2.3?生物細(xì)胞內(nèi)的信息流

2.3.1?酶介導(dǎo)的信息流

? ? ? ?生命體與非生命體統(tǒng)一于物理層面，分道與化學(xué)層面。這里的物理層面是指元素水平上的差異，而化學(xué)層面主要體現(xiàn)在組成生物體的一些化學(xué)物質(zhì)（如酶）會(huì)具有一定的活性，其結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)一定程度的變動(dòng)，表現(xiàn)為一種構(gòu)象時(shí)具有一定的活性，而另一種構(gòu)象時(shí)卻表現(xiàn)為另一種活性狀態(tài)。

? ? ? ?能流進(jìn)化論認(rèn)為，細(xì)胞的基本組成單位是由酶作為能量傳遞介體的能量傳遞單元，即“能量供體→酶→能量受體”。細(xì)胞內(nèi)的能量傳遞單元相互影響，相互制約，驅(qū)動(dòng)了能量供體中的電子向能量受體方向傳遞，同時(shí)將能量供體中的部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能。

? ? ? ?在一個(gè)特定細(xì)胞中，物質(zhì)分子的布朗運(yùn)動(dòng)，以及不同種類(lèi)物質(zhì)分子之間的相互作用，使得特定微環(huán)境中以酶作為能量傳遞介體的能量供體和能量受體的濃度時(shí)刻發(fā)生著變化，而且這種變化具有隨機(jī)性，進(jìn)一步導(dǎo)致特定微環(huán)境中“能量供體→酶→能量受體”這一能量傳遞單元的不穩(wěn)定性，進(jìn)而導(dǎo)致所屬體系結(jié)構(gòu)和功能的不穩(wěn)定。

? ? ? ?細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展已經(jīng)表明，生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能是相對(duì)穩(wěn)定的，這就說(shuō)明，一個(gè)結(jié)構(gòu)和功能不穩(wěn)定的非生命體系是不可能演化成細(xì)胞生命體的。反過(guò)來(lái)講，細(xì)胞生命體的出現(xiàn)表明，特定的酶與其能量供體和能量受體組成的能量傳遞單元是相對(duì)穩(wěn)定的，這便要求該酶具有能及時(shí)、快速的識(shí)別其能量供體和能量受體的能力，即酶與其能量供體和能量受體之間的信息交流具有特異性和快速識(shí)別的特性。在能量流的驅(qū)動(dòng)下，酶逐漸演變?yōu)橹蛔R(shí)別特定能量供體和能量受體的能量傳遞介體。

? ? ? ?那么，酶與其能量供體和能量受體是如何進(jìn)行信息交流的呢？又是如何保障特異性和高效性的呢？以下將從酶的結(jié)構(gòu)和分布兩個(gè)方面來(lái)解析：

? ? ? ?1）結(jié)構(gòu)方面的策略

? ? ? ?酶是具有催化活性的蛋白質(zhì)，其結(jié)構(gòu)組成主要是氨基酸。組成蛋白質(zhì)的氨基酸都是電中性的，在電性方面是相對(duì)穩(wěn)定的，但其也包含著兩個(gè)相對(duì)不穩(wěn)定的因素：一個(gè)是容易失去電子的氨基，一個(gè)是容易獲取電子的羧基。那么，為什么氨基酸會(huì)有這兩個(gè)相對(duì)不穩(wěn)定的共性？

? ? ? ? 氨基和羧基讓不同的氨基酸可以相互連接，即一個(gè)氨基酸的氨基與另一個(gè)氨基酸的羧基通過(guò)脫水縮合形成肽鍵。在電荷分布上，肽鍵令一個(gè)氨基酸的氨基和另一個(gè)氨基酸的羧基相對(duì)單獨(dú)的氨基和羧基而言更加穩(wěn)定。盡管如此，新合成的產(chǎn)物仍然存在一個(gè)電荷相對(duì)不穩(wěn)定的氨基和羧基。然而，就電荷分布的穩(wěn)定性而言，相互連接的氨基酸越多，不穩(wěn)定部分所占的比例就越低，進(jìn)而使得整個(gè)產(chǎn)物的電荷穩(wěn)定性增加。物質(zhì)的電子分布越穩(wěn)定，就越適合自然界對(duì)組成物質(zhì)電子穩(wěn)定性的需求，就有存在的必要，也就有出現(xiàn)的可能。

