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光合磷酸化化学渗透学说的实验证据

2022.12.08

  ①阶段光合磷酸化实验

  指光合磷酸化可以相对分成照光阶段和暗阶段来进行,照光不向叶绿体悬浮液中加磷酸化底物,而断光时再加入底物能形成ATP的实验。1962年,中国的沈允钢等人,用此实验探测到光合磷酸化高能态(Z*)的存在。1963年贾格道夫(Jagendorf)等也观察到了光合磷酸化高能态的存在。起初认为Z*是一种化学物质,以此提出了光合磷酸化中间物学说。知道高能态即为膜内外的H+电化学势。所谓两阶段光合磷酸化,其实质是光下类囊体膜上进行电子传递产生了跨膜的H+电化学势,暗中利用H+电化学势将加入的ADP与Pi合成ATP。

  ②酸-碱磷酸化实验

  贾格道夫等(1963)在暗中把叶绿体的类囊体放在pH4的弱酸性溶液中平衡,让类囊体膜腔的pH下降至4(图4-16A),然后加进pH8和含有ADP和Pi的缓冲溶液(图4-16B),这样瞬间的pH变化使得类囊体膜内外之间产生一个H+梯度。这个H+梯度能使ADP与Pi生成ATP,而这时并不照光,也没有电子传递。这种驱动ATP合成的类囊体内外的pH差在活体中正是由光合电子传递和H+转运所形成的。这一酸-碱磷酸化实验给化学渗透假说以最重要的支持证据。

  ③光下类囊体吸收质子的实验

  对无pH缓冲液的叶绿体悬浮液照光,用pH计可测到悬浮液的pH升高。这是由于光合电子传递引起了悬浮液中质子向类囊体膜腔运输,使得膜内H+浓度高而膜外较低的缘故。电子传递产生了质子梯度后,质子就有反向跨膜转移的趋向,质子反向转移时,质子梯度所贮藏的能量就被用去合成ATP(图4-15)。

  以上实验都证实了米切尔的化学渗透学说的正确性,因而米切尔获得了1978年度的诺贝尔化学奖。

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