细胞能量代谢背景知识
有氧呼吸的三个阶段
1. 糖酵解
葡萄糖在细胞质基质中分解为两分子的丙酮酸，释放少量能量：C6H12O6+酶→2丙酮酸(C3H4O3)+4[H]+能量(2ATP)。
2. TCA循环/柠檬酸循环
线粒体基质中，两分子的丙酮酸分解为CO2和少量能量：2丙酮酸(C3H4O3)+6H2O+酶→6CO2+20[H]+能量(2ATP)。包含乙酰CoA的形成这一准备阶段，乙酰CoA进入线粒体内参与的这个循环才是严格意义上的TCA循环阶段。
3. 氧化磷酸化
这需要线粒体内膜上的呼吸链的参与，又被称为电子传递链(electron transport chain)磷酸化。线粒体内膜上，ETC与氧结合，释放大量能量：24[H]+6O2+酶→12H2O+能量(34ATP)。
氧化磷酸化的工作原理是利用释放能量的化学反应来驱动需要能量的反应：这样的反应称为是偶联反应。电子在电子传递链上从电子供体(如NADH)到电子受体(如氧)的流动，是一个放能的过程，而ATP的合成是一个耗能的过程，需要输入能量。电子传递链和ATP合酶都在膜中，在称为“化学渗透”的过程中，通过质子穿过这层膜的运动，将能量从电子传递链转移到ATP合酶中。
前两个阶段获得的ATP属于底物水平的磷酸化(高能化合物通过酶促反应使能量传递给ADP生成ATP)，而氧化磷酸化是指电子在从被氧化(需氧)的底物传递到氧的过程中，释放出来的自由能推动ADP生成ATP的过程。
呼吸链(即ETC)由四部分组成: 复合体I(NADH) 、复合体II(FADH2)、复合体III和复合体IV。除此之外，还需要泛醌(CoQ)和细胞色素C(CytC)参与电子的传递。传递顺序如下 (从左到右) ：
由于线粒体内膜的两侧的氢离子浓度存在高低梯度(内侧(膜间区域)浓度比外侧(线粒体基质区域)浓度大)，而位于内膜上的ATP合成酶(复合物V)，可以将氢离子通过F0的氢离子通道，使氢离子从高浓度的内侧回流到低浓度的外侧，即回流到线粒体基质中，而 F1通过氢离子回流的能量，驱动ADP生成ATP。
名词解释
氧化磷酸化是一个生物化学过程，发生在真核细胞的线粒体内膜或原核生物的细胞质中，是物质在体内氧化时释放的能量通过呼吸链供给ADP与无机磷酸合成ATP的偶联反应。
ATP合成酶，又称FoF₁-ATP酶在细胞内催化能源物质ATP的合成。在呼吸或光合作用过程中通过电子传递链释放的能量先转换为跨膜质子(H+)梯度差(可想象为高水位的势能)，之后质子流顺质子梯差通过ATP合酶驱动使ADP和磷酸盐(Pi)合成ATP(类似水流带动发电机发电)。合成一个ATP分子所需的质子数估计为为3至4个。
解偶联剂(uncoupler)，指一类能抑制偶联磷酸化的化合物。能使氧化与磷酸化脱离(即解偶联)，虽然氧化照常进行，但因不能进行磷酸化而不能生成ATP，使P/O比值降低，甚至为零。FCCP(全称是Carbonyl cyanide 4-(trifluoromethoxy)phenylhydrazone，同CCCP;酸性芳香族化合物)是一种有效的线粒体氧化磷酸化解偶联剂 (IC50 = 20 nM)，是一种代谢毒素，通过跨线粒体内膜运输质子(H+能够直接通过线粒体内膜扩散，而无需通过ATP合成酶，见下图右上角部分)来破坏 ATP 合成，使线粒体膜电位去极化。
糖酵解质子流出率(glycolytic proton efflux rate，glycoPER)，糖酵解过程中源自糖酵解的质子向细胞外介质中排出的速率，不考虑CO2依赖性酸化的作用。这一测量结果与细胞外乳酸生成率高度相关。
质子渗漏(proton leak)：质子迁移到基质中，但没有产生 ATP，这使得底物氧和 ATP 的产生不能完全耦合。
有氧糖酵解，在正常生理情况下，细胞只在限氧条件下进行糖酵解，而癌细胞即使在有氧条件下也倾向于进行糖酵解;这被称为沃伯格(Warburg)效应或有氧糖酵解，是癌细胞与正常细胞的区别所在。
▲肿瘤细胞Warburg效应与正常细胞的有氧呼吸代谢途径的比较
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