? ? ? ?可以把酶看成是一根一頭接水龍頭，一頭接水桶的水管。組成酶的每一個(gè)氨基酸相當(dāng)于一根水管，氨基酸通過(guò)肽鍵連接而成的多肽鏈可以看作是由不同的水管連接而成的新的水管。如果一直是線性的排列，隨著多肽鏈長(zhǎng)度的增加，電子的分布受環(huán)境的影響就越大，不穩(wěn)定性也就隨之增加，這必然不符合物質(zhì)對(duì)穩(wěn)定性的需求。也就是說(shuō)，如果氨基酸是線性排列，隨著多肽鏈的延長(zhǎng)，多肽鏈上的電子分布就會(huì)發(fā)生從不穩(wěn)定到相對(duì)穩(wěn)定再到不穩(wěn)定的變化。物質(zhì)對(duì)穩(wěn)定性的需求決定了多肽鏈不可能以線性的形式存在。事實(shí)上，多肽鏈只是酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)，在其合成過(guò)程中，多肽鏈會(huì)通過(guò)α-螺旋、?-折疊、?-轉(zhuǎn)角、無(wú)規(guī)則卷曲等形式變成二級(jí)結(jié)構(gòu)，該二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步折疊變成球形、橢球形等，這些變化的結(jié)果都是令酶分子在整體上實(shí)現(xiàn)電子分布的相對(duì)更好的穩(wěn)定。

? ? ? ?2）分布方面的策略

? ? ? ?如果細(xì)胞內(nèi)所有的酶和能量供體、能量受體等是隨機(jī)分布的，那么，“能量供體→酶→能量受體”這一能量傳遞單元的不穩(wěn)定性就會(huì)增加，這必然違背自然界在能量流方面的需求，是要被自然界所淘汰的?！峨[藏的動(dòng)力：生物在自然界中的價(jià)值》一書(shū)中的“生命起源”一章有說(shuō)明，在自然界能量流方面需求的驅(qū)動(dòng)下，不同的能量傳遞單元之間，特別是在存在“共享能量供體”、“共享能量受體”或者“共享能量傳遞介體”時(shí)，會(huì)向著最有利于能量傳遞的方向演變（注意，并不是不存在不利于能量傳遞的演變，而是這種演變?cè)谧匀贿x擇過(guò)程中被淘汰了）。伴隨著這個(gè)過(guò)程，能量供體之間、能量受體之間、能量傳遞介體之間以及能量傳遞單元之間也出現(xiàn)了反映它們之間關(guān)系的兩種信息，即“競(jìng)爭(zhēng)”與“合作”。有利于能量傳遞的能量傳遞單元之間便是“合作”關(guān)系，同一功能位的能量傳遞單元之間便是“競(jìng)爭(zhēng)”關(guān)系。事實(shí)上，細(xì)胞中的酶并不是隨機(jī)分布的，它們被各種細(xì)胞器分組，提高了它們與能量供體和能流受體的接觸幾率。例如，真核細(xì)胞中參與三羧酸循環(huán)的酶均位于線粒體內(nèi)，電子傳遞鏈上的酶則位于線粒體的內(nèi)膜上，這種分布利于電子從能量供體乙酰輔酶A經(jīng)NADH向O2方向傳遞。

