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20世纪90年代中期，生物学界发现了细胞程序性死亡（或称细胞凋亡）的触发机制。细胞进入凋亡程序后，它不会简单地分解成碎片，而是会从内部释放出一大群蛋白质刽子手：半胱天冬酶。它们会把细胞中的DNA、RNA、碳水化合物和蛋白质等大分子切成碎片。这些碎片会用小块的细胞膜包起来，形成一个个囊泡，再喂给周围的细胞。几个小时之内，这个细胞的一切存在都会消失，连一丁点历史痕迹都不会留下。 下图A显示正常电子流沿着呼吸链流向氧气（波浪箭头），提供泵出质子的动力，质子从ATP合酶的回流（右边）驱动ATP合成。三个嵌在膜上的呼吸蛋白呈浅灰色，代表这些复合体的还原态不高，电子没有累积在复合体中，而是快速通过，传递给氧气。 图B显示在线粒体基因组与核基因组不兼容的情况下，电子流变慢所导致的各种结果。更慢的电子流会降低氧气消耗量，限制质子泵出数量，降低膜电位，妨碍ATP合成。深灰色的蛋白复合体代表电子在呼吸链中迟滞堆积的状态。复合体I呈高还原态，因而很容易与氧气直接反应，形成超氧自由基等自由基分子。 图C中，如果这种状态不能在几分钟内得到缓解，自由基分子就会与膜脂质发生反应，特别是心磷脂，使细胞色素c从膜上脱离（图A和B中松散连在膜上的小蛋白质，在图C中脱离了）。细胞色素c的流失会完全中断电子流，让呼吸蛋白的还原态更高（现在用黑色表示），进一步增加自由基泄漏，使膜电位和ATP合成崩解。这些因素会共同启动细胞的程序性死亡，导致细胞凋亡。 细胞中有很多机制都能迅速清除累积的超氧自由基，尤其是超氧化物歧化酶，但是这类酶的合成数量会受到严格的调控。太多的话，反而会有关闭局部报警信号的风险。自由基就像火灾放出的烟雾；光是除掉烟雾并不能解决问题。现在的根本问题在于两个基因组的运作配合不良，电子流动受阻，因此产生超氧自由基，就像冒出的烟雾警示着火灾的发生。 自由基数量超过一定的阈值，就会氧化附近的内膜脂质，尤其是心磷脂，这会造成一种呼吸蛋白——细胞色素c脱离内膜，因为细胞色素c通常都松散地系留在内膜的心磷脂上。细胞色素c是呼吸链中电子通往氧气的必经之路；失去了细胞色素c，电子再也无法到达呼吸链的终点，电子流也就完全中断。没有电子流就没有质子泵，膜电位也会很快崩解。所以，呼吸作用中的电子流有三个变化阶段：首先是电子流减缓，ATP合成速度随之降低；然后是高还原态的铁硫簇与氧气直接反应，产生大量自由基，导致细胞色素c脱离内膜；最后，没有什么措施来补救这些变化，线粒体膜电位就会崩解，细胞程序性死亡机制启动。  |
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