1.抑制劑
正常情況下,電子傳遞和磷酸化是緊密結(jié)合的。有些化合物可影響電子傳遞或干擾磷酸化反應(yīng),其結(jié)果均可使氧化磷酸化不能正常進(jìn)行。如果只有代謝物的氧化過程,而不伴隨有ADP的磷酸化,則稱為氧化磷酸化的解耦聯(lián)。根據(jù)不同的化學(xué)因素對氧化磷酸化作用的影響方式不同,可劃分為三大類。
(1)呼吸鏈抑制劑:能夠阻斷呼吸鏈中某部位電子傳遞而使氧化受阻的物質(zhì)(藥物或毒物)稱為呼吸鏈抑制劑。如魚藤酮、粉蝶霉素A及異戊巴比妥、安密妥等,它們與NADH—Q還原酶中的鐵硫蛋白結(jié)合,阻斷電子由NADH向CoQ的傳遞??姑顾谹、二巰基丙醇抑制Cytb與Cytc,間的電子傳遞。氰化物,疊氮化物,Hzs及CO抑制細(xì)胞色素氧化酶,使電子不能傳遞給氧。另外,還有一種鐵螯合劑(簡稱TIFA)可以特異抑制還原當(dāng)量從黃素蛋白(輔基為FAD)至CoQ的傳遞。此類抑制劑可使細(xì)胞呼吸停止,引起機(jī)體迅速死亡。
(2)解耦聯(lián)劑:這類化合物的作用是使電子傳遞和ATP形成兩個耦聯(lián)過程分離,故稱解耦聯(lián)劑。這類化合物只抑制ATP的生成過程,不抑制電子傳遞過程,使電子傳遞所產(chǎn)生的自由能都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。因?yàn)檫@類試劑使電子傳遞失去正常的控制,造成過分地利用氧和燃料底物;而能量得不到儲存,典型的解耦聯(lián)劑是2,4:一二硝基酚(DNP),因DNP為脂溶性物質(zhì),在線粒體內(nèi)膜中可自由移動,當(dāng)其進(jìn)入基質(zhì)后可釋出H+;返回胞液側(cè)后可再結(jié)合H+,從而使H+的跨膜梯度消除,使氧化過程釋放的能量不能用于ATP的合成反應(yīng),因此又稱為質(zhì)子載體。其他一些酸性芳香族化合物(如雙香豆素、三氟甲氧基苯腙羰基氰化物、水楊酰苯胺等)也有同樣作用。解耦聯(lián)劑對底物水平的磷酸化沒有影響。
(3)ATP合酶抑制劑:與呼吸鏈抑制劑不同,這類試劑的作用特點(diǎn)是既抑制氧的利用又抑制ATP的形成,但不直接抑制電子傳遞鏈上載體的作用。如寡霉素可結(jié)合ATP合酶的F0單位,二環(huán)己基羰二亞胺共價結(jié)合F0的c亞基,阻斷H+從F0半通道回流,抑制ATP合酶活性。
2.ADP的調(diào)節(jié)作用
正常機(jī)體氧化磷酸化的速率主要受ADP的調(diào)節(jié)。當(dāng)機(jī)體利用ATP增多,ADP濃度增高,轉(zhuǎn)運(yùn)人線粒體后使氧化磷酸化速度加快;反之ADP不足,使氧化磷酸化速度減慢。這種調(diào)節(jié)作用可使ATP的生成速度適應(yīng)生理需要。
3.甲狀腺素
甲狀腺激素可激活許多組織細(xì)胞膜上的Na+-K+ATP酶,使ATP加速分解為ADP和Pi,ADP進(jìn)入線粒體數(shù)量增多,因而使ATP/ADP比值下降,促進(jìn)氧化磷酸化速度加快。由于ATP的合成和分解速度均增加,導(dǎo)致機(jī)體耗氧量和產(chǎn)熱量增加,基礎(chǔ)代謝率提高,基礎(chǔ)代謝率偏高是甲狀腺功能亢進(jìn)患者最主要的臨床指征之一。
4.線粒體DNA突變
線粒體DNA呈*露的環(huán)狀雙螺旋結(jié)構(gòu),缺乏蛋白質(zhì)保護(hù)和損傷修復(fù)系統(tǒng),容易受到本身氧化磷酸化過程中產(chǎn)生氧自由基的損傷而發(fā)生突變。線粒體DNA含編碼呼吸鏈氧化磷酸化復(fù)合體中13條多肽鏈的基因以及線粒體蛋白質(zhì)合成所需的22個tRNA的基因和2個rRNA的基因。因此線粒體DNA突變可影響氧化磷酸化的功能,使ATP生成減少而致病。
