
【化】 chemiosmosis; chemosmosis
chemistry
【化】 chemistry
【医】 chemistry; chemo-; spagyric medicine
filter; infiltrate; infiltration; interpenetrate; interpenetration; penetrate
penetration; perk; permeate; pervade; pervasion; saturation; sink; soak; sop
【计】 bleed-through; percolation
【化】 effusion; infiltration; osmosis
【医】 diosmosis; osmo-; osmose; osmosis; permeation
化学渗透(Chemiosmosis) 是指生物体内(主要在线粒体、叶绿体或某些细菌的膜结构中)通过跨膜质子梯度(质子浓度差和电势差)驱动能量转换的生化过程。该过程是氧化磷酸化(细胞呼吸)和光合磷酸化(光合作用)中合成ATP(三磷酸腺苷)的关键机制。
质子梯度的建立
在电子传递链中,电子传递释放的能量用于将质子(H⁺)从膜的一侧(如线粒体基质)泵至另一侧(如线粒体膜间隙),形成跨膜质子浓度梯度(化学梯度)和电荷梯度(电化学梯度)。
ATP合成的驱动
质子通过位于膜上的ATP合酶(ATP synthase) 通道顺梯度回流至低浓度侧。此过程中,质子流的势能推动ATP合酶的构象变化,催化ADP与无机磷酸(Pi)结合生成ATP。
反应式:
$$ ce{ADP + Pi -> ATP + H2O} $$
(源自“chemical”+“osmosis”,强调化学梯度驱动的渗透现象)
化学渗透假说由英国生物化学家彼得·米切尔(Peter D. Mitchell) 于1961年提出,并于1978年获得诺贝尔化学奖。该理论革新了细胞能量代谢的研究,被广泛认可为生物能量转换的核心原理。
来源依据:
化学渗透机制统一解释了不同类型细胞(真核细胞、原核细胞)及细胞器(线粒体、叶绿体)中ATP生成的通用原理,凸显了生物能量转换的高度保守性与效率性。
化学渗透(又称化学渗透偶联)是生物能量转换中的核心机制,主要描述通过跨膜质子梯度驱动ATP合成的过程。以下是详细解释:
化学渗透是指利用跨膜电化学质子梯度(包括pH差和电位差)驱动ATP合成或分子逆浓度梯度跨膜的耗能过程。其本质是质子动力势(质子浓度梯度与膜电位共同作用)为细胞提供能量来源。
①电子传递链:NADH提供电子,经复合物Ⅰ传递至辅酶Q,同时泵送质子;
②质子泵送:复合物Ⅲ、Ⅳ进一步泵送质子,最终形成膜间隙高浓度H⁺;
③梯度驱动:质子通过ATP合酶回流,触发ATP合成。
普通渗透指溶剂分子(如水)通过半透膜的扩散现象,而化学渗透特指质子梯度驱动的能量转换过程,需依赖生物膜上的特定蛋白复合体(如ATP合酶)。
质子动力势(Δp)由两部分组成:
$$
Δp = Δψ - frac{2.303RT}{F}ΔpH
$$
其中,Δψ为膜电位,ΔpH为质子浓度差,R为气体常数,T为温度,F为法拉第常数。
如需进一步了解电子传递链的具体步骤或ATP合酶结构,可参考和中的详细描述。
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