■ 氧化磷酸化偶联机理：化学渗透假说
关于氧化磷酸化的偶联机理，先后提出过几种假说，如化学偶联假说（chemical coupling hypothesis）和构象偶联假说（conformational coupling hypothesis），这些假说由于证据不足得不到公认。
英国生物化学家P.Mitchell 于1961年提出了化学渗透偶联假说（chemiosmotic coupling hypothesis）解释氧化磷酸化的偶联机理。该学说认为：在电子传递过程中， 伴随着质子从线粒体内膜的里层向外层转移， 形成跨膜的氢离子梯度，这种势能驱动了氧化磷酸化反应（提供了动力）， 合成了ATP.这一学说具有大量的实验支持，得到公认并获得了1978年诺贝尔奖。化学渗透学说可以很好地说明线粒体内膜中电子传递、质子电化学梯度建立、ADP磷酸化的关系。
■ ATP合酶合成ATP的机理
● 结合变构模型（binding-change model）
ATP合酶合成ATP的分子机理的研究一直是研究的热点， 为多数人接受的ATP合酶合成ATP的模型是“结合变构模型”。该模型认为F1中的γ亚基作为C亚基旋转中心中固定的转动杆， 旋转时会引起αβ复合物构型的改变。有三种不同的构型，对ATP和ADP具有不同的结合能力： ①O型几乎不与ATP、ADP和Pi结合；②L型同ADP和Pi的结合较强；③T型与ADP和Pi的结合很紧，并能自动形成ATP，并能与ATP牢牢结合。当γ亚基旋转并将αβ复合物转变成O型则会释放ATP（图7-34）。
图7-34 结合变构模型
● 定子（stator）和转子（rotor）
Timothy等人提出了一个ATP合酶中能量转化过程的模型（图7-35），该模型认为由abα3β3δ组成了“定子（stator）”，cγε则形成“转子（rotor）”。当H+质子穿过a和c之间的通道时产生了力矩，从而推动了转子与定子间的相对转动，这样在F1中合成了ATP.
图7-35 F0 F1-ATP合酶作用机理图解
● γ亚基旋转的离体培养证明
目前已经可以在光学显微镜下观察到F1中γ亚基的旋转运动，但现在还没有直接的证据显示在F0中有某些亚基作旋转运动。
实验中对F1进行人工改造， 使之带上组氨酸（每个亚基一个），由于组氨酸能够同覆盖有金属还原剂（Ni）的玻片结合， 因此可使F1固定到这种玻片上。通过人工的方法将γ结合上一条荧光标记的肌动蛋白纤维， 然后在供给ATP的情况下用荧光显微镜观察γ亚基的转动。
