Chemosmoza

În interiorul mitocondriei , lanțul de transport al electronilor generează ioni H ⁺ în spațiul intermembranar provocând formarea unui gradient electrochimic care, prin trecerea protonilor în canalul format de ATP sintază , permite formarea ATP prin adăugarea unui grup fosfat la ADP .

Chemosmoza (sau cuplarea chemo-osmotică ) este un proces biochimic care permite utilizarea gradientului electrochimic al ionilor H ⁺ pentru a efectua lucrări celulare care pot fi utilizate pentru sinteza ATP . ^[1] Reprezintă stadiul final al fosforilării oxidative și în eucariote acest proces are loc la nivelul membranei mitocondriale , în timp ce la procariote apare la nivelul membranei celulare .

Teoria chemiosmotică

Teoria chimiosmotică este o teorie științifică publicată de Peter Mitchell în 1961, primind un premiu Nobel pentru chimie pentru această lucrare în 1978. În anii 1960 , se știa că ATP era rezerva de energie a creaturilor vii, dar se credea că mecanismul prin care ATP a fost creat în mitocondrii a fost doar fosforilarea la nivel de substrat . Teoria chemosmotică a lui Mitchell a stat la baza unei înțelegeri complete a proceselor care stau la baza fosforilării oxidative , care erau necunoscute la acea vreme. Mitchell a realizat că mișcarea ionilor peste potențialul electrochimic al membranei ar putea furniza energia necesară pentru producția de ATP. Ipoteza sa derivă din informații deja cunoscute în anii 1960: se știa că celulele vii au un potențial de membrană negativ față de mediul înconjurător. Mișcarea ionilor este, de asemenea, condiționată de forțe termodinamice, adică tendința lor de a se difuza spontan din regiuni cu o concentrație mai mare spre regiuni cu o concentrație mai mică. El a demonstrat apoi că sinteza ATP a fost combinată cu acest gradient electrochimic . ^[2]

Procesul chemosmotic

Electronii , care datorită glicolizei și ciclului Krebs au fost încărcați în purtătorii de electroni NADH și FADH ₂ , sunt transferați în lanțul de transport al electronilor (format din patru complexe proteice situate în membrana interioară a mitocondriului ). Trecerea electronilor implică eliberarea de energie care este stocată în până la 32 de molecule de adenozin trifosfat (ATP), formate prin legarea fosfatului anorganic cu adenozin difosfatul (ADP). ^[1] Legătura dintre reacțiile de transport ale lanțului de electroni și reacția de sinteză ATP a fost explicată de biochimistul englez Peter Mitchell : în timp ce electronii „coboară” de-a lungul lanțului de transport, ionii H ⁺ prezenți în matrice sunt transportați activ. în spațiul intermembranar. O diferență în concentrația de H ⁺ este astfel generată pe cele două laturi ale membranei interioare mitocondriale. Datorită acestui gradient de concentrație , ionii H ⁺ tind să intre din nou prin difuzie. Deoarece membrana este impermeabilă, au nevoie de o proteină de transport care să o traverseze: ATP sintază , un complex enzimatic care catalizează sinteza ATP din ADP și fosfat. În acest fel, reintrarea ionilor furnizează energia necesară reacției de sinteză ATP.

Se estimează că sunt necesari patru protoni pentru a crea o moleculă de ATP. Dintr-o moleculă de NADH se produc 2,5 molecule de ATP, deoarece în trecerea lor în lanțul de transport, ele induc traducerea a zece protoni care creează două molecule de ATP plus alți doi protoni în exces. Aproximativ 1,5 molecule de ATP sunt create dintr-o moleculă de FADH ₂ .

Datorită chemosmozei, celula combină reacțiile exergonice ale lanțului de transport al electronilor cu sinteza endoergonică a ATP.

Notă

^ ^a ^b Lisa A. Urry, Michael Lee Cain, Steven Alexander Wasserman, Peter V. Minorsky și Jane B. Reece, Campbell Biology , ediția a XI-a, Pearson Education, 2016, p. 177, ISBN 0134446410 .
^ Peter Mitchell, Cuplarea fosforilării la transferul de electroni și hidrogen printr-un mecanism de tip chimio-osmotic , în Nature , vol. 191, 1961, pp. 144-8, PMID 13771349 .