? ? ? ?能流進(jìn)化論將處于同一個(gè)細(xì)胞體系中的物質(zhì)按其在能量流中的作用分為兩類(lèi)：一類(lèi)是中央能量控制系統(tǒng)；一類(lèi)是輔助系統(tǒng)。中央能量控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)能量的獲取、傳遞、儲(chǔ)存、分配等，是非生命態(tài)體系向生命體演變過(guò)程所依附的“地基”。該系統(tǒng)可有效提高一個(gè)體系的能量傳遞及利用效率，在介導(dǎo)能量供體中的能量進(jìn)行釋放和傳遞的同時(shí)，也維持著自身結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定。在細(xì)胞內(nèi)，參與糖酵解途徑、三羧酸循環(huán)、磷酸戊糖途徑、電子傳遞鏈、脂肪酸代謝等過(guò)程的物質(zhì)分子都屬于這個(gè)系統(tǒng)，它們?cè)谀芰康尼尫藕蛡鬟f過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。

? ? ? ?輔助系統(tǒng)的功能主要體現(xiàn)于抑制或削弱其競(jìng)爭(zhēng)者的競(jìng)爭(zhēng)能力，以及維持自身系統(tǒng)的穩(wěn)定性或抵抗來(lái)自競(jìng)爭(zhēng)者的攻擊等。輔助系統(tǒng)讓所屬細(xì)胞體系的能量傳遞能力的穩(wěn)定性和持續(xù)性得到保障，主要包括遺傳信息、調(diào)控信息等。

? ? ? ?綜上所述，生物細(xì)胞內(nèi)的信息按信息載體可分為：能量供體信息、能流受體信息、能量傳遞介體信息、輔助信息（如遺傳信息、調(diào)控信息等）等。按物質(zhì)或系統(tǒng)之間的關(guān)系可將細(xì)胞內(nèi)的信息分為：競(jìng)爭(zhēng)信息和合作信息?；诖耍锛?xì)胞內(nèi)的信息流主要包括：1）能量流上的信息流，即“能量供體?能量傳遞介體?能量受體”；2）DNA、RNA和蛋白質(zhì)之間的遺傳信息流；3）調(diào)控因子與被調(diào)控因子之間的調(diào)控信息流；4）存在競(jìng)爭(zhēng)或合作關(guān)系的物質(zhì)分子或系統(tǒng)之間的信息流。

2.3.2?基于能流和信息流的電子傳遞鏈構(gòu)想

? ? ? ? 電子傳遞鏈?zhǔn)且幌盗须娮虞d體按對(duì)電子親和力逐漸升高的順序組成的電子傳遞系統(tǒng)。所有組成成分都嵌合于線粒體內(nèi)膜或葉綠體類(lèi)囊體膜或其他生物膜中,而且按順序分段組成分離的復(fù)合物，在復(fù)合物內(nèi)各載體成分的物理排列也符合電子流動(dòng)的方向。其中線粒體中的電子傳遞鏈?zhǔn)前殡S著營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的氧化放能，又稱作呼吸鏈。

? ? ? ?1961年英國(guó)生物化學(xué)家米切爾（P. Mitchell）提出了電子傳遞的化學(xué)滲透假說(shuō)。他認(rèn)為電子傳遞鏈像一個(gè)質(zhì)子泵，電子傳遞過(guò)程中所釋放的能量，可促使質(zhì)子由線粒體基質(zhì)移位到線粒體內(nèi)膜與外膜間空間形成質(zhì)子電化學(xué)梯度，即線粒體內(nèi)膜外側(cè)的H+濃度大于內(nèi)側(cè)并蘊(yùn)藏了能量。當(dāng)電子傳遞時(shí)，質(zhì)子（H+）被泵出到內(nèi)膜外測(cè)，在H+濃度梯度的驅(qū)動(dòng)下，H+通過(guò)FoF1 ATP酶中的特異的H+通道或“孔道”流動(dòng)返回線粒體基質(zhì)時(shí)，由H+流動(dòng)返回所釋放的自由能驅(qū)動(dòng)FoF1 ATP酶催化ADP與Pi偶聯(lián)生成ATP。此假說(shuō)假設(shè)在電子傳遞驅(qū)動(dòng)下，H+循環(huán)出、進(jìn)線粒體，同時(shí)生成ATP，雖能解釋氧化磷酸化過(guò)程的許多性質(zhì)，但仍有許多問(wèn)題未能完全闡明。

