氧化磷酸化抑制剂和解偶联剂产品专题

Inhibitors and Uncouplers of Oxidative Phosphorylation

专题关键词：

Oxidative phosphorylation 氧化磷酸化；Electron transfer chain (ETC) 线粒体呼吸链；Uncoupler 解偶联剂；Antimycin A抗霉素A；Oligomycin 寡霉素；CCCP；FCCP；CAS：1397-94-0；

氧化磷酸化概念：

氧化磷酸化（Oxidative phosphorylation）是通过一系列电子载体从NADH或FADH2将电子传递到O2，进而生成ATP的过程。这一过程发生在线粒体，是需氧有机体主要的ATP来源。

氧化磷酸化（Oxidative phosphorylation）作用机制目前为止依然是最有挑战性的生化课题。从NADH或FADH2到O2的电子流通过线粒体内膜上的蛋白复合物将质子泵出线粒体基质，这一不均匀的质子分布产生一pH梯度和一跨膜电子势，造就一质子动力势。当质子通过酶复合物流回线粒体基质的时候合成ATP。因此，物料氧化和ADP磷酸化通过跨越线粒体内膜的质子梯度偶联在一起（见图1. 氧化磷酸化的本质）。

图1. 氧化磷酸化的本质。氧化和ATP合成通过跨膜质子流偶联在一起。

线粒体呼吸链概念：

线粒体基质是细胞呼吸底物氧化的场所，底物在这里氧化所产生的NADH和FADH2将质子和电子转移到内膜的载体上，经过一系列氢载体和电子载体的传递，最后传递给O2生成H2O。这种由载体组成的电子传递系统统称电子传递链（Electron transfer chain, ETC），因其功能和呼吸作用直接相关，亦称为呼吸链。

图2. 电子传递链（ETC）示意图。

电子传递链（线粒体呼吸链）包含4种复合体（Complex I, II, III, IV）参与电子传递。复合体I和II催化电子传递到泛醌，从两个不同电子供体：NADH（复合物I）和琥珀酸（复合物II）。复合体III携带载体从泛醌到细胞色素c，复合体IV通过传递电子从细胞色素c到O2完成整个流程。

复合物体I（Complex I）也称为NADH-Q还原酶（NADH:Ubiquinine oxidoreductase），由黄素单核苷酸（FMN）和含铁-硫（Fe-S）的NADH脱氢酶构成，电子传递从NADH→FMN→Fe-S→CoQ。

复合物体II（Complex II）是琥珀酸-Q还原酶，将琥珀酸上丢失的电子还原辅酶Q（CoQ），包含FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）和琥珀酸脱氢酶（柠檬酸循环中唯一膜结合酶），电子传递从FADH2→Fe-S→CoQ。

复合物体III（Complex III）也称为泛醌-细胞色素C氧化还原酶（Ubiquinone: Cytochrome c oxidoreductase），是一种多蛋白复合体，包含一串Fe-S蛋白，细胞色素b（Cyt b）和细胞色素c1（Cyt C1）。Cyt b和Cyt C1含血红素辅基。电子传递从CoQ→Cyt bc1→Cyt c。

复合体IV（Complex IV）也称为细胞色素氧化酶（cytochrome oxidase），由细胞色素蛋白c，a和a3构成，含有两个血红素基团和三个铜离子。

氧化磷酸化抑制剂：

氧化磷酸化抑制剂根据其作用机制可分为三类：分别是线粒体呼吸抑制剂、磷酸化抑制剂和解偶联剂。

一、 线粒体呼吸抑制剂

这类抑制剂抑制呼吸链的电子传递，也就是抑制氧化。氧化是磷酸化的基础，抑制氧化意味着抑制了磷酸化。常用的呼吸链抑制剂有：

NADH → → CoQ → →Cytb → →Cytc1 → →Cytc → →Cytaa3 → →O2

            ↑                             ↑                                              ↑

        鱼藤酮                     抗霉素A                               硫化物、氰化物

        安密妥                                                            叠氮化物、一氧化碳

      杀粉蝶霉素

1.1    鱼藤酮（Rotenone）：提取自热带植物毛鱼藤（Derris elliptica）和醉鱼豆（Lonchocarpus nicou），是一种非毒性的电子传递链抑制剂，与Fe-S蛋白和泛醌之间的复合体I结合。

1.2    杀粉蝶霉素A（Piericidin A）：来源于链霉菌的一种抗生素，作用机理类似与鱼藤酮。

1.3    抗霉素A（Antimycin A）：来源于链霉菌的抗生素，是线粒体呼吸链抑制剂。

1.4    硫化氢（Hydrogen sulfide, H2S）：抑制细胞色素氧化酶。

1.5    一氧化碳（Carbon monoxide, CO）：阻断细胞色素氧化酶和O2间的传递，抑制Fe2+。

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二、 磷酸化抑制剂

这类抑制剂抑制ATP的合成。常用的抑制剂有：

2.1 寡霉素（Oligomycin）：来源于各种链霉菌的多肽类抗生素，抑制高能量磷酸转移到ADP，也抑制电子传递偶联到磷酸化过程。是ATP合酶复合物的有效抑制剂。

2.2米酵菌酸（Bongkrekic Acid）：阻断ADP-ATP反向协同作用。

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三、 解偶联剂

解偶联剂（uncouplers）是能够解离细胞色素系统电子传递到ATP合成这一过程的化合物统称。这意味着电子传递继续发挥作用，引起氧气消耗，但ADP磷酸化被抑制。解偶联剂的本质是增大线粒体内膜对H+的通透性，消除H+的跨膜梯度，因而无ATP生成。解偶联剂只影响氧化磷酸化但不干扰底物水平磷酸化，作用是使氧化释放出来的能量全部以热的形式散发。常用的解偶联剂有：

3.1 2,4-二硝基苯酚（2,4-Dinitrophenol）

3.2 双香豆素（dicoumarol）：一种维生素K模拟物，用作一种抗凝剂。是NADH醌氧化还原酶（NQO1）的竞争抑制剂。

3.3 CCCP (Chloro carbonyl cyanide phenyl hydrazone)：最活跃的解偶联剂，这一脂溶性底物能够携带质子穿透线粒体内膜。

3.4 FCCP（Trifluoromethoxy carbonylcyanide phenylhydrazone）：一种有效的线粒体氧化磷酸化解偶联剂，通过转运质子穿过细胞膜而破坏ATP合成。

3.5 缬氨霉素（离子载体）：来源于链霉菌的一种抗生素，也是一种氧化磷酸化离子载体，通过消散穿越线粒体内膜的离子梯度发挥氧化磷酸化解偶联作用（作用机制见图3. 离子载体如缬氨霉素的解偶联机制）。

图3. 离子载体如缬氨霉素的解偶联机制。a）跨膜电子势/膜电位（Δψ）因膜两边质子的不均匀分布而存在；b）缬氨霉素可逆结合K+产生一种膜渗透复合物，能穿透线粒体内膜从而释放K+到内部。这一电荷运动降低Δψ，从而解偶联ATP合成和电子传递。

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注意事项

为了您的安全和健康，请穿实验服并戴一次性手套操作。

本品仅用作科研研究用，不可用在人身上，不可当成商业化的杀虫剂、杀鱼药来使用。

 — —Written/Edited by V. Shallan【版权归MKBio懋康所有】

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