生成的方式

二、ATP生成的方式

ATP是由ADP磷酸化生成的，其生成方式有两种，一种是底物水平磷酸化，另一种是氧化磷酸化。

（一）底物水平磷酸化

代谢物在氧化分解过程中，由于脱氢或脱水引起分子内部能量的重新分布，所形成的高能磷酸键直接转移给ADP（或GDP）而生成ATP（或GTP）的过程称为底物水平磷酸化。如：

底物水平磷酸化在胞液和线粒体都能进行。

（二）氧化磷酸化

氧化和磷酸化是两个不同的概念。氧化是代谢物脱氢或失电子的过程，是一放能反应；而磷酸化是指ADP和无机磷（Pi）合成ATP的过程，为一耗能反应。在结构完整的线粒体中，氧化（放能）与磷酸化（耗能）两者同时紧密地偶联在一起才有ATP产生。

氧化磷酸化的概念：在物质氧化分解代谢过程中，代谢物脱下的氢通过呼吸链传递给氧生成水释放能量的同时，使ADP磷酸化生成ATP的过程称为氧化磷酸化。氧化磷酸化在线粒体中进行。

（三）氧化磷酸化的耦联部位

说一说：

代谢物脱氢经NADH呼吸链和琥珀酸呼吸链各产生的ATP的数？

确定氧化磷酸化的耦联部位，最常用的方法是测定线粒体的P/O比值。P/O比值是指在氧化磷酸化过程中，每消耗1/2mol O₂所生成ATP的摩尔数（或一对电子通过氧化呼吸链传递给氧生成ATP的分子数）。实验证实，一对电子经NADH氧化呼吸链传递，P/O比值约为2.5，一对电子经琥珀酸氧化呼吸链传递，P/O比值约为1.5。氧化磷酸化的耦联部位有三个。第一个部位在NADH和CoQ之间；第二个部位在CoQ和细胞色素c之间；第三个部位在细胞色素aa₃和O₂之间。呼吸链氧化磷酸化耦联部位如图6－9所示。

（四）影响氧化磷酸化的因素

1.ADP的调节　氧化磷酸化主要受细胞对能量需求的影响。细胞内能量供应缺乏时，ADP增加，ADP/ATP比值增大，氧化磷酸化速率加快，NADH迅速减少而NAD⁺增多，促进三羧酸循环；反之，细胞内能量供应充足时，即ATP增加，ADP减少，ADP/ATP比值减少，氧化磷酸化速率减慢，NADH消耗减少，三羧酸循环减缓。ADP是调节氧化磷酸化的基本因素，这种反馈调节可使机体适应生理需要，合理利用并节约能源。

2.甲状腺素的作用　甲状腺素能诱导许多组织细胞膜Na⁺－K⁺－ATP酶的生成，使ATP水解生成ADP和Pi的速度加快，从而促进氧化磷酸化的进行。由于ATP的合成和分解都加快，机体耗氧量和产热量均增加，所以甲状腺功能亢进患者出现基础代谢率（BMR）增加，因产热量增加，患者喜冷怕热、易出汗。

图6－9　氧化磷酸化偶联部位示意图

3.抑制剂的作用　一些药物和毒物对氧化磷酸化有抑制作用，据作用原理分为两类：

（1）电子传递抑制剂：指阻断呼吸链上某部位电子传递的物质，也称为呼吸链抑制剂。如阿米妥、鱼藤酮、抗霉素A、一氧化碳和氰化物等，这类物质使呼吸链中氢和电子传递中断，线粒体的呼吸作用受阻，如图6－10所示。

图6－10　各种抑制剂对呼吸链的抑制作用

这类抑制剂对机体的危害在于抑制氧化（抑制放能）。因为氧化为磷酸化过程提供能量，因此抑制了氧化也就抑制了ATP合成。如CO极易和还原型细胞色素氧化酶Fe²⁺结合，使生物氧化中断，氰化物（CN^-）极易与氧化型细胞色素氧化酶Fe³⁺结合，生成氰化高铁细胞色素氧化酶，阻断电子传至氧，结果呼吸链中断，氧化磷酸化不能进行。此时，即使氧的供应充足，细胞也不能利用，造成组织严重缺氧、能源断绝，甚至危及生命。

（2）磷酸化抑制剂：与呼吸链抑制剂不同，这类物质的作用特点是既抑制氧的利用又抑制ATP的形成，但不直接抑制电子传递链上载体的作用，如寡霉素等。它们作用于ATP合酶，使ADP不能磷酸化生成ATP。

（3）解偶联剂：使电子传递和磷酸化生成ATP的耦联过程分离的一类物质，称为解偶联剂。它们不影响呼吸链的电子传递，而是解除氧化与磷酸化的偶联，使氧化过程产生的能量不能用于ATP的生成，而是以热能形式散发。如2，4－二硝基酚（DNP）是最早发现的解耦联剂。某些药物如双香豆素、水杨酸、水杨酰苯胺都有解偶联作用。感冒或患某些传染性疾病时体温升高，就是由于细菌或病毒产生的解偶联剂所致。

4.线粒体DNA突变　线粒体DNA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。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。

【知识链接】

氰化物中毒的急救知识

氰化物属剧毒品，动物的致死量只有几毫克。食入过多含有氰化物的植物或中药（如苦杏仁、银杏等）或在有氰化氢污染的环境中长时间工作，均可造成中毒。因CN^-可与呼吸链中细胞色素氧化酶牢固结合，使其丧失传递电子能力，迅速引起脑部损害，几分钟可致死。氰化物中毒抢救时，可给患者吸入亚硝酸异戊酯或注射亚硝酸钠。这些药物能使部分血红蛋白氧化成极易与氰化物结合的高铁血红蛋白。后者在体内达到一定浓度后，就能夺取已与细胞色素氧化酶结合的CN^-，而转变为氰化高铁血红蛋白，使细胞色素氧化酶的活力得以恢复。但生成的氰化高铁血红蛋白并不稳定，还可释放出CN^-，因此，还需注射硫代硫酸钠，在肝中经硫氰酸酶催化，与解离出来的CN^-反应，生成毒性较小的硫氰酸盐随尿排出体外。