
化学渗透作用(Chemiosmosis)是生物能量转换中的核心机制,指通过跨膜质子梯度驱动ATP合成的过程。该理论由英国生物化学家彼得·米切尔(Peter D. Mitchell)于1961年提出,并因此获得1978年诺贝尔化学奖。
质子梯度的建立
在细胞呼吸或光合作用中,电子传递链(如线粒体内膜或叶绿体类囊体膜上的复合物)将质子(H⁺)从膜的一侧泵至另一侧,形成跨膜电化学梯度(包括浓度差和电荷差)。
来源:Alberts B, et al. Molecular Biology of the Cell, 6th ed.
ATP合成的驱动
质子顺梯度回流时,通过膜上的ATP合酶(ATP synthase)通道,该酶利用质子动力势(proton-motive force)将ADP和无机磷酸(Pi)转化为ATP。其反应式为:
$$ce{ADP + Pi ->[text{ATP合酶}] ATP}$$
来源:Lodish H, et al. Molecular Cell Biology, 8th ed.
来源:Nelson DL, Cox MM. Lehninger Principles of Biochemistry, 7th ed.
中文术语 | 英文术语 |
---|---|
化学渗透作用 | Chemiosmosis |
质子梯度 | Proton gradient |
ATP合酶 | ATP synthase |
质子动力势 | Proton-motive force |
电子传递链 | Electron transport chain |
化学渗透作用是水分子或其他溶剂分子通过半透膜扩散的生物学现象,其核心机制与条件如下:
化学渗透作用指水分子从水势高(低浓度溶液)的区域通过半透膜向水势低(高浓度溶液)的区域移动的过程。这一过程属于自由扩散的一种,仅适用于溶剂分子(如水),溶质分子(如离子)的直接扩散不能称为渗透作用。
在细胞中,渗透作用是物质运输的基础机制。例如:
需注意化学渗透偶联(如线粒体ATP合成)是更复杂的生物化学过程,依赖质子梯度驱动,属于能量转化范畴,与基础渗透作用不同。
【别人正在浏览】