氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）是指在活細胞中伴隨著呼吸鏈的氧化作用所發(fā)生的能量轉(zhuǎn)換和ATP的形成過程。
■ 呼吸鏈含有三個氧化磷酸化偶聯(lián)位點
● 電子傳遞與ATP合成偶聯(lián)的假設(shè)
早在20世紀30年代， Vladimir Belitzer首先提出電子傳遞與ATP合成偶聯(lián)的假設(shè)。他在體外測定肌組織制備物合成ATP與氧消耗比值時發(fā)現(xiàn)，呼吸鏈每傳遞一對電子至少可合成兩個ATP.后來有人發(fā)現(xiàn)P/O比值（形成的ATP數(shù)與每個還原氧的比值）接近3，也就是說可合成三分子ATP。
● 氧化磷酸化偶聯(lián)位點
根據(jù)對呼吸鏈中不同復合物間氧化還原電位的研究，發(fā)現(xiàn)復合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ每傳遞一對電子，釋放的自由能都足夠合成一分子ATP，因此將復合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ看成是呼吸鏈中電子傳遞與氧化磷酸化偶聯(lián)的三個位點。
如果以FADH2作為電子供體，則只有兩個ATP合成偶聯(lián)位點。因為FADH2提供的電子是經(jīng)復合物Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ傳遞的，而復合物Ⅱ不能作為ATP合成的偶聯(lián)位點，所以只有兩個偶聯(lián)位點，這就意味著由FADH2作為電子供體時，只能合成兩分子的ATP.
● 實驗證明
上述ATP合成的數(shù)量和偶聯(lián)位點得到實驗的支持。如將分離的線粒體內(nèi)膜小泡與抗霉素（antimycin）一起溫育，由于抗霉素阻止電子通過細胞色素b-c1（復合物Ⅲ），NADH釋放的電子只能傳遞到輔酶Q，其結(jié)果，每傳遞一對電子只合成一分子ATP.因此可以推論復合物Ⅰ是ATP合成的偶聯(lián)位點。用同樣的方法證明復合物Ⅲ和復合物Ⅳ也都是ATP合成與電子傳遞偶聯(lián)位點。
■ 偶聯(lián)因子1（coupling factor 1）的發(fā)現(xiàn)及功能預測
● 發(fā)現(xiàn)： 在二十世紀七十年代初，Humberto-Fernandez Moran 用負染技術(shù)檢查分離的線粒體時發(fā)現(xiàn)：線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)一側(cè)的表面附著一層球形顆粒，球形顆粒通過柄與內(nèi)膜相連（圖7-30）。幾年后，Efraim Racker分離到內(nèi)膜上的顆粒，稱為偶聯(lián)因子1，簡稱F1.
圖7-30 ATP偶聯(lián)因子電鏡照片
牛心臟線粒體的負染電鏡照片，可見球形顆粒通過小柄附著在線粒體內(nèi)膜嵴上。
● 功能預測
如果按照常規(guī)的方式思考所發(fā)現(xiàn)顆粒的問題，似難理解線粒體內(nèi)膜上需要ATP水解酶，如果將ATP的水解看成是ATP合成的相反過程，F(xiàn)1球形顆粒的功能就顯而易見了：它含有ATP合成的功能位點，即ATPase既能催化ATP的水解，又能催化ATP的合成，到底行使何種功能，視反應條件而定。
● 實驗證明
通過體外實驗證明上述的推測是正確的，現(xiàn)在將該酶稱為ATP合酶。
請設(shè)計一個實驗證明ATPase既能催化ATP的水解，又能催化ATP的合成
● 線粒體ATP合酶的發(fā)現(xiàn)和功能預測及實驗證實表明，在科學研究中，不能總是按常規(guī)思維去認識事物，反向理論也有很重要的作用。
■ ATP合酶功能的鑒定： 線粒體膜重建實驗
