氧化磷酸化是细胞呼吸的最后阶段，发生在线粒体内膜中。它利用电子传递链释放的能量来驱动ATP的合成，产生绝大多数细胞能量。

氧化磷酸化如何发挥作用

电子传输链

糖酵解 和柠檬酸循环 中的 NADH 和 FADH2 向嵌入线粒体内膜的蛋白质复合物提供电子。这些配合物（配合物 I 至 IV）使电子通过一系列氧化还原反应，每个反应都具有逐渐升高的还原电位。

质子泵

当电子穿过链时，释放的能量用于将质子 (H+) 从线粒体基质泵入膜间空间。配合物 I、III 和 IV 各自有助于构建该质子梯度。结果是质子在膜间隙中浓度高，而在基质中浓度低。

质子原动力

由质子浓度差和膜电位产生的电化学梯度称为质子动力。这种力储存势能，就像水坝后面的水一样。

ATP合成

质子通过 ATP 合酶（复合物 V）（一种分子涡轮）流回基质。当质子通过酶时，它会旋转，驱动 ADP 磷酸化为 ATP。每流过 10 个质子，大约会产生 3 到 4 个 ATP 分子。

氧气作为终端电子受体

氧是复合物 IV 的最终电子受体。它接受电子并与质子结合形成水。没有氧气，电子传递链就会恢复，氧化磷酸化就会停止。

ATP产量

一个葡萄糖分子的完全氧化通过氧化磷酸化产生大约30-32个ATP分子，远远超过单独糖酵解产生的2个ATP分子。

耗氧率的实用测量

使用 Seahorse XF 分析仪或 Clark 型氧电极测量耗氧率 (OCR)。对于 Seahorse 测定，将细胞按 1–4 × 10⁴ 细胞/孔接种到 XF96 板中，培养过夜，然后用含有 10 mM 葡萄糖和 2 mM 谷氨酰胺的 XF DMEM 替换培养基。 37°C 平衡 1 小时。测量三个周期的基础 OCR（3 分钟混合、2 分钟等待、3 分钟测量）。通过端口 A 注射 1 µM 寡霉素（复合物 V 抑制剂）——OCR 的下降揭示了与 ATP 合成（ATP 相关呼吸）耦合的分数。通过端口 B 注入 0.5 µM FCCP（解耦器） — OCR 达到最大值（最大呼吸能力），备用呼吸能力计算为（最大 OCR - 基础 OCR）。通过端口 C 注射 0.5 µM 鱼藤酮（复合物 I 抑制剂）加 1 µM 抗霉素 A（复合物 III 抑制剂） — OCR 降至非线粒体水平，证实测量的信号源自线粒体呼吸。对于分离的线粒体，使用 Clark 电极：将 0.5 mg 线粒体添加到 1 mL 呼吸缓冲液（225 mM 甘露醇、75 mM 蔗糖、10 mM KCl、10 mM Tris-HCl pH 7.2、5 mM KH2PO4、0.1% BSA）中，以 5 mM 琥珀酸盐或 5 mM 丙酮酸盐加 2 mM 苹果酸盐作为底物。状态 3 呼吸（ADP 刺激）通过添加 0.5 mM ADP 启动；状态 4（静息）是在 ADP 耗尽后测量的。

实际应用

在一项针对帕金森病线粒体功能障碍的研究中，PINK1 突变患者的成纤维细胞显示出基础 OCR 降低（对照组为 40 pmol/min，而对照组为 80 pmol/min），并且备用呼吸能力极小。鱼藤酮注射证实复合物 I 活性受到特别损害。这些发现支持线粒体功能障碍导致帕金森病多巴胺能神经元变性的假设。