正常情況下,電子傳遞和磷酸化是緊密結(jié)合的。有些化合物可影響電子傳遞或干擾磷酸化反應(yīng),其結(jié)果均可使氧化磷酸化不能正常進(jìn)行。如果只有代謝物的氧化過程,而不伴隨有ADP的磷酸化,則稱為氧化磷酸化的解耦聯(lián)。根據(jù)不同的化學(xué)因素對氧化磷酸化作用的影響方式不同,可劃分為三大類。
(1)呼吸鏈抑制劑:能夠阻斷呼吸鏈中某部位電子傳遞而使氧化受阻的物質(zhì)(藥物或毒物)稱為呼吸鏈抑制劑。如魚藤酮、粉蝶霉素A及異戊巴比妥、安密妥等,它們與NADH—Q還原酶中的鐵硫蛋白結(jié)合,阻斷電子由NADH向CoQ的傳遞??姑顾谹、二巰基丙醇抑制Cytb與Cytc,間的電子傳遞。氰化物,疊氮化物,Hzs及CO抑制細(xì)胞色素氧化酶,使電子不能傳遞給氧。另外,還有一種鐵螯合劑(簡稱TIFA)可以特異抑制還原當(dāng)量從黃素蛋白(輔基為FAD)至CoQ的傳遞。此類抑制劑可使細(xì)胞呼吸停止,引起機(jī)體迅速死亡。
(2)解耦聯(lián)劑:這類化合物的作用是使電子傳遞和ATP形成兩個耦聯(lián)過程分離,故稱解耦聯(lián)劑。這類化合物只抑制ATP的生成過程,不抑制電子傳遞過程,使電子傳遞所產(chǎn)生的自由能都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。因?yàn)檫@類試劑使電子傳遞失去正常的控制,造成過分地利用氧和燃料底物;而能量得不到儲存,典型的解耦聯(lián)劑是2,4:一二硝基酚(DNP),因DNP為脂溶性物質(zhì),在線粒體內(nèi)膜中可自由移動,當(dāng)其進(jìn)入基質(zhì)后可釋出H+;返回胞液側(cè)后可再結(jié)合H+,從而使H+的跨膜梯度消除,使氧化過程釋放的能量不能用于ATP的合成反應(yīng),因此又稱為質(zhì)子載體。其他一些酸性芳香族化合物(如雙香豆素、三氟甲氧基苯腙羰基氰化物、水楊酰苯胺等)也有同樣作用。解耦聯(lián)劑對底物水平的磷酸化沒有影響。
(3)ATP合酶抑制劑:與呼吸鏈抑制劑不同,這類試劑的作用特點(diǎn)是既抑制氧的利用又抑制ATP的形成,但不直接抑制電子傳遞鏈上載體的作用。如寡霉素可結(jié)合ATP合酶的F0單位,二環(huán)己基羰二亞胺共價結(jié)合F0的c亞基,阻斷H+從F0半通道回流,抑制ATP合酶活性。
2.ADP的調(diào)節(jié)作用
正常機(jī)體氧化磷酸化的速率主要受ADP的調(diào)節(jié)。當(dāng)機(jī)體利用ATP增多,ADP濃度增高,轉(zhuǎn)運(yùn)人線粒體后使氧化磷酸化速度加快;反之ADP不足,使氧化磷酸化速度減慢。這種調(diào)節(jié)作用可使ATP的生成速度適應(yīng)生理需要。
3.甲狀腺素
甲狀腺激素可激活許多組織細(xì)胞膜上的Na+-K+ATP酶,使ATP加速分解為ADP和Pi,ADP進(jìn)入線粒體數(shù)量增多,因而使ATP/ADP比值下降,促進(jìn)氧化磷酸化速度加快。由于ATP的合成和分解速度均增加,導(dǎo)致機(jī)體耗氧量和產(chǎn)熱量增加,基礎(chǔ)代謝率提高,基礎(chǔ)代謝率偏高是甲狀腺功能亢進(jìn)患者最主要的臨床指征之一。
4.線粒體DNA突變
線粒體DNA呈*露的環(huán)狀雙螺旋結(jié)構(gòu),缺乏蛋白質(zhì)保護(hù)和損傷修復(fù)系統(tǒng),容易受到本身氧化磷酸化過程中產(chǎn)生氧自由基的損傷而發(fā)生突變。線粒體DNA含編碼呼吸鏈氧化磷酸化復(fù)合體中13條多肽鏈的基因以及線粒體蛋白質(zhì)合成所需的22個tRNA的基因和2個rRNA的基因。因此線粒體DNA突變可影響氧化磷酸化的功能,使ATP生成減少而致病。