? ? ? ?能流進(jìn)化論認(rèn)為，生物體以及組成生物體的細(xì)胞均是能量傳遞介體，其價(jià)值是介導(dǎo)食物（能量供體）中的能量流向能量受體（也稱電子受體，指環(huán)境中用以接收細(xì)胞代謝過(guò)程產(chǎn)生的流經(jīng)電子傳遞鏈的電子的氧化性物質(zhì)，如氧氣），以驅(qū)動(dòng)自然界能量分布的相對(duì)均衡。由于能量供體在細(xì)胞內(nèi)的代謝過(guò)程是由一系列的氧化還原反應(yīng)組成，而氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是電子的得失與轉(zhuǎn)移，因而能量進(jìn)化論還認(rèn)為，細(xì)胞的功能單位是由提供電子的還原性物質(zhì)、介導(dǎo)電子傳遞的催化酶和接收電子的氧化性物質(zhì)組成的能量傳遞單元?？傊芰鬟M(jìn)化論認(rèn)為，能量供體中的部分電子經(jīng)組成細(xì)胞的一系列的能量傳遞單元傳遞給能量受體，在這個(gè)過(guò)程中，在自然條件下難以釋放和傳遞的化學(xué)能被轉(zhuǎn)化為相對(duì)更容易在自然界釋放和傳遞的熱能?；诖耍髡哒J(rèn)為電子傳遞鏈在化學(xué)滲透假說(shuō)的基礎(chǔ)上做如下修訂，可能更合適。

? ? ? ?原假說(shuō)觀點(diǎn)1.?線粒體內(nèi)膜上的呼吸鏈同時(shí)起質(zhì)子泵的作用，可以在傳遞電子的同時(shí)將質(zhì)子從線粒體基質(zhì)腔轉(zhuǎn)移到膜間腔。

? ? ? ?新構(gòu)想認(rèn)為線粒體內(nèi)膜上的呼吸鏈同時(shí)起質(zhì)子泵的作用，在泵出的同時(shí)，促進(jìn)了電子向下游復(fù)合體的流動(dòng)。區(qū)別在于，原假說(shuō)認(rèn)為電子的傳遞是質(zhì)子泵出的原因，而新構(gòu)想認(rèn)為電子的傳遞是質(zhì)子泵出的結(jié)果。

? ? ? ?我的觀點(diǎn)：呼吸鏈上的還原酶復(fù)合體具有兩個(gè)功能：一是輔助底物脫氫；二是將脫下的H+轉(zhuǎn)移到內(nèi)膜外側(cè)。還原酶的脫氫功能眾所周知，不多解釋。先探討兩個(gè)問(wèn)題：1）電子傳遞鏈為什么需要脫氫酶，為什么需要脫氫？2）H+是如何轉(zhuǎn)移到線粒體內(nèi)膜外側(cè)的，是什么力的作用驅(qū)動(dòng)了這一過(guò)程？

