为何要有强大的生命能量（伟大的生命能量）

为何要有强大的生命能量（伟大的生命能量）首先被解决的问题是：按照米切尔的模型，细胞里必须得有一些东西能够形成物理屏障，就像水坝挡住水流一样，阻挡住某种物质的流动，这样才能储存势能。如果米切尔的模型是正确的，在这一层物理屏障的两侧，肯定存在巨大的物质浓度差别，就像水坝的坝体内外间距构成的作用一样，有了这个坝体的阻拦，水位的高度落差可能有上百米。这个形成位能落差的坝体，后来居然真的被找到了。首先，葡萄糖分解产生的能量就像是水泵，负责把下游的水抽回上游，积累更多的势能。然后，开闸放水，水流冲击水力发电机的叶片，就能生产ATP。这就完成了葡萄糖到ATP的能量转移。1961年，米切尔在著名的《自然》杂志发表了上面这个奇特的理论，解决了两大生物学难题。 在米切尔看来 ，生物体生产能量介质ATP的过程，其实就和人们利用水力发电的过程类似。而不是一个化学数据问题。简单地说，水力发电站的工作原理就是：白天需要电的时候，水流持续发电；晚上电量富裕时

十、神奇的水电站

生物科学家们测量时发现：彻底分解一个葡萄糖能生产ATP的数量，大概是28到38个之间，这个数字忽高忽低，不是一个确定的数据。根据化学理论葡萄糖分解释放的能量，是可以精确计算出来的，无非就是改变葡萄糖分子的化学键到底能释放多少能量。反过来，生产1个ATP需要的能量也是可以计算出来的，也就是给ADP一个加上磷酸基团所要用的能量。所以，两个数字做除法，按理说应该能得到一个确定的数据。但是在很多科学家的观测和计算里，这个数字就是确定不下来。这在生物体能量转换的过程中，出现了一个不应该的，很低级的数学问题。

彼得·米切尔（Peter Dennis Mitchell）

直到英国人彼得·米切尔（Peter Dennis Mitchell），提出了一种水力发电站模型，才解决了这个矛盾的问题。

在米切尔看来 ，生物体生产能量介质ATP的过程，其实就和人们利用水力发电的过程类似。而不是一个化学数据问题。

简单地说，水力发电站的工作原理就是：白天需要电的时候，水流持续发电；晚上电量富裕时，用电重新泵水。米切尔说，生物体制造ATP的过程，和抽水蓄能电站的工作原理差不多。

水电站

首先，葡萄糖分解产生的能量就像是水泵，负责把下游的水抽回上游，积累更多的势能。然后，开闸放水，水流冲击水力发电机的叶片，就能生产ATP。这就完成了葡萄糖到ATP的能量转移。1961年，米切尔在著名的《自然》杂志发表了上面这个奇特的理论，解决了两大生物学难题。

首先被解决的问题是：按照米切尔的模型，细胞里必须得有一些东西能够形成物理屏障，就像水坝挡住水流一样，阻挡住某种物质的流动，这样才能储存势能。如果米切尔的模型是正确的，在这一层物理屏障的两侧，肯定存在巨大的物质浓度差别，就像水坝的坝体内外间距构成的作用一样，有了这个坝体的阻拦，水位的高度落差可能有上百米。这个形成位能落差的坝体，后来居然真的被找到了。

大家发现在细胞内产生ATP的地方——一个叫做线粒体的细胞器——它的膜厚度只有5纳米，非常薄。而这层膜的内外两侧的氢离子，也就是质子的浓度差别极其显著，以至于跨越5纳米，电压的差别就有150毫伏。如果进行同比换算，这个电压的强度可以赶上天空闪电的电压了。

第二个被米切尔模型解决的问题是：为什么1个葡萄糖产生的ATP数量是不确定的？在米切尔的模型里，葡萄糖是水泵，负责抽水蓄能，ATP来自开闸放电。这本质上是完全独立的两件事。

葡萄糖负责抽水蓄能之后，到底开不开闸、开多久、放多少水、发多少电、生产多少ATP，那都是水电站可以自由决定的事情了。当天对能量需求量高，就多放一点，否则就少放一点，甚至等过几天再放。也就是说：细胞内的微型水电站，可以根据细胞内的能量需求，来自由决定生产ATP的数字。那么，1个葡萄糖能生产几个ATP，自然就不是一个恒定数字了。

正因为米切尔的水电站模型巧妙解释了刚刚提到的两个问题。1994年，人们居然直接看到了这座生物水电站。

在这一年里，米切尔的英国同行约翰·沃克（John Ernest Walker），利用x射线衍射的方法，研究了米切尔模型中的那个水力发电机，并且获得了这个蛋白质机器的立体结构。

这个名叫ATP合成酶的蛋白质，样子就像是发电机。它有一个能够转动的旋转头，旋转头有3个叶片，两两之间相隔120度。当氢离子流动的时候，就能够带动旋转头的旋转。每流过3个氢离子，旋转头旋转120度，每旋转120度，就能产生1个能量介质ATP。

ATP合成酶

也就是说，ATP合成酶不光是在功能上很像水力发电机，就是在三维结构上，长得也非常像一个微型的水力发电机。

人类利用科学的力量进行不断地探索，最终所获得的成果，就是对人类智慧最大的奖赏。就这样，伴随着越来越多的证据被发现，科学共同体开始慢慢地接受米切尔的理论，承认细胞制造ATP的过程，真的近似水电站抽水蓄能和发电的原理。米切尔本人也重新获得了科学界的认可和崇高敬意，还因此获得了1978年的诺贝尔奖。

综上所述，科学获取能量，分为三步，我们把它叫做能量获取三步曲。

第一步，合成葡萄糖储能。

生物体利用自然界的能量，比如太阳能，合成重要的能量储备物质葡萄糖，作为生物蓄电池随时备用。

第二步，能量转移给ATP。

当生物活动需要能量的时候，葡萄糖能够被分解释放的能量被用来生产能量介质ATP。这个过程，就像米切尔模型揭示的那样，是抽水蓄能发电站的发电过程。

第三步，ATP释放能量。

能量介质ATP，能够为几乎所有生命活动直接提供能源。