chemiosmotische Theorie, Mitchell-Theorie, eine von P.D. Mitchell 1961 aufgestellte Theorie zur Erklärung des Mechanismus der Kopplung von Redoxreaktion und Phosphorylierung in der mitochondrialen Atmungskette. Parallel zum Elektronentransport in der Atmungskette wird durch die Wirkung der drei Protonenpumpen ein Protonengradient aufgebaut, aus dem ein pH-Gradient zwischen Matrixraum (basisch) und Zwischenmembranraum (sauer) resultiert. Durch die gleichzeitige Ladungsverschiebung entsteht ein Membranpotenzial, bei dem die Innenseite der Membran negativ und die Außenseite positiv geladen ist. Der pH-Gradient und das Membranpotenzial erzeugen die protonenmotorische Kraft, in der die freie Energie der Redoxreaktion gespeichert ist. Durch den kontrollierten Rückfluss der Protonen in die Mitochondrienmembran, der durch die membrangebundene ATP-Synthase, eine ATPase, gewährleistet wird, kann die in der protonenmotorischen Kraft gespeicherte Energie der Oxidation für die Synthese von ATP (Adenosinphosphate) genutzt werden.

Die bakterielle Elektronentransportphosphorylierung funktioniert ebenfalls nach diesem Prinzip. Die ATP-Synthase kann auch als ATPase fungieren und so mit der Energie aus der Hydroloyse von ATP einen Protonengradienten erzeugen. Auf diese Weise können z.B. strikt gärende Bakterien, die keine Elektronentransportphosphorylierung durchführen können, einen Protonengradienten für die Geißelbewegung oder für Transportprozesse erzeugen. Die Kopplung eines Protonengradienten mit der Synthese/Hydrolyse von ATP spielt u.a. auch bei der Fotophosphorylierung, bei der Wärmeerzeugung oder auch bei der Erzeugung von NADPH für Biosynthesen eine Rolle.