能形式释放。二硝基苯酚（dinitrophenol,DNP）为脂溶性物质，在线粒体内膜中可自由移动，进入基质侧释出H+，返回胞液侧结合H+，从而破坏了电化学梯度。人（尤其是新生儿）、哺乳类等动物中存在含有大量线粒体的棕色脂肪组织，该组织线粒体内膜中存在解偶联蛋白（uncoupling protein），它是由2个32 kDa亚基组成的二聚体，在内膜上形成质子通道，H+可经此通道返回线粒体基质中，同时释放热能，因此棕色脂肪组织是产热御寒组织。新生儿硬肿症是因为缺乏棕色脂肪组织，不能维持正常体温而使皮下脂肪凝固所致。游离脂肪酸可促进质子经解偶联蛋白返流至线粒体基质中。近年来发现在其它组织的线粒体内膜中也存在解偶联蛋白，可能对机体的代谢速率起调节作用。
3．氧化磷酸化抑制剂 这类抑制剂对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。例如，寡霉素（oligomycin）可阻止质子从F0质子通道回流，抑制ATP生成。此时由于线粒体内膜两侧电化学梯度增高影响呼吸链质子泵的功能，继而抑制电子传递。
各种抑制剂对线粒体耗氧的影响见图8-7。 （二）ADP的调节作用
正常机体氧化磷酸化的速率主要受ADP的调节。当机体利用ATP增多，ADP浓度增高，转运入线粒体后使氧化磷酸化速度加快；反之ADP不足，使氧化磷酸化速度减慢。这种调节作用可使ATP的生成速度适应生理需要。 （三）甲状腺激素
甲状腺激素诱导细胞膜上Na，K–ATP酶的生成，使ATP加速分解为ADP和Pi，ADP增多促进氧化磷酸化，甲状腺激素（T3）还可使解偶联蛋白基因表达增加，因而引起耗氧和产热均增加。所以甲状腺功能亢进症患者基础代谢率增高。 （四）线粒体DNA突变
线粒体DNA（mitochondrial DNA, mtDNA）呈裸露的环状双螺旋结构，缺乏蛋白质保护和损伤修复系统，容易受到本身氧化磷酸化过程中产生氧自由基的损伤而发生突变，其突变率是核DNA突变率的10～20倍。线粒体DNA含呼吸链氧化磷酸化复合体中13条多肽链的基因，线粒体蛋白质合成时所需的22个tRNA的基因以及2个rRNA的基因。因此线粒体DNA突变可影响氧化磷酸化的功能，使ATP生成减少而致病。线粒体DNA病出现的症状决定于线粒体DNA突变的严重程度和各器官对ATP的需求，耗能较多的组织器官首先出现功能障碍，常见的有盲、聋、痴呆、肌无力、糖尿病等。因每个卵细胞中有几十万个线粒体DNA分子，每个精子中只有几百个线粒体DNA分子，受精时，卵细胞对子代线粒体DNA贡献较大，因此该病以母系遗传居多。随着年龄的增长，线粒体DNA突变日趋严重，因此大多数线粒体DNA病的症状到老年时才出现。老年人心脏和骨骼肌中常可发现线粒体DNA 4977个核苷酸缺失。
四、ATP
生物氧化过程中释放的能量大约有40%以化学能的形式储存于一些特殊的有机磷酸化合物中，形成磷酸酯(磷酸酐)。这些磷酸酯键水解时释放能量较多(大于21kJ/mol)，一般称之为高能磷酸键，常用“～ P ”符号表示。含有高能磷酸键的化合物称之为高能磷酸化合物。实际上高能磷酸键水解时释放的能量是整个高能磷酸化合物分子释放的能量，并不存在键能特别高的化学键。因此，“高能磷酸键”的名称不够确切。但为了叙述方便，目前仍被采用。在体内所有高能磷酸化合物中，以ATP末端的磷
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酸键最为重要。此外体内还存在其他高能化合物(表8-4)。