為了證明F1具有ATP合酶的作用，人們試圖進行線粒體膜的重建實驗，主要是將線粒體內(nèi)膜與其嵴上的F1顆粒分離出來，重新裝配后研究F1的功能。
■ 呼吸鏈含有三個氧化磷酸化偶聯(lián)位點
● 電子傳遞與ATP合成偶聯(lián)的假設(shè)
早在20世紀30年代， Vladimir Belitzer首先提出電子傳遞與ATP合成偶聯(lián)的假設(shè)。他在體外測定肌組織制備物合成ATP與氧消耗比值時發(fā)現(xiàn)，呼吸鏈每傳遞一對電子至少可合成兩個ATP.后來有人發(fā)現(xiàn)P/O比值（形成的ATP數(shù)與每個還原氧的比值）接近3，也就是說可合成三分子ATP。
● 氧化磷酸化偶聯(lián)位點
根據(jù)對呼吸鏈中不同復合物間氧化還原電位的研究，發(fā)現(xiàn)復合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ每傳遞一對電子，釋放的自由能都足夠合成一分子ATP，因此將復合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ看成是呼吸鏈中電子傳遞與氧化磷酸化偶聯(lián)的三個位點。
如果以FADH2作為電子供體，則只有兩個ATP合成偶聯(lián)位點。因為FADH2提供的電子是經(jīng)復合物Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ傳遞的，而復合物Ⅱ不能作為ATP合成的偶聯(lián)位點，所以只有兩個偶聯(lián)位點，這就意味著由FADH2作為電子供體時，只能合成兩分子的ATP.
● 實驗證明
上述ATP合成的數(shù)量和偶聯(lián)位點得到實驗的支持。如將分離的線粒體內(nèi)膜小泡與抗霉素（antimycin）一起溫育，由于抗霉素阻止電子通過細胞色素b-c1（復合物Ⅲ），NADH釋放的電子只能傳遞到輔酶Q，其結(jié)果，每傳遞一對電子只合成一分子ATP.因此可以推論復合物Ⅰ是ATP合成的偶聯(lián)位點。用同樣的方法證明復合物Ⅲ和復合物Ⅳ也都是ATP合成與電子傳遞偶聯(lián)位點。
■ 偶聯(lián)因子1（coupling factor 1）的發(fā)現(xiàn)及功能預測
● 發(fā)現(xiàn)： 在二十世紀七十年代初，Humberto-Fernandez Moran 用負染技術(shù)檢查分離的線粒體時發(fā)現(xiàn)：線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)一側(cè)的表面附著一層球形顆粒，球形顆粒通過柄與內(nèi)膜相連（圖7-30）。幾年后，Efraim Racker分離到內(nèi)膜上的顆粒，稱為偶聯(lián)因子1，簡稱F1.
圖7-30 ATP偶聯(lián)因子電鏡照片
牛心臟線粒體的負染電鏡照片，可見球形顆粒通過小柄附著在線粒體內(nèi)膜嵴上。
● 功能預測
如果按照常規(guī)的方式思考所發(fā)現(xiàn)顆粒的問題，似難理解線粒體內(nèi)膜上需要ATP水解酶，如果將ATP的水解看成是ATP合成的相反過程，F(xiàn)1球形顆粒的功能就顯而易見了：它含有ATP合成的功能位點，即ATPase既能催化ATP的水解，又能催化ATP的合成，到底行使何種功能，視反應條件而定。
● 實驗證明
通過體外實驗證明上述的推測是正確的，現(xiàn)在將該酶稱為ATP合酶。
請設(shè)計一個實驗證明ATPase既能催化ATP的水解，又能催化ATP的合成
● 線粒體ATP合酶的發(fā)現(xiàn)和功能預測及實驗證實表明，在科學研究中，不能總是按常規(guī)思維去認識事物，反向理論也有很重要的作用。
■ ATP合酶功能的鑒定： 線粒體膜重建實驗
為了證明F1具有ATP合酶的作用，人們試圖進行線粒體膜的重建實驗，主要是將線粒體內(nèi)膜與其嵴上的F1顆粒分離出來，重新裝配后研究F1的功能。