8.7: 化学渗透

氧化磷酸化是一个高效的过程，可产生大量的三磷酸腺苷 （ATP），ATP 是驱动许多细胞过程的基本能量单位。氧化磷酸化涉及两个过程——电子传递链和化学渗透。

电子传输链

电子传递链涉及线粒体内膜上的一系列蛋白质复合物，这些复合物经历一系列氧化还原反应。在这个链的末端，电子还原分子氧以产生水。

电子在复合物之间的穿梭与质子从线粒体基质到膜间空间的转移相结合，这与它们的浓度梯度相反。最终，膜间空间中高浓度的质子驱动 ATP 合酶（一种嵌入内膜内的蛋白质复合物）在称为化学渗透的过程中产生 ATP。生物化学家彼得·米切尔 （Peter Mitchell） 发现了呼吸细胞合成 ATP 所需的化学渗透机制。同样，植物也利用化学渗透将来自阳光的能量转化为 ATP 形式的化学能。

ATP 合酶

ATP 合酶是一种多亚基复合物。它由一个定子（质子进出复合物的通道）、一个嵌入膜内的多单元转子 （F₀） 和一个位于线粒体基质中的催化蛋白旋钮 （F₁） 组成。入射质子与 F₀ 转子的结合使其自旋。然后旋转转子转动称为 γ 亚基的内部茎，该茎穿过 F₁ 亚基的中心。γ 亚基的旋转促进了 F₁ 亚基构象的变化，以便它们可以催化 ADP 和无机磷酸盐合成 ATP。

ATP 生产

有氧呼吸过程每消耗葡萄糖分子总共可以产生 30 或 32 个 ATP。糖酵解过程中会产生四种 ATP，但在此过程中消耗了两种，导致净总共两个 ATP 分子。每轮 Krebs 循环产生一个 ATP 分子，每个葡萄糖分子产生两个循环，产生两个 ATP 的净总数。最后，通过氧化磷酸化在电子传递链中产生 32 至 34 个 ATP，具体取决于是使用 NADH 还是 FADH₂ 作为电子载体。