在炼金术之后:诺贝尔化学奖获得者100年图说:全彩视图本

第78章 1978年度 彼得·D·米切尔

　　因以化学渗透理论研究生物能方面的重要成就而荣获1978年诺贝尔化学奖

　　彼得·D·米切尔（英国，1920～1992年），生物化学家。1920生于萨里，1943获剑桥大学理学学士学位，1950年获生物化学博士学位。先后任职于剑桥大学、爱丁堡大学、康沃尔梅林研究所、欧洲生物化学学会、英国皇家化学会等。除获得化学领域最高荣誉外，还曾先后获柏林大学、芝加哥大学、利物浦大学、爱丁堡大学、赫尔大学、约克大学名誉博士学位。1992年4月10日因癌症逝世。

　　米切尔自幼体弱多病，性格内向、沉默寡言。1939年10月米切尔考入剑桥大学攻读生物化学。其间，曾先后从师于吉姆·丹尼利、戴维·基林和酶学家马尔科姆·狄克逊。由于米切尔身体健康状况欠佳，大学毕业后无法到企业就职，只好留校任微生物化学实验员，这正好为米切尔提供了实验条件。

　　在此期间，米切尔开始研究从受精卵到胚胎、胎儿的演变过程，但是，由于该科研项目工程浩大，非一人能力所及，更何况他当时在科学界默默无闻。米切尔转向对生物能分子ATP（三磷酸腺苷）的研究。人体从食物中摄取能量在体内逐渐转化为成水和二氧化碳并排出体外，同时释放出能量，其中大部分能量都储存在ATP中。当时的科学界对磷酸化合物的形成还处于探索过程，但大多数人认为肯定存在一种中间物质。另一方面，神经生理学领域已经发现，细胞膜上有钠泵机制。钠泵利用磷酸化合物发生变化时产生的能量，将细胞内的钠离子转移到细胞外，将细胞外的钾离子泵入细胞内，使细胞内始终保持一种平衡的离子组合。

　　米切尔认为，细胞膜上的钠泵利用ATP这种磷酸化合物的能量，将细胞内的钠离子转移到细胞外。如果水中的氢离子代替钠离子通过钠泵从细胞外进入细胞内，钠泵是否将逆转呢？如果钠泵逆转，能量得以产生，从而形成ATP。食物的营养成分被分解成水和二氧化碳，水成分中的氢离子被转移到膜外，当它再次转移到膜内的时候，就会使钠泵逆转，同时生成磷酸化合物，也就是体内能量物质——ATP。

　　然而，米切尔的理论只是建立在假想基础之上，没有人接受他的观点。1960年，米切尔因无所成就被大学解聘，但他仍然相信自己的设想正确无误，他建立了自己的研究所，与珍妮弗·莫伊尔共同研究证实他的天才设想。此时的世界权威人士关于中间物质的研究已陷入停滞状态。有人认为ATP的中间物质X只是一个根本不存在的想象物质。直到1962年日本生物学家从细胞膜上成功地提取了合成ATP酶，这种酶突起在膜的表面，当氢离子通过时，可促成ATP的合成，从而证实了米切尔的设想。

　　米切尔提出高能中间物质的假设，他认为中间物质并不是化学性而是电学性的。基林细胞色素发生可逆转氧化时将质子输送过细胞膜，质子输送时在细胞膜上产生质子梯度变化及电场，这种质子电化学梯度即为“质子动力”。“质子动力”可用来驱动三磷酸腺苷酶的合成，还可为细胞利用于除三磷酸腺苷酶合成外的用途，如加强中性营养氨基酸、糖等在细胞内聚积。“质子动力”在嵌入细胞的蛋白质载体起着中介作用，每次小营养素分子进入细胞膜都伴随着质子的进入。按照这一说法，“质子动力”为营养素聚积提供了驱动势能，质子沿电化学势梯度移动，从而实现细胞膜的渗透功能。米切尔用膜转化活性，即用化学渗透理论研究生物能，创立化学渗透理论，为此瑞典皇家科学院授予他1978年获诺贝尔化学奖。