
【化】 chemiosmosis; chemosmosis
chemistry
【化】 chemistry
【醫】 chemistry; chemo-; spagyric medicine
filter; infiltrate; infiltration; interpenetrate; interpenetration; penetrate
penetration; perk; permeate; pervade; pervasion; saturation; sink; soak; sop
【計】 bleed-through; percolation
【化】 effusion; infiltration; osmosis
【醫】 diosmosis; osmo-; osmose; osmosis; permeation
化學滲透(Chemiosmosis) 是指生物體内(主要線上粒體、葉綠體或某些細菌的膜結構中)通過跨膜質子梯度(質子濃度差和電勢差)驅動能量轉換的生化過程。該過程是氧化磷酸化(細胞呼吸)和光合磷酸化(光合作用)中合成ATP(三磷酸腺苷)的關鍵機制。
質子梯度的建立
在電子傳遞鍊中,電子傳遞釋放的能量用于将質子(H⁺)從膜的一側(如線粒體基質)泵至另一側(如線粒體膜間隙),形成跨膜質子濃度梯度(化學梯度)和電荷梯度(電化學梯度)。
ATP合成的驅動
質子通過位于膜上的ATP合酶(ATP synthase) 通道順梯度回流至低濃度側。此過程中,質子流的勢能推動ATP合酶的構象變化,催化ADP與無機磷酸(Pi)結合生成ATP。
反應式:
$$ ce{ADP + Pi -> ATP + H2O} $$
(源自“chemical”+“osmosis”,強調化學梯度驅動的滲透現象)
化學滲透假說由英國生物化學家彼得·米切爾(Peter D. Mitchell) 于1961年提出,并于1978年獲得諾貝爾化學獎。該理論革新了細胞能量代謝的研究,被廣泛認可為生物能量轉換的核心原理。
來源依據:
化學滲透機制統一解釋了不同類型細胞(真核細胞、原核細胞)及細胞器(線粒體、葉綠體)中ATP生成的通用原理,凸顯了生物能量轉換的高度保守性與效率性。
化學滲透(又稱化學滲透偶聯)是生物能量轉換中的核心機制,主要描述通過跨膜質子梯度驅動ATP合成的過程。以下是詳細解釋:
化學滲透是指利用跨膜電化學質子梯度(包括pH差和電位差)驅動ATP合成或分子逆濃度梯度跨膜的耗能過程。其本質是質子動力勢(質子濃度梯度與膜電位共同作用)為細胞提供能量來源。
①電子傳遞鍊:NADH提供電子,經複合物Ⅰ傳遞至輔酶Q,同時泵送質子;
②質子泵送:複合物Ⅲ、Ⅳ進一步泵送質子,最終形成膜間隙高濃度H⁺;
③梯度驅動:質子通過ATP合酶回流,觸發ATP合成。
普通滲透指溶劑分子(如水)通過半透膜的擴散現象,而化學滲透特指質子梯度驅動的能量轉換過程,需依賴生物膜上的特定蛋白複合體(如ATP合酶)。
質子動力勢(Δp)由兩部分組成:
$$
Δp = Δψ - frac{2.303RT}{F}ΔpH
$$
其中,Δψ為膜電位,ΔpH為質子濃度差,R為氣體常數,T為溫度,F為法拉第常數。
如需進一步了解電子傳遞鍊的具體步驟或ATP合酶結構,可參考和中的詳細描述。
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