取自http://songshuhui.net/archives/74602
三.彼得·米切爾：泵，水壩和洩洪道
化學滲透的發現者：彼得·米切爾從裡到外都散發著離經叛道的天才氣息。這個傢伙家財萬貫（他的叔父擁有一個建築業集團公司），在英國二戰後的困頓年月開著勞斯萊斯招搖過市。後來當他因為化學滲透的論戰幾乎被踢出學界時，乾脆自己出錢建了一個研究所繼續戰鬥。他在二戰中由於身體原因沒有服役，而當時英國能量生物學的權威克林（細胞色素酶的發現者）私下對別人說：“英國最好的科學頭腦躲過了子彈”。要知道，當時米切爾才二十多歲，研究方向不是細胞能量學，而只是涉及細菌的生物學，跟克林的方向（也就是研究有氧呼吸原理）差得很遠。而且他讀博士讀了七年才拿到學位，因為他的論文審查人多次認為他的論文都是胡說八道。同樣是克林向別人解釋：“米切爾的獨創性對這些學者來說太多了。”米切爾伶牙俐齒，態度粗暴，披著一頭效仿青年貝多芬的長發，彈得一手好鋼琴，而且和貝多芬一樣很早就聾掉一隻耳朵，讓他跟人爭吵的音量變得特別的大。一般古板的學者很難喜歡這樣一個人。克林在早期的慧眼只能解釋為天才識天才。
在能量生物學界因為種種化學上的不可調和而苦惱時，米切爾卻從一個意想不到的方向：經典細胞生理學，接近了這個問題。
他早期的研究課題是細菌，特別是細菌的主動運輸，即穿過細菌的細胞膜，營養物質和廢物在受控狀態下進出。我們知道在孤立的情況下，物質的滲透總是從高濃度向低濃度的方向進行，而細菌的細胞膜是脂質的半透膜，水溶性物質被阻擋，但膜上有各種特化的蛋白質通道，選擇特定的物質允許進出，其嚴格的對應性好比特定的生物酶對應特定的催化對象。半透膜的特性加上細菌消耗能量的主動運輸（當時是如何消耗能量的還完全不知道），使得細菌可以逆著濃度運輸物質，比如把營養物質從低濃度的外界環境運進高濃度的內部。對於細菌主動運輸的研究，使得米切爾對生物膜導致的化學物質濃度聚集有了特別的敏感性。把細菌的主動運輸過程倒過來看，如果逆濃度運輸耗能，那麼逆濃度運輸造成的濃度聚集本身就是一種勢能，好比你把石頭推上坡花了力氣，坡上的石頭也就有了勢能，隨時可以滾下來釋放能量。這就是米切爾的突破點。
1961年米切爾在愛丁堡發表的論文，充滿自己生造的詞彙，類似玄學的邏輯討論和無證據的猜測。首先，他運用福爾摩斯式的邏輯：“當排除了其他所有可能的答案，那麼剩下的可能性，不管看起來有多麼不可能，都是正確的答案。”。X媒介分子的尋找，化學上每一塊石頭都翻起來看過了，既然還沒有找到，那麼答案是什麼？X分子不存在。那麼化學上的兩套反應是如何接觸的呢？能量是怎麼從細胞色素氧化工廠傳遞到ATPase呢？米切爾說，那不是分子遇上分子的化學，那是化學滲透（chemiosmosis）。這是一個他生造的詞，含有兩個詞根：chem（化學）和osmosis（滲透），其實這個過程的實質既不化學，也不滲透。它的含義如下：
葡萄糖在細胞色素酶工廠中逐步氧化。這些蛋白綜合體微型工廠，都鑲嵌在線粒體內膜上，實質上是一些通向膜外的蛋白質孔道。它們沒有合成什麼高能的中介分子，作用不過是像一些泵，把細胞內的氫離子（H+，也就是質子）泵到膜外去了。這個過程需要耗費氧化葡萄糖放出的能量，因為我們下面就會看到，線粒體內膜的外部聚集著高濃度的質子。這是一個逆濃度運輸。
由於這些質子泵的工作，大量質子被泵出去，又被限制在線粒體內膜和外膜之間的狹窄區域裡，於是形成了一層薄薄的H+聚集區。H+的濃度，化學上有個很簡單的量度，就是PH值，即酸性。因此內外膜之間的區域就形成了一個質子“水庫”，具有酸性和正電荷。
