化學滲透學説

關於氧化磷酸化的機理有多種學説，如中間產物學説、變構學説、化學滲透學説等，其中被廣泛接受的是化學滲透學説。

化學滲透學説(chemiosmotic theory)由英國的米切爾（Mitchell　1961）經過大量實驗後提出。該學説假設能量轉換和偶聯機構具有以下特點：①由磷脂和蛋白多肽構成的膜對離子和質子具有選擇性　②具有氧化還原電位的電子傳遞體不勻稱地嵌合在膜內　③膜上有偶聯電子傳遞的質子轉移系統　④膜上有轉移質子的ATP酶。在解釋線粒體氧化磷酸化機理時，該學説強調：當氧化進行時，呼吸鏈起質子泵作用，質子被泵出線粒體內膜之外側（膜間隙），造成了膜內外兩側間跨膜的電化學勢差，後者被膜上ATP合成酶所利用，使ADP與Pi合成ATP（光合電子傳遞鏈的電子傳遞會伴隨膜內外兩側產生質子動力(proton motive force,pmf)，並由質子動力推動ATP的合成）。每4個質子順着電化學梯度，從膜間隙進入線粒體基質中所放出的能量可合成一個ATP分子。一個NADH+H+分子經過電子傳遞鏈後，可積累10個質子，因而共可生成2.5個ATP分子；而一個 FADH2分子經過電子傳遞鏈後，只積累6個質子，因而只可以生成1.5個ATP分子。許多實驗都證實了這一學説的正確性。

（1）呼吸鏈中的電子傳遞體在線粒體內膜中有着特定的不對稱分佈，遞氫體和電子傳遞體是間隔交替排列的，催化反應是定向的。

（2）在電子傳遞過程中，複合物I，III和IV的傳氫體起質子泵的作用，將H⁺從線粒體內膜基質側定向地泵至內膜外側空間，將電子傳給其後的電子傳遞體。

（3）線粒體內膜對質子具有不可自由透過的性質，泵到外側的H⁺不能自由返回。結果形成內膜內外的電化學勢梯度(由質子濃度差產生的電位梯度)。

（4）線粒體F1-F0-ATPase複合物能利用ATP水解能量將質子泵出內膜，但當存在足夠高的跨膜質子電化學梯度時，強大的質子流通過F1-F0-ATPase進入線粒體基質時，釋放的自由能推動ATP合成。