离脂肪酸，可促进H+经解偶联蛋白回流到线粒体基质中而减少ATP的生成；
ATP合酶抑制剂
同时抑制
电子传递
和ATP的生成
ATP合酶抑制剂，同时抑制电子传递、ADP磷酸化；
如：寡霉素、二环己基碳二亚胺DCCD：
均可结合Fo，阻断H+从Fo质子半通道回流，抑制ATP合酶活性；
由于线粒体内膜两侧质子电化学梯度增高，能够影响呼吸链组分的质子泵功能，因而也会抑制电子的传递过程；！
抑制氧化磷酸化，会降低线粒体对氧的需求，氧耗会减少；
甲状腺素
促进氧化磷酸化
和产热
甲状腺素→促进细胞膜上Na+-K+-ATPase的表达→使ATP加速分解成ADP、Pi→ADP浓度增加→促进氧化磷酸化；
→T3可诱导解偶联蛋白基因表达→氧化释能和产热比率增加，ATP合成减少；
→机体耗氧量、产热同时增加→甲亢患者基代高；
线粒体DNA
mtDNA突变
影响
氧化磷酸化功能
线粒体DNA mtDNA：裸露的、环状、双螺旋结构，缺乏蛋白质保护、缺乏损伤修复系统，容易受到损伤而发生突变；
线粒体的功能蛋白质，主要由细胞核的基因编码；
人的mtDNA含37个编码基因，用于表达呼吸链复合体I中的7个亚基、III中的Cyt b、IV中的3个亚基、ATP合酶中的3个亚基、22个tRNA、2个rRNA；
mt DNA基因突变，造成的功能障碍，易出现在耗能较多的组织，如骨骼肌、脑；可导致帕金森病、阿尔茨海默病、糖尿病等；
遗传性mt DNA疾病，以母系遗传居多；∵受精卵的mt DNA主要来自卵细胞；
线粒体内膜
选择性协调
转运氧化磷酸化
相关代谢物
大体
线粒体基质与细胞质之间，有线粒体内、外膜相隔；
外膜：对物质的通透性高、选择性低；
内膜：含有与代谢物转运相关的转运蛋白质体系；
对各种物质进行选择性转运，维持组分间的平衡，以保证生物氧化和基质内旺盛的物质代谢可顺利进行；
细胞质中的NADH
通过穿梭机制
进入线粒体呼吸链
大体
在线粒体生成的NADH，可直接进入氧化呼吸链进行电子转移；
但NADH不可自由穿线粒体内膜，故在细胞质内经糖酵解等生成的NADH，需通过穿梭机制进入线粒体呼吸链才可进行氧化；
α-磷酸甘油
穿梭
部位：脑、骨骼肌；
过程：细胞质中：磷酸二羟丙酮 → α-磷酸甘油； 磷酸甘油脱氢酶； NADH、H+入，NAD+出；
穿梭：α-磷酸甘油通过线粒体外膜，到达线粒体内膜的膜间隙侧；
线粒体中：α-磷酸甘油 → 磷酸二羟丙酮； 磷酸甘油脱氢酶同工酶； FAD入，FADH2出；
FADH2直接将2H传递给泛醌进入氧化呼吸链；
能量：1NADH，经α-磷酸甘油穿梭，可产生1.5ATP； ∵FADH2将NADH携带的一对电子传递给Q进行氧化磷酸化；
苹果酸-天冬氨酸
穿梭
部位：肝、肾、心肌；
过程：需2种内膜转运蛋白、2种酶协同参与；
细胞质中：草酰乙酸 → 苹果酸； 苹果酸脱氢酶； NADH、H+入，NAD+出；
穿梭：苹果酸经线粒体内膜上的苹果酸-α-酮戊二酸转运蛋白，进入线粒体基质；
线粒体中：苹果酸 → 草酰乙酸； 苹果酸脱氢酶； NAD+入，NADH、H+出；
草酰乙酸 → 天冬氨酸； 谷草转氨酶；
穿梭：天冬氨酸经线粒体内膜上的天冬氨酸-谷氨酸转运蛋白，进入细胞质；
细胞质中：天冬氨酸 → 草酰乙酸； 谷草转氨酶；
能量：1NADH，经苹果酸-天冬氨酸穿梭，可产生2.5ATP；
注意：苹果酸-α-酮戊二酸转运蛋白，将苹果酸送入线粒体、将α-酮戊二酸运入细胞质；
细胞质内α-酮戊二酸可转变成谷氨酸；
天冬氨酸-谷氨酸转运蛋白，将天冬氨酸送入细胞质、将α-酮戊二酸运入线粒体；
线粒体内谷氨酸可转变为α-酮戊二酸；
即α-酮戊二酸入细胞质→生成谷氨酸后→谷氨酸入线粒体→谷氨酸生成α-酮戊二酸；循环；
ATP-ADP转位酶
协调转运ATP和ADP
出入线粒体
呼吸链产生的质子电化学梯度，主要用于驱动ATP的合成，