線粒體內膜就像是水壩。它也是脂質膜，對於水溶性的質子來說是不通透的，因此外部質子濃度雖高，但不能自然滲透進來。記住我們前面的結論：逆濃度運輸造成的濃度聚集本身就是一種勢能。
ATPase就是洩洪道。它也是鑲嵌在線粒體內膜上的蛋白質綜合體，也是內外相通，但受控的蛋白質孔道。它利用的不是什麼神秘的X分子，而是質子的回流。質子濃度勢能的釋放放出能量，這些能量就被用來生產ATP。
對於那些畢生浸淫在經典生物化學，不太熟悉生物膜動力的能量生物學家來說，這簡直是玄而又玄的天書，沒有比這更奇怪的場景了。不去使用一個簡單的中介分子完成化學鏈路，而是轉了這麼多的彎，使用這麼詭異的機理。再加上米切爾生造了大量的詞彙來描述他的理論（比如米切爾把“質子水庫”的酸度和電勢能合起來叫做proton motive-force，“質子動力”，認為這是一種基本驅動力。聽起來真像某種民科發明的詞彙），整個文章寫得既玄秘又武斷。而且，他沒有什麼實驗證據來支撐他的學說，基本上全是假設、推理，或者乾脆忽略那些暫時解釋不了的障礙。所有這些原因，使得米切爾的論文在1961年的能量生物學界受到的待遇，差到不能再差：有些人讀完第一頁就扔一邊。有些人認為“他終於瘋了”，有些人開口就罵，認為他不尊重整個學界前人的辛苦工作。或者“不做實驗，不是化學家，偏要談化學問題。”當時的兩個權威：美國的Racker和瑞典的Slater，都是很優秀的學者，一開始還不像其他人那樣對待他，試圖去發現米切爾到底要說什麼。但Racker在討論中完全被米切爾的外星詞彙攪昏，最終放棄了討論。而Slater和米切爾的爭辯火爆升級，在一個研討會上，Slater被米切爾尖酸刻薄的口才氣得“在走廊上亂跳，白色的鬍子上下飛舞”。
米切爾成了英國科學界的笑料，1963年因為“脾氣大造成的胃潰瘍”退出了愛丁堡大學（其實是學校當局勸退他免得丟人），回到他的鄉間別墅去養病。他花了兩年時間舔傷口，順便把鄉間別墅翻修成了“音樂怪人”的巢穴，找到了一個相信他，而且有很強生物化學實驗能力的女助手Moyle，在1965年捲土重來，成立了自己的研究所，一定要和整個能量生物學界鬥到底。
三.彼得·米切爾：泵，水壩和洩洪道
化學滲透的發現者：彼得·米切爾從裡到外都散發著離經叛道的天才氣息。這個傢伙家財萬貫（他的叔父擁有一個建築業集團公司），在英國二戰後的困頓年月開著勞斯萊斯招搖過市。後來當他因為化學滲透的論戰幾乎被踢出學界時，乾脆自己出錢建了一個研究所繼續戰鬥。他在二戰中由於身體原因沒有服役，而當時英國能量生物學的權威克林（細胞色素酶的發現者）私下對別人說：“英國最好的科學頭腦躲過了子彈”。要知道，當時米切爾才二十多歲，研究方向不是細胞能量學，而只是涉及細菌的生物學，跟克林的方向（也就是研究有氧呼吸原理）差得很遠。而且他讀博士讀了七年才拿到學位，因為他的論文審查人多次認為他的論文都是胡說八道。同樣是克林向別人解釋：“米切爾的獨創性對這些學者來說太多了。”米切爾伶牙俐齒，態度粗暴，披著一頭效仿青年貝多芬的長發，彈得一手好鋼琴，而且和貝多芬一樣很早就聾掉一隻耳朵，讓他跟人爭吵的音量變得特別的大。一般古板的學者很難喜歡這樣一個人。克林在早期的慧眼只能解釋為天才識天才。
在能量生物學界因為種種化學上的不可調和而苦惱時，米切爾卻從一個意想不到的方向：經典細胞生理學，接近了這個問題。
