【正文】 （二）軟脂酸徹底氧化產(chǎn)生ATP結算據(jù)圖519，軟脂酸（16碳飽和脂肪酸）徹底氧化產(chǎn)生ATP數(shù)目為106個（表522），其中氧化磷酸化為100個，底物磷酸化為8個，脂肪酸活化消耗2個（消耗1個ATP生成1個AMP，即消耗2個高能鍵）。在30或32個ATP分子中，氧化磷酸化產(chǎn)生26或28個，底物磷酸化產(chǎn)生6個，葡萄糖活化共消耗2個。這樣，當一分子葡萄糖徹底氧化徹底氧化為CO2和H2O所得到的ATP分子數(shù)和過去傳統(tǒng)的統(tǒng)計數(shù)（36或38個ATP）少了6個ATP分子，成為30個或32個。因為質(zhì)子泵、ATP合成以及代謝物的轉運過程并不需要是完整的數(shù)值甚至不需要固定值。葡萄糖分解通過糖酵解和檸檬酸循環(huán)的底物磷酸化作用產(chǎn)生ATP的分子數(shù)，根據(jù)化學計算可以得到明確的答復。 草酰乙酸不能直接透過線粒體內(nèi)膜返回胞液，但它可在天冬氨酸轉氨酶作用下從谷氨酸接受氨基生成天冬氨酸，谷氨酸轉出氨基后生成α酮戊二酸，α酮戊二酸、天冬氨酸都能在膜上轉位酶的作用下穿過線粒體內(nèi)膜而進入胞液，在胞液中天冬氨酸和α酮戊二酸在天冬氨酸轉氨酶的作用下又重新生成草酰乙酸和谷氨酸，草酰乙酸又可重新參與蘋果酸穿梭作用。蘋果酸在線粒體內(nèi)膜轉位酶的催化下穿過線粒體內(nèi)膜，進入線粒體的蘋果酸，在蘋果酸脫氫酶作用下脫氫生成草酰乙酸，并生成NADH+H+。（二）蘋果酸穿梭系統(tǒng)（圖5214）又稱蘋果酸天冬氨酸穿梭系統(tǒng)，主要存在于肝、腎、心。磷酸二羥丙酮穿出線粒體外可繼續(xù)利用。這種轉運機制主要有α磷酸甘油穿梭和蘋果酸穿梭。如2，4二硝基酚、雙香豆素等屬于解偶聯(lián)劑，感冒或患某些傳染病時體溫升高，是由于細菌或病毒產(chǎn)生的解偶聯(lián)劑所致。如安眠藥異戊巴比妥（阿米妥）、植物毒素魚藤酮（常用作殺蟲劑）能阻斷NADH到Q之間的電子傳遞；一氧化碳和氰化物能與細胞色素氧化酶分子中的鐵離子結合，使其失去電子傳遞能力。3．抑制劑的作用一些化合物對氧化磷酸化有抑制作用，根據(jù)其作用部位不同分為兩類：⑴ 呼吸鏈抑制劑：這類抑制劑阻斷呼吸鏈上某一環(huán)節(jié)的電子傳遞。由于ATP的合成和分解都增加，使機體耗氧量和產(chǎn)熱量都增加。ADP/ATP比值是調(diào)節(jié)氧化磷酸化的基本因素，這種反饋調(diào)節(jié)可使機體適應生理需要，合理利用能源。（四）氧化磷酸化的影響因素1．ADP/ATP比值的影響　氧化磷酸化主要受細胞對能量需求的影響。磷酸肌酸是細胞內(nèi)首先供應ADP使之再合成ATP的能源物質(zhì)。受過良好訓練的運動員肌肉中的磷酸肌酸含量可高達30mmol/kg。圖5212 ATP與磷酸肌酸的能量轉換ATP將～P轉移給肌酸（CP）生成磷酸肌酸（CP～P），作為肌肉和腦組織中能量的一種貯存形式。糖、脂類及蛋白質(zhì)等能源物質(zhì)氧化分解釋放的能量約有40%以化學能貯存在高能化合物中，ATP是體內(nèi)最重要的高能化合物。圖5211 質(zhì)子回流偶聯(lián)ATP的合成新近的研究表明。氧化磷酸化是細胞合成ATP的主要方式，合成ATP的另一種方式是【底物磷酸化】（見本章糖酵解一節(jié)）。（三）ATP的合成ATP合酶（復合體V）由FO和F1等蛋白復合而成，有質(zhì)子通道，當質(zhì)子由膜間腔經(jīng)質(zhì)子通道回流時，ATP合酶被活化而驅動ATP的合成（圖5211）。電子傳遞的氧化勢能使線粒體基質(zhì)的氫離子H+泵出到膜間腔（內(nèi)膜外側），從而形成內(nèi)膜兩側的質(zhì)子梯度差（內(nèi)正外負），這個梯度差是合成ATP的勢能所在（圖5210）。NADH在NADHQ還原酶（復合體I）作用下，NADH+H+將氫原子傳遞給FMN生成FMNH2，后者再將氫傳遞給Q生成QH2，此時兩個氫原子解離成2個質(zhì)子和2個電子, 2個質(zhì)子游離于介質(zhì)中，2個電子經(jīng)由細胞色素還原酶（復合體III）傳遞至細胞色素C，然后細胞色素氧化酶（復合體IV）將細胞色素C上的2個電子傳遞給氧生成O2，O2與2H+結合生成水。