? ? ? ?如果將葡萄糖、細(xì)胞和氧氣看成是一個(gè)系統(tǒng)，在細(xì)胞呼吸作用的影響下，葡萄糖被轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳。從能流的角度看，細(xì)胞的呼吸作用可以看作是葡萄糖中的電子經(jīng)細(xì)胞傳遞給氧氣，細(xì)胞就是一個(gè)電子傳遞介體。既然如此，細(xì)胞內(nèi)參與呼吸作用的所有的化學(xué)反應(yīng)的主要矛盾就應(yīng)該是驅(qū)動(dòng)電子的流動(dòng)，電子傳遞鏈自然也不例外，即發(fā)生在電子傳遞鏈上的生化反應(yīng)的主要目的就是驅(qū)動(dòng)電子的流動(dòng)。明確了這個(gè)關(guān)系，那么，在質(zhì)子與電子的關(guān)系中，就不應(yīng)該有所爭(zhēng)議，即質(zhì)子的泵出是為電子在電子傳遞鏈上的傳遞服務(wù)的，而不是化學(xué)滲透假說(shuō)中所說(shuō)的電子的傳遞是為了質(zhì)子的泵出。

? ? ? ?正如河道與水流的關(guān)系，河道是為水流服務(wù)的，水也會(huì)選擇合適的河道傳遞。如果河道堵塞，其介導(dǎo)水流的能力降低，那么水就會(huì)選擇其它更合適的河道。電子的傳遞也是如此，它們也會(huì)選擇更合適的電子傳遞通道，例如，當(dāng)在硫還原地桿菌的培養(yǎng)液里同時(shí)加入延胡索酸和水鐵礦兩種電子受體時(shí)，在電子傳遞鏈上傳遞的電子就有兩種選擇：一是傳遞給延胡索酸；一是傳遞給水鐵礦。延胡索酸可在細(xì)胞內(nèi)接收電子，而水鐵礦只能在細(xì)胞外接收電子，因而相比較而言，電子應(yīng)該優(yōu)先選擇延胡索酸，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也是如預(yù)期所示。當(dāng)利用抑制劑如魚(yú)藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素等阻斷電子傳遞鏈時(shí)，細(xì)胞就需要其它的電子傳遞途徑，如果不存在這樣的途徑，那細(xì)胞最終只能走向死亡。

? ? ? ?再者，我們知道化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)上是電子的得失或轉(zhuǎn)移，提供電子的化合物我們稱之為電子供體，接收電子的化合物我們稱之為電子受體。電子得失或轉(zhuǎn)移的前提是兩個(gè)化合物之間存在電勢(shì)差（ΔE）。換句話說(shuō)，如果兩個(gè)反應(yīng)物之間存在足夠的電勢(shì)差，那么電子供體中的電子就有傳遞至電子受體的可能。我們知道，很多化學(xué)反應(yīng)需要在高溫、高壓等條件下才會(huì)發(fā)生，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定的生物體而言，需要特殊條件的化學(xué)反應(yīng)是不允許的。換言之，生物體內(nèi)發(fā)生氧化還原反應(yīng)的兩個(gè)化合物之間，電子應(yīng)該相對(duì)比較容易的發(fā)生轉(zhuǎn)移。然而，如果兩個(gè)化合物之間的電子轉(zhuǎn)移太容易發(fā)生，那么細(xì)胞內(nèi)整體電子的流速必然很快，進(jìn)而導(dǎo)致能量難以及時(shí)的利用，勢(shì)必造成能量的浪費(fèi)。能量進(jìn)化論認(rèn)為，生物體在介導(dǎo)能量流動(dòng)的同時(shí)，還需要從中獲取維持自身能量傳遞能力的能量。這便出現(xiàn)了一對(duì)矛盾，即電子的轉(zhuǎn)移既要相對(duì)比較容易的發(fā)生，又要控制其發(fā)生的速度，以利于生物從中獲取維持自身能量傳遞能力的能量。那么，生物體是如何來(lái)解決這對(duì)矛盾的呢？