他早期的研究課題是細菌，特別是細菌的主動運輸，即穿過細菌的細胞膜，營養物質和廢物在受控狀態下進出。我們知道在孤立的情況下，物質的滲透總是從高濃度向低濃度的方向進行，而細菌的細胞膜是脂質的半透膜，水溶性物質被阻擋，但膜上有各種特化的蛋白質通道，選擇特定的物質允許進出，其嚴格的對應性好比特定的生物酶對應特定的催化對象。半透膜的特性加上細菌消耗能量的主動運輸（當時是如何消耗能量的還完全不知道），使得細菌可以逆著濃度運輸物質，比如把營養物質從低濃度的外界環境運進高濃度的內部。對於細菌主動運輸的研究，使得米切爾對生物膜導致的化學物質濃度聚集有了特別的敏感性。把細菌的主動運輸過程倒過來看，如果逆濃度運輸耗能，那麼逆濃度運輸造成的濃度聚集本身就是一種勢能，好比你把石頭推上坡花了力氣，坡上的石頭也就有了勢能，隨時可以滾下來釋放能量。這就是米切爾的突破點。
1961年米切爾在愛丁堡發表的論文，充滿自己生造的詞彙，類似玄學的邏輯討論和無證據的猜測。首先，他運用福爾摩斯式的邏輯：“當排除了其他所有可能的答案，那麼剩下的可能性，不管看起來有多麼不可能，都是正確的答案。”。X媒介分子的尋找，化學上每一塊石頭都翻起來看過了，既然還沒有找到，那麼答案是什麼？X分子不存在。那麼化學上的兩套反應是如何接觸的呢？能量是怎麼從細胞色素氧化工廠傳遞到ATPase呢？米切爾說，那不是分子遇上分子的化學，那是化學滲透（chemiosmosis）。這是一個他生造的詞，含有兩個詞根：chem（化學）和osmosis（滲透），其實這個過程的實質既不化學，也不滲透。它的含義如下：
葡萄糖在細胞色素酶工廠中逐步氧化。這些蛋白綜合體微型工廠，都鑲嵌在線粒體內膜上，實質上是一些通向膜外的蛋白質孔道。它們沒有合成什麼高能的中介分子，作用不過是像一些泵，把細胞內的氫離子（H+，也就是質子）泵到膜外去了。這個過程需要耗費氧化葡萄糖放出的能量，因為我們下面就會看到，線粒體內膜的外部聚集著高濃度的質子。這是一個逆濃度運輸。
由於這些質子泵的工作，大量質子被泵出去，又被限制在線粒體內膜和外膜之間的狹窄區域裡，於是形成了一層薄薄的H+聚集區。H+的濃度，化學上有個很簡單的量度，就是PH值，即酸性。因此內外膜之間的區域就形成了一個質子“水庫”，具有酸性和正電荷。
線粒體內膜就像是水壩。它也是脂質膜，對於水溶性的質子來說是不通透的，因此外部質子濃度雖高，但不能自然滲透進來。記住我們前面的結論：逆濃度運輸造成的濃度聚集本身就是一種勢能。
ATPase就是洩洪道。它也是鑲嵌在線粒體內膜上的蛋白質綜合體，也是內外相通，但受控的蛋白質孔道。它利用的不是什麼神秘的X分子，而是質子的回流。質子濃度勢能的釋放放出能量，這些能量就被用來生產ATP。
對於那些畢生浸淫在經典生物化學，不太熟悉生物膜動力的能量生物學家來說，這簡直是玄而又玄的天書，沒有比這更奇怪的場景了。不去使用一個簡單的中介分子完成化學鏈路，而是轉了這麼多的彎，使用這麼詭異的機理。再加上米切爾生造了大量的詞彙來描述他的理論（比如米切爾把“質子水庫”的酸度和電勢能合起來叫做proton motive-force，“質子動力”，認為這是一種基本驅動力。聽起來真像某種民科發明的詞彙），整個文章寫得既玄秘又武斷。而且，他沒有什麼實驗證據來支撐他的學說，基本上全是假設、推理，或者乾脆忽略那些暫時解釋不了的障礙。所有這些原因，使得米切爾的論文在1961年的能量生物學界受到的待遇，差到不能再差：有些人讀完第一頁就扔一邊。有些人認為“他終於瘋了”，有些人開口就罵，認為他不尊重整個學界前人的辛苦工作。或者“不做實驗，不是化學家，偏要談化學問題。”當時的兩個權威：美國的Racker和瑞典的Slater，都是很優秀的學者，一開始還不像其他人那樣對待他，試圖去發現米切爾到底要說什麼。但Racker在討論中完全被米切爾的外星詞彙攪昏，最終放棄了討論。而Slater和米切爾的爭辯火爆升級，在一個研討會上，Slater被米切爾尖酸刻薄的口才氣得“在走廊上亂跳，白色的鬍子上下飛舞”。