圖526 泛醌（CoQ、Q）圖527 三種FeS蛋白圖528 細胞色素輔基復合體I（NADHQ還原酶）、CoQ、復合體III（細胞色素還原酶）和復合體IV（細胞色素氧化酶）組成NADH氧化呼吸鏈，復合體II（琥珀酸Q還原酶）、復合體III（細胞色素還原酶）和復合體IV（細胞色素氧化酶）組成琥珀酸氧化呼吸鏈，二者的關系見圖529）。呼吸鏈由線粒體內(nèi)膜上的5種復合體（復合蛋白）組成，它們是復合體I（NADHQ還原酶，又稱NADH氧化酶，輔基為FMN和FeS）、復合體II（琥珀酸Q還原酶，輔基為FAD和FeS）、復合體III（細胞色素還原酶，輔基為血紅素b、血紅素c1和FeS）、復合體IV（細胞色素氧化酶，輔基血紅素a、血紅素a3和Cu）、復合體V（ATP合酶）。（一）呼吸鏈（電子傳遞鏈）代謝物脫下的氫通過多種酶和輔酶所催化的連鎖反應逐步傳遞，最終與氧結合生成水，由于此過程與細胞利用O2生成CO2的呼吸有關，所以將此傳遞鏈稱為呼吸鏈(respiratory chain)。圖525 三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物是許多物質(zhì)合成的前體二、氫的燃燒：呼吸鏈與ATP的生成三大營養(yǎng)物質(zhì)在體內(nèi)的氧化可以分為三個階段，首先是糖、脂肪、蛋白質(zhì)經(jīng)過分解代謝生成乙酰輔酶A；接著乙酰輔酶A進入三羧酸循環(huán)脫羧脫氫，生成CO2并使NAD+和FAD還原成NADH+H+和FADH2；第三階段是NADH+H+和FADH2中的氫經(jīng)呼吸鏈傳給氧生成水，氧化過程中釋放出來的能量合成ATP。6．三羧酸循環(huán)是體內(nèi)三大物質(zhì)互變的樞紐三羧酸循環(huán)是糖、脂肪、氨基酸代謝聯(lián)系的樞紐。糖、脂肪、蛋白質(zhì)在體內(nèi)氧化分解都將產(chǎn)生乙酰輔酶A，然后進入三羧酸循環(huán)進行降解，因此三羧酸循環(huán)是三大營養(yǎng)素在體內(nèi)氧化的最終代謝通路（圖511）。圖524 三羧酸循環(huán)中草酰乙酸的補充草酰乙酸可以脫羧生成磷酸烯醇式丙酮酸，后者可以在肝臟和腎臟中逆糖酵解而生成葡萄糖或糖原，這就是非糖物質(zhì)轉化為糖的途徑，稱為【糖異生】，因此，三羧酸循環(huán)中所有的中間產(chǎn)物都能異生成糖。圖523 三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物的移出和補充所以為了維持三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物的一定濃度，保證三羧酸循環(huán)的正常運轉，就必須補充消耗的中間產(chǎn)物，稱為回補反應。4．三羧酸循環(huán)必須不斷補充中間產(chǎn)物。圖522 三羧酸循環(huán)概要3． 三羧酸循環(huán)是單向反應體系。循環(huán)中有兩次脫羧和四次脫氫反應，兩次脫羧反應生成兩分子CO2；四次脫氫反應，有三次由NAD+接受共生成3分子NADH+H+，有一次由FAD接受生成1分子FADH2（圖522）。2．三羧酸循環(huán)是機體主要的產(chǎn)能途徑。NADH、FADH2的受氫體主要是氧，因此在缺氧情況下NADH和FADH2無法將氫傳遞出去，致使NAD+和FAD無法再生，三羧酸循環(huán)因此被抑制。三羧酸循環(huán)的產(chǎn)物有NADH+H+、FADHATP、CO2，這些產(chǎn)物對三羧酸循環(huán)的抑制效果不同。再生的草酰乙酸可再次進入三羧酸循環(huán)用于檸檬酸的合成。7．蘋果酸生成延胡索酸在延胡索酸酶催化下，加水生成蘋果酸。這是三羧酸循環(huán)中唯一的一次底物磷酸化反應。5．