[科普中国]-光介导ATP合成

又称紫膜光合磷酸化作用。嗜盐菌在无氧条件下，利用光能所造成的紫膜蛋白上视黄醛辅基构象的变化，可使质子不断驱至膜外，从而在膜两侧建立一个质子动势，再由它来推动ATP酶合成ATP，此即光介导ATP合成。这是一种直至1970年代才发现的、只在嗜盐菌中才有的无叶绿素或菌绿素参与的独特光合作用。嗜盐菌是一类必须在高盐(3.5～5.0mol/L NaCl)环境中才能正常生长的古生菌，广泛分布在盐湖、晒盐场或盐腌海产品上，常见的咸鱼上的红紫斑块就是嗜盐菌的细胞堆。主要代表有盐生盐杆菌、盐沼盐杆菌和红皮盐杆菌等。

简介又称紫膜光合磷酸化作用。嗜盐菌在无氧条件下，利用光能所造成的紫膜蛋白上视黄醛辅基构象的变化，可使质子不断驱至膜外，从而在膜两侧建立一个质子动势，再由它来推动ATP酶合成ATP，此即光介导ATP合成。这是一种直至1970年代才发现的、只在嗜盐菌中才有的无叶绿素或菌绿素参与的独特光合作用。1

作用机理嗜盐菌是一类必须在高盐(3.5～5.0mol/L NaCl)环境中才能正常生长的古生菌，广泛分布在盐湖、晒盐场或盐腌海产品上，常见的咸鱼上的红紫斑块就是嗜盐菌的细胞堆。主要代表有盐生盐杆菌、盐沼盐杆菌和红皮盐杆菌等。1

H.halobiium是一种能运动的杆菌，因在细胞内富含类胡萝卜素而使其呈红色、桔黄色或黄色。从该菌细胞膜的制备物中可分离出红色与紫色两个组分，前者主要含红色类胡萝卜素、细胞色素和黄素蛋白等用于氧化磷酸化反应的呼吸链载体成分，一般称红膜，后者则在膜上呈斑片状独立分布，每斑直径约0.5 μm，其总面积约占细胞膜的50%，这就是能进行独特光合作用的紫膜。紫膜由称作细菌视紫红质(或细菌紫膜质)的蛋白质(占75%)和类脂(占25%)组成，前者与人眼视网膜上柱状细胞中所含的一种功能相似的蛋白质——视紫红质十分相似，两者都以紫色的视黄醛作辅基。1

过程目前认为，细菌的视紫红质的功能与叶绿素相似，能吸收光能，并在光量子的驱动下起着质子泵作用。这时，它将反应中产生的质子一一逐出细胞膜外，从而使紫膜内外形成一个质子梯度差。根据化学渗透学说，这一梯度雅(即质子动势)在驱使H通过ATP酶的孔道进入膜内以达到质子平衡时，就会产生ATP。当环境中氧气浓度很低时，嗜盐菌无法利用氧化磷酸化来满足其正常的能量需要，这时，若光照条件适宜，它就能合成紫膜，并利用紫膜的光介导ATP合成机制获得必要的能量。1

应用嗜盐菌紫膜光合磷酸化的发现，使人们对光合作用类型的了解增添了新的内容，对光合作用机制的认识也进入了一个更深的层次。紫膜的光合磷酸化是迄今所知道的最简单的光合磷酸化反应，这是验证化学渗透学说的绝好实验模型。对其机制的深刻揭示，将是生命科学基础理论中的又一重大突破，并无疑将会对人类的生产实践包括太阳能的高效利用和海水的淡化等事业带来革命性的影响。1

本词条内容贡献者为:

李丽霞 - 博士 - 西北农林科技大学