
化學滲透作用(Chemiosmosis)是生物能量轉換中的核心機制,指通過跨膜質子梯度驅動ATP合成的過程。該理論由英國生物化學家彼得·米切爾(Peter D. Mitchell)于1961年提出,并因此獲得1978年諾貝爾化學獎。
質子梯度的建立
在細胞呼吸或光合作用中,電子傳遞鍊(如線粒體内膜或葉綠體類囊體膜上的複合物)将質子(H⁺)從膜的一側泵至另一側,形成跨膜電化學梯度(包括濃度差和電荷差)。
來源:Alberts B, et al. Molecular Biology of the Cell, 6th ed.
ATP合成的驅動
質子順梯度回流時,通過膜上的ATP合酶(ATP synthase)通道,該酶利用質子動力勢(proton-motive force)将ADP和無機磷酸(Pi)轉化為ATP。其反應式為:
$$ce{ADP + Pi ->[text{ATP合酶}] ATP}$$
來源:Lodish H, et al. Molecular Cell Biology, 8th ed.
來源:Nelson DL, Cox MM. Lehninger Principles of Biochemistry, 7th ed.
中文術語 | 英文術語 |
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化學滲透作用 | Chemiosmosis |
質子梯度 | Proton gradient |
ATP合酶 | ATP synthase |
質子動力勢 | Proton-motive force |
電子傳遞鍊 | Electron transport chain |
化學滲透作用是水分子或其他溶劑分子通過半透膜擴散的生物學現象,其核心機制與條件如下:
化學滲透作用指水分子從水勢高(低濃度溶液)的區域通過半透膜向水勢低(高濃度溶液)的區域移動的過程。這一過程屬于自由擴散的一種,僅適用于溶劑分子(如水),溶質分子(如離子)的直接擴散不能稱為滲透作用。
在細胞中,滲透作用是物質運輸的基礎機制。例如:
需注意化學滲透偶聯(如線粒體ATP合成)是更複雜的生物化學過程,依賴質子梯度驅動,屬于能量轉化範疇,與基礎滲透作用不同。
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