? ? ? ?生物體的策略（作者的觀點(diǎn)）：

? ? ? ?假設(shè)電子供體為A，電子受體為B，二者電勢(shì)差為ΔE。在ΔE條件下，電子不能從A轉(zhuǎn)移至B。這個(gè)時(shí)候，脫氫酶出現(xiàn)了，它先將A的一個(gè)H+脫去，導(dǎo)致A帶負(fù)電，進(jìn)而增加了A與B之間的電勢(shì)差，變?yōu)?i>ΔE’，此時(shí)，A攜帶的電子就相對(duì)比較容易的轉(zhuǎn)移給B?了。因此，我認(rèn)為脫氫酶是控制兩個(gè)化合物之間電子流動(dòng)的開(kāi)關(guān)，其通過(guò)對(duì)電子供體的脫氫，改變電子供體與電子受體之間的電勢(shì)差，保證了電子從電子供體往下游電子受體傳遞的可能。

? ? ? ?既然兩個(gè)化合物之間存在合適的電勢(shì)差是它們之間能發(fā)生電子傳遞的前提，那么，通過(guò)脫氫酶增加兩個(gè)化合物之間電勢(shì)差就應(yīng)該是化合物之間發(fā)生電子傳遞的原因。

? ? ? ? 對(duì)于前述第二個(gè)問(wèn)題，H+是如何轉(zhuǎn)移到線粒體內(nèi)膜外側(cè)的？是什么力的作用驅(qū)動(dòng)了這一過(guò)程？我的觀點(diǎn)是，脫氫酶具有兩種功能，一是奪氫功能，即破壞底物（電子供體）中H+的穩(wěn)定性，使其與自身的親和力更強(qiáng)；二是遞氫功能，即把底物中穩(wěn)定性較差的H+傳遞給天然受體，如煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）、細(xì)胞色素等。此外，當(dāng)某一脫氫酶在一特定環(huán)境中不存在天然受體時(shí)，該脫氫酶會(huì)與另外一種有天然受體的脫氫酶組成超脫氫酶復(fù)合體。已有研究證明，電子傳遞鏈上的脫氫酶復(fù)合體不是獨(dú)立存在的，而是組成一個(gè)超脫氫酶復(fù)合體，通過(guò)結(jié)構(gòu)解析，也發(fā)現(xiàn)這些脫氫酶復(fù)合體之間存在結(jié)合位點(diǎn)（Guo, R., et al., 2017. Architecture of human mitochondrial respiratory megacomplex I2III2IV2. Cell 170, 1247–1257）。

? ? ? ? 基于以上猜想，當(dāng)脫氫酶與底物（電子供體）結(jié)合時(shí)，電子供體中的H+與脫氫酶有相對(duì)更高的親和度，在H+偏向脫氫酶的瞬間，電子供體和電子受體之間利于電子傳遞的電勢(shì)差形成。由于電子的轉(zhuǎn)移速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于H+在脫氫酶和電子供體之間的轉(zhuǎn)移速度，電子一旦轉(zhuǎn)移至電子受體，根據(jù)化合物電荷守衡原理，電子供體與H+之間的結(jié)合力會(huì)進(jìn)一步減弱。在這種情況下，被脫氫酶奪走的H+將難以重新回到電子供體。對(duì)于脫氫酶而言，雖然其對(duì)H+具有一定的親和力，然而，為了維持自身的電荷守恒，其不可能接受這個(gè)H+，結(jié)果便是，?H+以游離態(tài)存在。

? ? ? ? 游離態(tài)的H+在脫氫酶復(fù)合體上就存在兩個(gè)方向上的移動(dòng)可能：一是留在線粒體基質(zhì)，一是流入線粒體內(nèi)膜與外膜之間的間隙。大量直接或間接的實(shí)驗(yàn)證明，膜表面能夠滯留大量H+，并且在一定條件下質(zhì)子能夠沿膜表面迅速轉(zhuǎn)移，表明H+在流動(dòng)方向的選擇中選擇了后者。那么，是什么力推動(dòng)了H+選擇后者的呢？這個(gè)問(wèn)題會(huì)在后面回答。

