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化學滲透假說（解釋氧化磷酸化作用機理的假說）

次瀏覽 | 更新時間：2023-05-23

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化學滲透假說

解釋氧化磷酸化作用機理的假說

化學滲透假說（chemical osmotic hypothesis）是解釋氧化磷酸化作用（見氧化磷酸化）機理的一種假說。

基本信息

中文名	化學滲透假說
外文名	chemical osmotic hypothesis
別名	化學滲透理論
提出者	米切爾（P.Mitchell）
提出時間	1961年
應用學科	生物化學
適用領域	解釋氧化磷酸化作用機理

收起

簡介

1961年由英國生物化學家米切爾（P.Mitchell）提出。他認為電子傳遞鏈像一個質子泵，電子傳遞過程中所釋放的能量，可促使質子由線粒體基質移位到線粒體內膜外膜間空間形成質子電化學梯度，即線粒體外側的H+濃度大于內側并蘊藏了能量。當電子傳遞被泵出的質子，在H+濃度梯度的驅動下，通過F0F1ATP酶中的特異的H+通道或“孔道”流動返回線粒體基質時，則由于H+流動返回所釋放的自由能提供F0F1ATP酶催化ADP與Pi偶聯(lián)生成ATP。此假說假設在電子傳遞驅動下，H+循環(huán)出、進線粒體，同時生成ATP，雖能解釋氧化磷酸化過程的許多性質，但仍有許多問題未能完全闡明。

基本簡介

1.線粒體內膜上的呼吸鏈同時起質子泵的作用，可以在傳遞電子的同時將質子從線粒體基質腔轉移到膜間腔；

2.線粒體內膜上的ATP合酶復合體也能可逆地跨線粒體內膜運送質子，一方面利用水解ATP的能量將質子從基質腔轉移到膜間腔，另一方面當膜間腔存在大量質子使線粒體內膜內外存在足夠的電化學H+梯度時，質子則從膜間腔通過ATP合成酶復合物上的質子通道進入基質，同時驅動ATP合成酶合成ATP；

3.線粒體內膜本身具有離子不透過性，能隔絕包括H+、OH-在內的各種正負離子；

4.線粒體內膜上有一系列可介導基本代謝物質和選擇性轉運無機離子進入線粒體內膜的載體蛋白。

要點

1.呼吸傳遞體不對稱地分布在線粒體內膜上，呼吸鏈上的遞氫體與電子傳遞體在線粒體內膜上有著特定的不對稱分布，彼此相間排列，定向傳遞。

2.呼吸鏈的復合體中的遞氫體有質子泵的作用。它可以將H+從線粒體內膜的內側泵至外側。一般來說一對電子從NADH傳遞到O2時，共泵出6個H+。從FADH2開始，則共泵出4個H+。膜外側的H+，不能自由通過內膜而返回內側，這樣在電子傳遞過程中，在內膜兩側建立起質子濃度梯度(△pH)和膜電勢差(△E)，二者構成跨膜的H+電化學勢梯度△μH+，若將△μH+轉變?yōu)橐噪妱軻為單位，則為質子動力。質子的濃度梯度越大，則質子動力就越大，用于合成ATP的能力越強。

3.由質子動力推動ATP的合成。質子動力使H+流沿著ATP酶偶聯(lián)因子的H+通道進入線粒體基質時，釋放的自由能推動ADP和Pi合成ATP。化學滲透學說已得到充足的實驗證據。當把線粒體懸浮在無O2緩沖液中，通入O2時，介質很快酸化，跨膜的H+濃度差可以達到1.5pH單位，電勢差達0.5V，內膜的外表面對內表面是正的，并保持相對穩(wěn)定，證實內膜不允許外側的H+滲漏回內膜內側。但當加入解偶聯(lián)劑2，4二硝基苯酚(DNP)時，跨膜的H+濃度差和電勢差就不能形成，就會阻止ATP的產生。有人將嗜鹽菌的紫膜蛋白和線粒體ATPase嵌入脂質體，懸浮在含ADP和Pi溶液中，在光照下紫膜蛋白從介質中攝取H+，產生跨膜的H+濃度差，推動ATP的合成。當人工建立起跨內膜的合適的H+濃度差時，也發(fā)現(xiàn)ADP和Pi合成了ATP。

該假說的特點

1、強調線粒體膜的完整性

如果膜不完整，H+就能自由通過線粒體膜，無法在膜兩側形成質子動力是，氧化磷酸化就會解偶聯(lián)；（一些解偶聯(lián)劑就是這個機理，改變線粒體膜對H+的通透性，是電子傳遞所釋

放的能量不能用于合成ATP）

2、是定向的化學反應

ATP水解的反應是定向的，H+從線粒體內膜基質抽提到膜間隙，產生電化學質子梯度。

ATP合成的反應也是定向的，在電化學質子梯度的驅動下，H+由膜間隙，通過膜上的ATP合酶，進入線粒體基質，其能量促使ADP和Pi——ATP。

3、ATP合成的動力：質子動力勢，每進入2個H+驅動合成1個ATP；

4、電子傳遞與ATP合成是兩件相關而又不同的事件

實驗證據

(1)氧化磷酸化作用的進行需要封閉的線粒體內膜存在。

(2)線粒體內膜對H+OH-K+Cl-都是不通透的。

(3)破壞H+濃度梯度的形成（用解偶聯(lián)劑或離子載體抑制劑）必然破壞氧化磷酸化作用的進行。

(4)線粒體的電子傳遞所形成的電子流能夠將H+從線粒體內膜逐出到線粒體膜間隙。

(5)大量直接或間接的實驗證明膜表面能夠滯留大量質子，并且在一定條件下質子能夠沿膜表面迅速轉移。

(6)迄今未能在電子傳遞過程中分離出一個與ATP形成有關的高能中間化合物，亦未能分離出電子傳遞體的高能蛋白存在形式。

總結來說就是：光能提供能量使電子轉移，電子的轉移帶動質子轉移，使膜間隙質子濃度高于線粒體內膜質子濃度，形成質子濃度差，推動ATP的形成。

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