同时也驱动内膜上的跨膜蛋白质转运氧化磷酸化的相关组分，包括腺苷酸转运蛋白、磷酸盐转运蛋白等；；
腺苷酸转运蛋白=ATP-ADP转位酶：
位于线粒体内膜；
是跨膜蛋白通道；
将膜间隙的ADP3-转运到线粒体基质中，同时从基质转运出ATP4-，使经过线粒体内膜的ADP3-进入和ATP4-移出紧密偶联，维持线粒体内外腺苷酸水平基本平衡；
每分子ATP4-和ADP3-的反向转运时，实际向膜间隙净转移1个负电荷；而膜间隙的高正电有利于ATP的泵出；
此时，跨膜质子梯度的能量，也驱动膜间隙侧的H+和H2PO4-经磷酸盐转运蛋白同向转运到线粒体基质中；
因此，每分子ATP在线粒体基质中生成并转运到细胞质，需4个H+回流入线粒体基质中；
心肌、骨骼肌等耗能多的组织中，线粒体膜间隙存在一种肌酸激酶同工酶，可催化经ATP-ADP转运酶运到膜间隙中ATP与肌酸之间~P的转移，生成的磷酸肌酸经线粒体外膜中的孔蛋白进入细胞质中，由对应的肌酸激酶同工酶催化，将~P转移给ADP生成ATP；
因此，线粒体内膜的选择性协调转运，对氧化磷酸化的正常运转至关重要；
其他氧化与抗氧化体系
大体
除线粒体氧化体系外，细胞内也存在其他的氧化体系，主要参与物质的生物氧化；
另外，线粒体呼吸链存在单电子传递过程，单电子有漏出的机会，直接传递给氧而生成活性氧，而不是通过呼吸链传递给氧生成水；因此，呼吸链也是产生活性氧、引起细胞氧化损伤的原因之一；
微粒体
细胞色素P450
单加氧酶
催化
底物分子羟基化
人微粒体细胞色素P450单加氧酶=混合功能氧化酶=羟化酶：
催化氧分子中的一个氧原子加到底物分子上，即羟化；另一个氧原子被NADPH+H+还原呈水； 即RH + NADPH + H+ + O2 → ROH + NADP+ + H2O；
参与类固醇5激素的生成，药物、毒物的生物转化过程；
在肝、肾上腺的微粒体中含量最多，是反应最复杂的酶；
含Cyt P450，通过血红素中的Fe离子进行单电子传递；
线粒体呼吸链
也可产生
活性氧
反应活性氧类ROS：
O2得到单电子产生超氧阴离子（O2-.），再逐步接受电子，而生成过氧化氢H2O2羟自由基（.OH）；这些未被完全还原的含氧分子，氧化性远远大于O2；
线粒体呼吸链是ROS产生的主要部位；特别是O2-.的产生，主要源自呼吸链；
复合体III，通过Q循环传递电子，接受单电子的QH.在内膜中自由移动，通过非酶促反应，直接将单电子泄露给O2而生成O2-.；
呼吸链末端的Cyt c氧化酶，从金属离子每次转移1个电子、通过4步单电子转移，将氧彻底还原生成水，也会有少量氧接受单电子或双电子而生成O2-.、H2O2；
除呼吸链外，细胞质中的黄嘌呤氧化酶、微粒体中的Cyt P450氧化还原酶等催化的反应，需要氧为底物，也可产生O2-.；
细菌感染、组织缺氧等病理过程，电离辐射、吸烟、药物等外源性因素，也可导致细胞产生ROS；
ROS对细胞功能的影响：
少量ROS，可促进细胞增殖；
大量ROS累积，会损伤细胞功能，甚至导致细胞死亡；
抗氧化酶体系
有清除
反应活性氧
的功能
超氧化物歧化酶SOD：可催化1O2-.氧化生成O2，另一分子O2-.还原生成H2O2，即2个相同的底物歧化产生了2个不同的产物；
哺乳动物有3种SOD同工酶；
过氧化氢酶：生成的H2O2可被过氧化氢酶分解；
主要存在于过氧化氢酶体、细胞质、微粒体中；
含4个血红素辅基；
谷胱甘肽过氧化物酶GPx：可去除H2O2和其他过氧化物类ROOH；
在细胞质、线粒体、过氧化酶体中，GPx通过还原型的谷胱甘肽将H2O2还原为H2O，将ROOH转变为醇，同时产生氧化型谷胱甘肽；
氧化型谷胱甘肽经谷胱甘肽还原酶催化，由NADPH+H+提供2个H+，再转变为还原型GSH；也可发挥抗氧化作用；
体内其他小分子自由基清除剂：维生素C、E、β-胡萝卜素；