? ? ? ?原假說(shuō)觀點(diǎn)2.?線粒體內(nèi)膜上的ATP合酶復(fù)合體也能可逆地跨線粒體內(nèi)膜運(yùn)送質(zhì)子，一方面利用水解ATP的能量將質(zhì)子從基質(zhì)腔轉(zhuǎn)移到膜間腔，另一方面當(dāng)膜間腔存在大量質(zhì)子使線粒體內(nèi)膜內(nèi)外存在足夠的電化學(xué)H+梯度時(shí)，質(zhì)子則從膜間腔通過(guò)ATP合成酶復(fù)合物上的質(zhì)子通道進(jìn)入基質(zhì)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)ATP合成酶合成ATP。

? ? ? ?新構(gòu)想認(rèn)為，呼吸鏈上的各種脫氫酶復(fù)合體以及ATP合酶復(fù)合體，均具有質(zhì)子交換膜的性質(zhì)，既可允許質(zhì)子泵出，又可允許質(zhì)子泵入。對(duì)于ATP的合成，是電子經(jīng)ATP合酶流出所產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存在ATP中化學(xué)能的過(guò)程，而不是由H+因內(nèi)膜兩側(cè)的濃度差和電勢(shì)差，經(jīng)ATP合酶流入線粒體基質(zhì)過(guò)程所產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存在ATP中化學(xué)能的過(guò)程。線粒體內(nèi)膜兩側(cè)的H+梯度為電子的流動(dòng)提供了可能，氧氣是在內(nèi)膜外側(cè)接收電子和H+結(jié)合生成H2O，氧氣的存在直接驅(qū)動(dòng)了質(zhì)子的流動(dòng)，間接驅(qū)動(dòng)了電子的流動(dòng)。此外，新構(gòu)想認(rèn)為，ATP合酶的Fo復(fù)合體相當(dāng)于一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，電子在其中流動(dòng)的過(guò)程也就是電能轉(zhuǎn)化為這臺(tái)電動(dòng)機(jī)機(jī)械能的過(guò)程。F1復(fù)合體是合成和水解ATP的區(qū)域，在這里Fo復(fù)合體產(chǎn)生機(jī)械能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存在ATP中的化學(xué)能。這個(gè)過(guò)程就像水力發(fā)電站與電視機(jī)之間的邏輯關(guān)系：一種邏輯是將水的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，有了電能，電視機(jī)才能運(yùn)行（類(lèi)比H+的泵出驅(qū)動(dòng)電子的流動(dòng)，電流的電能經(jīng)ATP合酶轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存在ATP中的化學(xué)能）；另一種邏輯是，電能轉(zhuǎn)化為水的動(dòng)能，有了水的動(dòng)能，電視機(jī)才能運(yùn)行（類(lèi)比原假說(shuō)中的電子的流動(dòng)驅(qū)動(dòng)H+的泵出，H+在ATP合酶中流動(dòng)時(shí)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存在ATP中的化學(xué)能）?？纯次覀?nèi)粘＜译姷倪\(yùn)行，我覺(jué)得沒(méi)有人會(huì)認(rèn)可第二種邏輯。

