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[[File:Membrane potential ions en.svg|thumb|跨半滲透細胞膜的離子濃度和電荷圖。]]

'''电化学梯度'''（{{lang-en|electrochemical gradient}}）是[[离子]]跨[[膜]]运动而产生的{{le|電化學電位|Electrochemical potential|-{zh-cn:电化学势能;zh-tw:電化學電位;}-}}<ref name="naer287065">{{cite web|url=http://terms.naer.edu.tw/detail/287065/|title=electrochemical potential|accessdate=2017-01-04|publisher=國家教育研究院|archive-date=2017-01-04|archive-url=https://web.archive.org/web/20170104234619/http://terms.naer.edu.tw/detail/287065/|dead-url=yes}}</ref><ref>The use of the term "Fermi energy" as synonymous with [[Fermi level]] (a.k.a. [[electrochemical potential]]) is widespread in semiconductor physics. For example: [https://books.google.com/books?id=n0rf9_2ckeYC&pg=PA49 ''Electronics (fundamentals And Applications)''] {{Wayback|url=https://books.google.com/books?id=n0rf9_2ckeYC&pg=PA49|date=20190502103822}} by D. Chattopadhyay, [https://books.google.com/books?id=lmg13dHPKg8C&pg=PA113 ''Semiconductor Physics and Applications''] {{Wayback|url=https://books.google.com/books?id=lmg13dHPKg8C&pg=PA113|date=20190502094759}} by Balkanski and Wallis.</ref>[[梯度]]，通常包括[[電勢|电位]]梯度和[[浓度]]梯度。电化学势能是一种维持细胞生命活动的势能。这一能量以化学势的形式存储，表现为细胞膜两侧的离子浓度梯度。当穿过可渗透膜的离子浓度不相等时，离子将通过[[分子擴散|简单的扩散]]穿过膜从高浓度区域移动到低浓度区域。 离子还携带电荷，在膜上形成[[电势]]。 如果跨膜的电荷分布不均，则电势差会产生驱动离子扩散的力，直到膜两侧的电荷平衡<ref name=":5">{{Cite book|title=Lehninger Principles of Biochemistry|url=https://archive.org/details/lehningerprincip0000nels|last1=Nelson|first1=David|last2=Cox|first2=Michael|publisher=W.H. Freeman|year=2013|isbn=978-1-4292-3414-6|location=New York|pages=[https://archive.org/details/lehningerprincip0000nels/page/403 403]}}</ref>。 

== 定義 ==
電化學梯度是電化學勢的梯度：
:<math>\nabla \overline{\mu}_i = \nabla \mu_i(\vec{r}) + \nabla z_i\mathrm{F}\varphi (\vec{r}) </math>, 其中

* <math>\mu_i</math> 離子種類<math>i</math>的化學勢
* <math>z_i</math> 離子種類<math>i</math>的化合價
* F, [[法拉第常数]]
* <math>\varphi</math> 局部[[電勢]]

== 概述 ==
電化學勢在電分析化學和工業應用（如電池和燃料電池）中很重要。 它代表了許多可互換的[[勢能]]形式之一，通過它能量可以被保存。

在生物過程中，離子通過[[扩散作用]]或[[主動運輸]]跨膜移動的方向由電化學梯度決定。 在[[線粒體]]和[[葉綠體]]中，質子梯度用於產生'''化學滲透勢'''(chemiosmotic potential)，也稱為質子動力(proton-motive force)。 這種勢能分別用於通過[[氧化磷酸化]]或[[光合磷酸化]]合成ATP<ref>{{Cite journal|last1=Nath|first1=Sunil|last2=Villadsen|first2=John|s2cid=2598635|date=2015-03-01|title=Oxidative phosphorylation revisited|journal=Biotechnology and Bioengineering|language=en|volume=112|issue=3|pages=429–437|doi=10.1002/bit.25492|pmid=25384602|issn=1097-0290}}</ref>。

== 生物學背景 ==
通過跨細胞膜的離子運動產生跨膜電勢驅動[[生物過程]]，如[[神經]]傳導、[[肌肉收縮]]、[[激素]][[分泌]]和[[感觉系统|感覺]]過程。 按照慣例，典型的動物細胞在細胞內部相對於外部具有 -50 mV 至 -70 mV 的跨膜電位<ref name=":0">{{Cite book|title=Lehninger Principles of Biochemistry|url=https://archive.org/details/lehningerprincip0000nels|last1=Nelson|first1=David|last2=Cox|first2=Michael|publisher=W.H. Freeman|year=2013|isbn=978-1-4292-3414-6|location=New York|pages=[https://archive.org/details/lehningerprincip0000nels/page/464 464]}}</ref>。

電化學梯度還在線粒體氧化磷酸化中建立質子梯度方面發揮作用。

== 離子梯度 ==
[[File:Scheme sodium-potassium pump-en.svg|thumb|Na<sup>+</sup>-K<sup>+</sup>-ATPase鈉鉀泵的图。]]
由於離子帶電，它們不能通過簡單的擴散穿過膜。 兩種不同的機制可以跨膜運輸離子：[[主動運輸]]或[[被動運輸]]。離子主動轉運的一個例子是[[鈉鉀泵|Na<sup>+</sup>/K<sup>+</sup>-ATPase]](NKA)。NKA 催化 ATP 水解為 ADP 和無機磷酸鹽，每水解一個 ATP 分子，三個Na<sup>+</sup>被轉運到細胞外，兩個K<sup>+</sup>被轉運到細胞內。這使得細胞內部比外部更負，更具體地產生約-60mV的膜電位 ''V''<sub>membrane</sub><ref name=":6">{{Cite journal|last1=Aperia|first1=Anita|last2=Akkuratov|first2=Evgeny E.|last3=Fontana|first3=Jacopo Maria|last4=Brismar|first4=Hjalmar|date=2016-04-01|title=Na+-K+-ATPase, a new class of plasma membrane receptors|journal=American Journal of Physiology. Cell Physiology|language=en|volume=310|issue=7|pages=C491–C495|doi=10.1152/ajpcell.00359.2015|issn=0363-6143|pmid=26791490|url=https://zenodo.org/record/1065636|doi-access=free|access-date=2022-07-03|archive-date=2022-07-03|archive-url=https://web.archive.org/web/20220703222151/https://zenodo.org/record/1065636}}</ref>。 被動傳輸的一個例子是通過Na<sup>+</sup>, K<sup>+</sup>, Ca<sup>2+</sup>和Cl<sup>−</sup>通道的離子通道。 這些離子傾向於向下移動它們的濃度梯度。

== 参见 ==
* [[动作电位]]
* {{link-en|电扩散|Electrodiffusion}}
* [[伽凡尼電池]]
* [[電化電池]]
* [[質子交換膜]]
* [[主動運輸]]

== 参考文献 ==
{{reflist}}

==參考文獻==
{{refbegin}}
* {{Cite book|author = Campbell & Reece|title = Biology|url = https://archive.org/details/biologytextbook0000camp|publisher = Pearson Benjamin Cummings|year = 2005|isbn = 0-8053-7146-X}}
* [https://web.archive.org/web/20051029161309/http://www.mansfield.ohio-state.edu/~sabedon/campbl08.htm Stephen T. Abedon, "Important words and concepts from Chapter 8, Campbell & Reece, 2002 (1/14/2005)", for Biology 113 at the Ohio State University]
{{refend}}

{{膜转运}}

[[Category:細胞呼吸]]
[[Category:电化学]]
[[Category:电生理学]]
[[Category:膜生物学]]
[[Category:物理量]]
[[Category:热力学]]