电化学梯度

电化学梯度是电化学电势的梯度，通常用于可以跨膜移动的离子。 梯度由两部分组成，化学梯度或跨膜溶质浓度差异，以及电梯度或跨膜电荷差异。 当渗透膜上的离子浓度不等时，离子将通过简单扩散穿过膜从较高浓度区域移动到较低浓度区域。 离子还携带电荷，从而在膜上形成电势。 如果跨膜的电荷分布不均，则电位差会产生驱动离子扩散的力，直到膜两侧的电荷达到平衡。

电化学水平对于电池和其他电化学电池、光合作用和细胞呼吸以及某些其他生物过程的运行至关重要。

电化学能是许多可互换形式的势能之一，通过它可以保存能量。 它出现在电分析化学中，并具有电池和燃料电池等工业应用。 在生物学中，电化学梯度允许细胞控制离子穿过膜的方向。 在线粒体和叶绿体中，质子梯度产生用于合成 ATP 的化学渗透势，钠钾梯度有助于神经突触快速传递信息。

电化学梯度有两个组成部分：跨膜的电荷浓度差异和跨同一膜的化学物质的差异浓度。 在前一种效应中，集中的电荷会吸引相反符号的电荷； 在后者中，浓缩的物质往往会扩散到膜上以达到均衡浓度。 这两种现象的结合决定了离子穿过膜的热力学首选方向。

有时，术语电化学势被滥用来描述由离子浓度梯度产生的电势； 即φ。 本文将不遵循该约定。

电化学梯度类似于水力发电大坝的水压。 膜畅通的路线（例如膜转运蛋白或电极）对应于将水的势能转化为其他形式的物理或化学能的涡轮机，而穿过膜的离子对应于进入下游河流的水 . 相反，能量可用于将水泵入大坝上方的湖中，化学能可用于产生电化学梯度。

该术语通常适用于电化学，当电能以施加电压的形式用于调节化学反应的热力学有利性时。 在电池中，离子运动产生的电化学势平衡了电极的反应能量。 电池反应可以产生的xxx电压有时称为该反应的标准电化学电位。

通过跨细胞膜的离子运动产生跨膜电势，驱动神经传导、肌肉收缩、激素分泌和感觉等生物过程。 按照惯例，生理电压是相对于细胞外区域测量的； 典型的动物细胞具有 (−70)–(−50) mV 的内部电势。

电化学梯度对线粒体氧化磷酸化至关重要。 细胞呼吸的最后一步是电子传递链，由嵌入线粒体内膜的四种复合物组成。 复合物 I、III 和 IV 将质子从基质泵送到膜间空间 (IMS)； 对于每个进入链的电子对，十个质子转移到 IMS 中。 结果是超过 200 mV 的电势。 由此产生的质子流回到基质中，为 ATP 合酶结合无机磷酸盐和 ADP 的努力提供动力。

类似于电子传输链，光合作用的光依赖性反应将质子泵入叶绿体的类囊体腔以驱动 ATP 的合成。