氧化磷酸化抑制劑和解偶聯劑產品專題

Inhibitors and Uncouplers of Oxidative Phosphorylation

專題關鍵詞：

Oxidative phosphorylation 氧化磷酸化；Electron transfer chain (ETC) 線粒體呼吸鏈；Uncoupler 解偶聯劑；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）是通過一系列電子載體從NADH或FADH2將電子傳遞到O2，進而生成ATP的過程。這一過程發生在線粒體，是需氧有機體主要的ATP來源。

氧化磷酸化（Oxidative phosphorylation）作用機制目前為止依然是最有挑戰性的生化課題。從NADH或FADH2到O2的電子流通過線粒體內膜上的蛋白復合物將質子泵出線粒體基質，這一不均勻的質子分布產生一pH梯度和一跨膜電子勢，造就一質子動力勢。當質子通過酶復合物流回線粒體基質的時候合成ATP。因此，物料氧化和ADP磷酸化通過跨越線粒體內膜的質子梯度偶聯在一起（見圖1. 氧化磷酸化的本質）。

圖1. 氧化磷酸化的本質。氧化和ATP合成通過跨膜質子流偶聯在一起。

線粒體呼吸鏈概念：

線粒體基質是細胞呼吸底物氧化的場所，底物在這里氧化所產生的NADH和FADH2將質子和電子轉移到內膜的載體上，經過一系列氫載體和電子載體的傳遞，最后傳遞給O2生成H2O。這種由載體組成的電子傳遞系統統稱電子傳遞鏈（Electron transfer chain, ETC），因其功能和呼吸作用直接相關，亦稱為呼吸鏈。

圖2. 電子傳遞鏈（ETC）示意圖。

電子傳遞鏈（線粒體呼吸鏈）包含4種復合體（Complex I, II, III, IV）參與電子傳遞。復合體I和II催化電子傳遞到泛醌，從兩個不同電子供體：NADH（復合物I）和琥珀酸（復合物II）。復合體III攜帶載體從泛醌到細胞色素c，復合體IV通過傳遞電子從細胞色素c到O2完成整個流程。

復合物體I（Complex I）也稱為NADH-Q還原酶（NADH:Ubiquinine oxidoreductase），由黃素單核苷酸（FMN）和含鐵-硫（Fe-S）的NADH脫氫酶構成，電子傳遞從NADH→FMN→Fe-S→CoQ。

復合物體II（Complex II）是琥珀酸-Q還原酶，將琥珀酸上丟失的電子還原輔酶Q（CoQ），包含FAD（黃素腺嘌呤二核苷酸）和琥珀酸脫氫酶（檸檬酸循環中唯一膜結合酶），電子傳遞從FADH2→Fe-S→CoQ。

復合物體III（Complex III）也稱為泛醌-細胞色素C氧化還原酶（Ubiquinone: Cytochrome c oxidoreductase），是一種多蛋白復合體，包含一串Fe-S蛋白，細胞色素b（Cyt b）和細胞色素c1（Cyt C1）。Cyt b和Cyt C1含血紅素輔基。電子傳遞從CoQ→Cyt bc1→Cyt c。

復合體IV（Complex IV）也稱為細胞色素氧化酶（cytochrome oxidase），由細胞色素蛋白c，a和a3構成，含有兩個血紅素基團和三個銅離子。

氧化磷酸化抑制劑：

氧化磷酸化抑制劑根據其作用機制可分為三類：分別是線粒體呼吸抑制劑、磷酸化抑制劑和解偶聯劑。

一、 線粒體呼吸抑制劑

這類抑制劑抑制呼吸鏈的電子傳遞，也就是抑制氧化。氧化是磷酸化的基礎，抑制氧化意味著抑制了磷酸化。常用的呼吸鏈抑制劑有：

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

            ↑                             ↑                                              ↑

        魚藤酮                     抗霉素A                               硫化物、氰化物

        安密妥                                                            疊氮化物、一氧化碳

      殺粉蝶霉素

1.1    魚藤酮（Rotenone）：提取自熱帶植物毛魚藤（Derris elliptica）和醉魚豆（Lonchocarpus nicou），是一種非毒性的電子傳遞鏈抑制劑，與Fe-S蛋白和泛醌之間的復合體I結合。

1.2    殺粉蝶霉素A（Piericidin A）：來源于鏈霉菌的一種抗生素，作用機理類似與魚藤酮。

1.3    抗霉素A（Antimycin A）：來源于鏈霉菌的抗生素，是線粒體呼吸鏈抑制劑。

1.4    硫化氫（Hydrogen sulfide, H2S）：抑制細胞色素氧化酶。

1.5    一氧化碳（Carbon monoxide, CO）：阻斷細胞色素氧化酶和O2間的傳遞，抑制Fe2+。

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二、 磷酸化抑制劑

這類抑制劑抑制ATP的合成。常用的抑制劑有：

2.1 寡霉素（Oligomycin）：來源于各種鏈霉菌的多肽類抗生素，抑制高能量磷酸轉移到ADP，也抑制電子傳遞偶聯到磷酸化過程。是ATP合酶復合物的有效抑制劑。

2.2米酵菌酸（Bongkrekic Acid）：阻斷ADP-ATP反向協同作用。

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三、 解偶聯劑

解偶聯劑（uncouplers）是能夠解離細胞色素系統電子傳遞到ATP合成這一過程的化合物統稱。這意味著電子傳遞繼續發揮作用，引起氧氣消耗，但ADP磷酸化被抑制。解偶聯劑的本質是增大線粒體內膜對H+的通透性，消除H+的跨膜梯度，因而無ATP生成。解偶聯劑只影響氧化磷酸化但不干擾底物水平磷酸化，作用是使氧化釋放出來的能量全部以熱的形式散發。常用的解偶聯劑有：

3.1 2,4-二硝基苯酚（2,4-Dinitrophenol）

3.2 雙香豆素（dicoumarol）：一種維生素K模擬物，用作一種抗凝劑。是NADH醌氧化還原酶（NQO1）的競爭抑制劑。

3.3 CCCP (Chloro carbonyl cyanide phenyl hydrazone)：最活躍的解偶聯劑，這一脂溶性底物能夠攜帶質子穿透線粒體內膜。

3.4 FCCP（Trifluoromethoxy carbonylcyanide phenylhydrazone）：一種有效的線粒體氧化磷酸化解偶聯劑，通過轉運質子穿過細胞膜而破壞ATP合成。

3.5 纈氨霉素（離子載體）：來源于鏈霉菌的一種抗生素，也是一種氧化磷酸化離子載體，通過消散穿越線粒體內膜的離子梯度發揮氧化磷酸化解偶聯作用（作用機制見圖3. 離子載體如纈氨霉素的解偶聯機制）。

圖3. 離子載體如纈氨霉素的解偶聯機制。a）跨膜電子勢/膜電位（Δψ）因膜兩邊質子的不均勻分布而存在；b）纈氨霉素可逆結合K+產生一種膜滲透復合物，能穿透線粒體內膜從而釋放K+到內部。這一電荷運動降低Δψ，從而解偶聯ATP合成和電子傳遞。

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注意事項

為了您的安全和健康，請穿實驗服并戴一次性手套操作。

本品僅用作科研研究用，不可用在人身上，不可當成商業化的殺蟲劑、殺魚藥來使用。

 — —Written/Edited by V. Shallan【版權歸MKBio懋康所有】

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