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为糖原、磷脂、蛋白质合成时提供能量的UTP、CTP、GTP一般不能从物质氧化过程中直接生成，只能在核苷二磷酸激酶的催化下，从ATP中获得～ P。
ATP + UDP ADP + UTP ATP + CDP ADP + CTP ATP + GDP ADP + GTP 另外，当体内ATP消耗过多（例如肌肉剧烈收缩）时，ADP累积，在腺苷酸激酶（adenylate kinase）催化下由ADP转变成ATP被利用。此反应是可逆的，当ATP需要量降低时，AMP从ATP中获得～P生成ADP。
ADP + ADP ATP + AMP 除此，ATP还可将～P转移给肌酸生成磷酸肌酸（creatine phosphate, CP），作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式，当机体消耗ATP过多而致ADP增多时，磷酸肌酸将 ～P转移给ADP，生成ATP，供生理活动之用。
生物体内能量的储存和利用都以ATP为中心（图8-9）。在体外pH7.0，25℃条件下每摩尔ATP水解为ADP和Pi时释放能量为30.5kJ（7.3kcal）；在生理条件下可释放能量约为51.6kJ。人体内ATP含量虽然不多，但每日经ATP/ADP相互转变的量相当可观。
五、通过线粒体内膜的物质转运
（一）胞浆中NADH的氧化
线粒体内生成的NADH可直接参加氧化磷酸化过程，但在胞浆中生成的NADH不能自由透过线粒体内膜，故线粒体外NADH所携带的氢必须通过某种转运机制才能进入线粒体，然后再经呼吸链进行氧化磷酸化过程。这种转运机制有α-磷酸甘油穿梭（glycerophosphate shuttle）和苹果酸-天冬氨酸穿梭（malate-asparate shuttle）。
1．α-磷酸甘油穿梭作用 α-磷酸甘油穿梭作用主要存在于脑和骨骼肌中。如图8-10所示，线粒体外的NADH在胞浆中磷酸甘油脱氢酶催化下，使磷酸二羟丙酮还原成α-磷酸甘油，后者通过线粒体外膜，再经位于线粒体内膜近胞浆侧的磷酸甘油脱氢酶催化下氧化生成磷酸二羟丙酮和FADH2。磷酸二羟丙酮可穿出线粒体外膜至胞浆，继续进行穿梭，而FADH2则进入琥珀酸氧化呼吸链，生成2分子ATP。因此在这些组织糖酵解过程中3-磷酸甘油醛脱氢产生的NADH+H+可通过α-磷酸甘油穿梭进入线粒体，故1分子葡萄糖彻底氧化可生成36分子ATP。
2．苹果酸-天冬氨酸穿梭作用 苹果酸-天冬氨酸穿梭作用主要存在于肝和心肌中。如图8-11所示，胞浆中的NADH在苹果酸脱氢酶的作用下，使草酰乙酸还原成苹果酸，后者通过线粒体内膜上的α-酮戊二酸载体进入线粒体，又在线粒体内苹果酸脱氢酶的作用下重新生成草酰乙酸和NADH。NADH进入NADH氧化呼吸链，生成3分子ATP。线粒体内生成的草酰乙酸经天冬氨酸氨基转移酶的作用生成天冬氨酸，后者经酸性氨基酸载体转运出线粒体再转变成草酰乙酸，继续进行穿梭。因此在这些组织糖酵解过程中3-磷酸甘油醛脱氢产生的NADH+H+可通过苹果酸-天冬氨酸穿梭进入线粒体中，故1分子葡萄糖彻底氧化可生成38分子ATP。
（二）腺苷酸载体
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（三）线粒体蛋白质的跨膜转运
第二节 其他氧化体系 一、需氧脱氢酶和氧化酶
如上所述，呼吸链中的脱氢酶，大多以某些辅酶（基）作为直接受氢体，故属于不需氧脱氢酶。此外，体内有些物质脱下的氢可直接以氧作为受氢体，催化这类反应的酶有需氧脱氢酶和氧化酶。
氧化酶的辅基含铜离子，产物中有H2O。例如，细胞色素C氧化酶、抗坏血酸氧化酶等。 需氧脱氢酶的辅基是FMN或FAD，反应产物中有过氧化氢，而不是H2O。