琥珀酰輔酶A生成琥珀酸琥珀酰CoA在琥珀酸硫激酶的作用下，高能硫酯鍵水解，能量轉移給GDP生成GTP和琥珀酸。4．α酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰輔酶A這是三羧酸循環(huán)的第二次氧化脫羧反應，此反應類似于丙酮酸的氧化脫羧，也是不可逆反應，生成的琥珀酰CoA含有高能硫酯鍵。這是三羧酸循環(huán)中第一次氧化脫羧生成CO2的反應。2． 檸檬酸轉變?yōu)楫悪幟仕釞幟仕岜旧聿灰籽趸?，在順烏頭酸酶作用下，通過脫水與加水反應，使羥基由β碳原子轉移到α碳原子上，生成易于脫氫氧化的異檸檬酸，為進一步的氧化脫羧反應作準備。三羧酸循環(huán)在線粒體內(nèi)進行。此循環(huán)是從活性二碳化合物—乙酰輔酶A和四碳草酰乙酸在線粒體內(nèi)縮合成含三個羧基的檸檬酸開始，經(jīng)過一系列脫氫脫羧反應，最后重新生成草酰乙酸而成為循環(huán)（圖521）。在營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)能代謝中，三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化是釋放能量最多的環(huán)節(jié)，是營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)能代謝和相互轉化的樞紐。第二節(jié) 乙酰輔酶A的徹底氧化乙酰CoA是生化代謝中的一個樞紐性物質(zhì)，如前所述，糖、脂肪、氨基酸分解代謝都能產(chǎn)生乙酰輔酶A；乙酰輔酶A有多種代謝去路，可以合成脂肪酸、膽固醇、酮體等，乙酰輔酶A徹底氧化釋放能量的途徑是三羧酸循環(huán)。一般認為，氨進入腦組織可與α酮戊二酸結合生成谷氨酸，氨與谷氨酸再進一步結合生成谷氨酰胺。4．高血氨與氨中毒 正常情況下血氨濃度維持在較低水平。如腎排泄功能障礙，必然導致血尿素增高。另外，尿素合成是耗能過程，每合成1分子尿素需消耗3分子ATP（消耗4個高能磷酸鍵）。鳥氨酸再進入線粒體參與瓜氨酸的合成，反復循環(huán)，不斷合成尿素。由此可見，鳥氨酸循環(huán)與三羧酸循環(huán)可聯(lián)系在一起（圖5119）。（3）精氨酸的合成:在胞液內(nèi)，瓜氨酸與天冬氨酸在精氨酸代琥珀酸合成酶(argninosuccinate synthetase)的催化下，由ATP供能合成精氨酸代琥珀酸并生成AMP+PPi，精氨酸代琥珀酸在精氨酸代琥珀酸裂解酶(argninosuccinate lyase)催化下，分解成為精氨酸和延胡索酸。所需的鳥氨酸是由胞液經(jīng)線粒體內(nèi)膜上的載體轉運進入線粒體的。（2）瓜氨酸的合成：在鳥氨酸氨甲酰轉移酶（ornithine carbamoyl transferase,OCT）催化下，將氨基甲酰磷酸的氨甲?；D移至鳥氨酸的δNH2上生成瓜氨酸。鳥氨酸循環(huán)的過程可分為以下四步：圖5118 尿素循環(huán)（鳥氨酸循環(huán)）①氨基甲酰合成酶I ②鳥氨酸氨甲酰轉移酶 ③精氨酸代琥珀酸合成酶④精氨酸代琥珀酸裂解酶 ⑤精氨酸酶（1）氨基甲酰磷酸的合成： 氨由丙氨酸與谷氨酰胺轉運入肝細胞線粒體在氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（carbamoyl phosphate synthetaseⅠ，CPSⅠ）催化下，與CO2和H2O分子結合，消耗2分子ATP，合成氨基甲酰磷酸。臨床上對肝性腦病患者可服用或輸入谷氨酸鹽以降低血氨濃度。圖5117 丙氨酸葡萄糖循環(huán)（2）谷氨酰胺的運氨作用：氨與谷氨酸在ATP供能和谷氨酰胺合成酶催化下合成谷氨酰胺，經(jīng)血液輸送到肝或腎，經(jīng)谷氨酰胺酶水解為谷氨酸及氨，在肝可合成尿素，在腎則以銨鹽形式由尿排出。過程為：①肌肉中的氨基酸經(jīng)轉氨基作用將氨基轉移給丙酮酸生成丙氨酸，經(jīng)血液運輸至肝；②在肝中，丙氨酸經(jīng)聯(lián)合脫氨基作用釋放出氨，氨用于合成尿素，生成的丙酮酸則異生為葡萄