? ? ? ? 再者，原假說(shuō)認(rèn)為，是H+通過(guò)Fo復(fù)合體時(shí)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存在ATP中化學(xué)能。如果H+經(jīng)ATP合酶流入線粒體基質(zhì)過(guò)程所產(chǎn)生的動(dòng)能可以轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存在ATP中化學(xué)能，那么，H+被脫氫酶復(fù)合體泵出時(shí)的動(dòng)能為什么就不能直接驅(qū)動(dòng)ATP的合成？或者說(shuō)，為什么是“質(zhì)子泵→H+流出質(zhì)子泵時(shí)的動(dòng)能→H+流入ATP合酶時(shí)的動(dòng)能→ATP”，而不是“質(zhì)子泵→H+流出質(zhì)子泵時(shí)的動(dòng)能→ATP”？況且，在ATP合酶復(fù)合體區(qū)域，還存在一個(gè)因H+濃度差而形成的電勢(shì)差，為質(zhì)子通過(guò)Fo復(fù)合體也提供了驅(qū)動(dòng)力。在前面質(zhì)子的泵出過(guò)程缺少這個(gè)電勢(shì)差的輔助，這便意味著最初質(zhì)子從線粒體基質(zhì)泵入內(nèi)膜和外膜間隙時(shí)，需要耗費(fèi)更多的能量。原假說(shuō)的情況就變成，細(xì)胞耗費(fèi)更多的能量就是為了合成一小部分儲(chǔ)存在ATP里的能量?？梢韵胂鬄檫@樣一種場(chǎng)景，一個(gè)人利用抽水機(jī)將地面的水抽到高出，然后再利用一臺(tái)機(jī)器為抽到高出的水流向地面時(shí)提供一個(gè)驅(qū)動(dòng)力，使水留下時(shí)的動(dòng)能經(jīng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。這于情于理都說(shuō)不過(guò)去，更何況細(xì)胞內(nèi)的各種調(diào)控是如此精細(xì)，怎么可能會(huì)出現(xiàn)這種浪費(fèi)能量現(xiàn)象？

? ? ? ?如果按照我提出的氧氣是在內(nèi)膜外側(cè)接收電子和H+結(jié)合生成H2O，問(wèn)題就解決了。氧氣在內(nèi)膜外側(cè)接收電子，同時(shí)不斷的消耗H+，?H+消耗的同時(shí)也為脫氫酶脫氫過(guò)程產(chǎn)生的自由H+往內(nèi)膜外側(cè)的流動(dòng)提供了牽引力，正是該牽引力的存在，?使得H+在選擇繼續(xù)留在線粒體基質(zhì)中還是流入內(nèi)膜外側(cè)的選擇中選擇了往內(nèi)膜外側(cè)流動(dòng)（這也回答了前面預(yù)留的問(wèn)題）。

? ? ? ?新構(gòu)想有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

? ? ? ?1）減少了水和氧氣在線粒體內(nèi)膜上的進(jìn)出。既然電子傳遞鏈的最終產(chǎn)物是水，如果是在線粒體基質(zhì)中合成水，為了維持最終的滲透平衡，合成的水最終還是要排出來(lái)，既然如此，為何當(dāng)初就不能直接在內(nèi)膜外側(cè)合成呢？雖然水和氧氣是膜通透性的，但減少在內(nèi)膜上的進(jìn)出更利于生物體的滲透平衡。

? ? ? ?2）進(jìn)一步解釋了生物體為什么需要水。我們都知道生物體的存活需要水，一個(gè)原因就是因?yàn)樯矬w內(nèi)的很多代謝反應(yīng)需要水的存在和參與，在新構(gòu)想中，生物體內(nèi)水的流動(dòng)是內(nèi)膜外側(cè)H+流動(dòng)的原動(dòng)力，同時(shí)，電子傳遞鏈上生成的水也為水在生物體中的流動(dòng)起到了推動(dòng)作用。

? ? ? ? 對(duì)于耗氧生物而言，氧氣是最終的電子受體，然而對(duì)與很多厭氧生物而言，它們所需要的很多電子受體是難溶性的金屬氧化物，這些金屬氧化物顆粒比較大，很難進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，這就需要生物體將電子傳遞到細(xì)胞外，交給外面的電子受體，這個(gè)過(guò)程就是胞外電子傳遞，也稱作胞外呼吸，具有胞外呼吸特性的微生物成為胞外呼吸菌。如果按原假說(shuō)，是質(zhì)子濃度梯度，即質(zhì)子在ATP合酶中的流動(dòng)是ATP合成的原因。這便出現(xiàn)一對(duì)矛盾，電子往外胞外傳遞，質(zhì)子卻往胞內(nèi)傳遞，那么最終結(jié)果是微生物帶正電了，這也違背了電荷守恒原則。