二、过氧化物酶体中的氧化酶类
（一）过氧化氢酶
过氧化氢酶(catalase)又称触酶，其辅基含有4个血红素，催化反应如下：
2H2O2 2H2O + O2
在粒细胞和吞噬细胞中，H2O2可氧化杀死入侵的细菌；甲状腺细胞中产生的H2O2可使2I氧化为I2，进而使酪氨酸碘化生成甲状腺激素。 （二）过氧化物酶
过氧化物酶(peroxidase)也是以血红素为辅基，它催化H2O2直接氧化酚类或胺类化合物，反应如下：
R + H2O2 RO + H2O 或 RH2 + H2O2 R + 2H2O
临床上判断粪便中有无隐血时，就是利用白细胞中含有过氧化物酶的活性，将联苯胺氧化成兰色化合物。
三、超氧物歧化酶
呼吸链电子传递过程中可产生超氧离子（O2）（占耗O2的1%～4%左右），体内其他物质（如黄嘌呤）氧化时也可产生O2。O2可进一步生成H2O2和羟自由基（·OH），统称为反应氧族。其化学性质活泼，可使磷脂分子中不饱和脂肪酸氧化生成过氧化脂质，损伤生物膜；过氧化脂质与蛋白质结合形成的复合物，积累成棕褐色的色素颗粒，称为脂褐素，与组织老化有关。
超氧物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）可催化一分子O2氧化生成O2，另一分子O2还原生成H2O2 ：
SOD
2 O2 + 2H H2O2 + O2
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体内还存在一种含硒的谷胱甘肽过氧化物酶，可使H2O2或过氧化物（ROOH）与还原型谷胱甘肽（G—SH）反应，生成的氧化型谷胱甘肽，再由NADPH供氢使氧化型谷胱甘肽重新被还原。此类酶具有保护生物膜及血红蛋白免遭损伤的作用。
四、微粒体中的氧化酶类
（一）加单氧酶
加单氧酶（monooxygenase）催化一个氧原子加到底物分子上（羟化），另一个氧原子被氢（来自
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NADPH+H）还原成水，故又称混合功能氧化酶(mixed-function oxidase)或羟化酶（hydroxylase）。
RH + NADPH + H+ + O2 ROH + NADP+ + H2O
上述反应需要细胞色素P450（Cytochrome P450，Cyt P450 ）参与。Cyt P450 属于Cyt b类，因与CO结合后在波长450nm处出现最大吸收峰而被命名。细胞色素P450在生物中广泛分布，哺乳动物P450 分属10个基因家族。人Cyt P450 有100多种同工酶，对被羟化的底物各有其特异性。此酶在肝和肾上腺的微粒体中含量最多，参与类固醇激素，胆汁酸及胆色素等的生成，以及药物、毒物的生物转化过程（见后）。
连接NADPH与Cyt P450 的是NADPH-细胞色素P450 还原酶。NADPH首先将电子交给该酶中的黄素蛋白。黄素蛋白再将电子递给以Fe-S为辅基的铁氧还蛋白。与底物结合的氧化型Cyt P450 接受铁氧还蛋白的1个e后，与O2结合形成RH·P450·Fe·O2ˉ，再接受铁氧还蛋白的第2个e, 使氧活化（O2）。此时1个氧原子使底物（RH）羟化（R-OH），另1个氧原子与来自NADPH的质子结合生成H2O（图8-13）。
（二）加双氧酶
此酶催化氧分子中的2个氧原子加到底物中带双键的2个碳原子上。如色氨酸吡咯酶。
3+
2-
+
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