Chemiosmosis (Português)

o movimento de iões através da membrana depende de uma combinação de dois factores: força de difusão

1. causada por um gradiente de concentração – todas as partículas tendem a difundirem de uma concentração mais elevada para uma concentração mais baixa.,a força eletrostática causada por catiões de gradiente de potencial elétrico como prótons h+ tendem a difundir o potencial elétrico, do lado positivo (P) da membrana para o lado negativo (N). Aniões difundiram-se espontaneamente na direcção oposta.estes dois gradientes, tomados em conjunto, podem ser expressos como um gradiente electroquímico.

   bilayers lipídicos de membranas biológicas, no entanto, são barreiras para íons. É por isso que a energia pode ser armazenada como uma combinação destes dois gradientes através da membrana., Apenas proteínas especiais de membrana, como os canais iónicos, podem, por vezes, permitir que os iões se movam através da membrana (ver também: Transporte de membrana). Na teoria quimiosmótica, as sintases ATP transmembranares são muito importantes. Eles convertem energia de fluxo espontâneo de prótons através deles em energia química de ligações ATP.assim, os pesquisadores criaram o termo força motriz proton (PMF), derivado do gradiente eletroquímico mencionado anteriormente. Pode ser descrita como a medida da energia potencial armazenada como uma combinação de gradientes de protão e tensão (potencial elétrico) através de uma membrana., O gradiente elétrico é uma consequência da separação da carga através da membrana (quando os prótons h+ se movem sem um contágio, como o Cloreto Cl−).

   na maioria dos casos, a força motriz do próton é gerada por uma cadeia de transporte de elétrons que atua como uma bomba de prótons, usando a energia livre de Gibbs de reações redox para bombear prótons (íons hidrogênio) através da membrana, separando a carga através da membrana. Na mitocôndria, a energia libertada pela cadeia de transporte de elétrons é usada para mover prótons da matriz mitocondrial (lado N) para o espaço intermembranar (lado P)., Mover os prótons para fora da mitocôndria cria uma menor concentração de prótons carregados positivamente dentro dela, resultando em excesso de carga negativa no interior da membrana. O gradiente de potencial elétrico é de cerca de -170 mV, negativo no interior (N). Estes gradientes – diferença de carga e a diferença de concentração de protões ambos criam um gradiente eletroquímico combinado através da membrana, muitas vezes expresso como a força motriz do próton (PMF)., Na mitocôndria, o PMF é quase inteiramente composto do componente elétrico, mas nos cloroplastos o PMF é composto principalmente do gradiente de pH porque a carga de prótons H+ é neutralizada pelo movimento de Cl− e outros aniões. Em ambos os casos, o PMF precisa ser maior do que cerca de 460 mV (45 kJ/mol) para que a ATP sintase seja capaz de fazer ATP.

   EquationsEdit

   a força motriz do próton é derivada da energia livre de Gibbs. N denote o interior de uma célula, e p denote o exterior. Then

   Δ G = z f δ ψ + R T ln ln n p {\displaystyle \Delta \!G=zF\Delta \!,\psi +RT\ln {\frac {_{\text{N}}} {_{\text{P}}}}}}}}

   where

   para um gradiente electroquímico de protões z = 1 {\displaystyle z=1} e como consequência:

   Δ μ h + = F Δ ψ + R T ln ⁡ N P = F δ ψ – (ln 10 10 ) R T Δ p H {\displaystyle \Delta \!\mu _{\mathrm {H} ^{ + }} =F\Delta \!\psi +RT\ln {\frac {_{\text{N}}} {_{\text{P}}}}}}=F\Delta \!\psi(\ln 10)RT\Delta \mathrm {pH} }

   Um diagrama de chemiosmotic fosforilação

   onde

   Δ p H = p H N − p H P {\displaystyle \Delta \!,\mathrm {pH} =\mathrm {pH} _{\mathrm {N} }-\mathrm {pH} _{\mathrm {P} }} . Mitchell definiu a força Proton-motriz (PMF) como

   Δ P = − Δ μ H + F {\displaystyle \Delta \!p= – {\frac {\Delta \!\mu _{\mathrm {H^ { + }}} {F}}}}.

   Δ P = – Δ ψ + (59, 1 m V ) Δ p H {\displaystyle \Delta \!P = – \Delta \!\psi +\left (59. 1\,\mathrm {mV} \right)\Delta \!\mathrm {pH} } .

   vale a pena notar que, tal como acontece com qualquer processo de transporte transmembranar, o PMF é direccional. O sinal da diferença de potencial eléctrico transmembranar Δ ψ {\displaystyle \Delta \!,\psi } é escolhido para representar a mudança na energia potencial por unidade de carga que flui para a célula como acima. Além disso, devido à bombagem de protões redox por locais de acoplamento, o gradiente de protões é sempre interior-alcalina. Por ambas as razões, protões fluem espontaneamente, do lado P para o lado N; A energia livre disponível é usada para sintetizar ATP (ver abaixo). Por esta razão, PMF é definido para importação de prótons, que é espontânea. PMF for proton export, i.e., Proton bombing as catalyzed by the coupling sites, is simply the negative of PMF (import).,a espontaneidade da importação de protões (do lado P para o lado N) é universal em todas as membranas bioenergéticas. Este fato não foi reconhecido antes da década de 1990, porque o lúmen tilacóide cloroplástico foi interpretado como uma fase interior, mas na verdade é topologicamente equivalente ao exterior do cloroplasto. Azzone et al. salientou que a dentro de fase (N lados da membrana) é o citoplasma bacteriano, matriz mitocondrial, ou chloroplast estroma; fora (P), é o bacterianas periplasmic espaço, mitocondrial intermembrane espaço, ou chloroplast lúmen., Além disso, a tomografia 3D da membrana interna mitocondrial mostra suas extensas invaginações a serem empilhadas, semelhantes aos discos tilacóides; portanto, o espaço intermembranar mitocondrial é topologicamente bastante semelhante ao lúmen cloroplástico.:

   A energia expressa aqui como energia livre de Gibbs, eletroquímico de prótons gradiente, ou próton-motriz força (PMF), é uma combinação de dois gradientes através da membrana:

   Quando um sistema atinge o equilíbrio, ∆ ρ = 0 {\displaystyle \Delta \!\rho =0}; no entanto, as concentrações de ambos os lados da membrana não precisam ser iguais., O movimento espontâneo através da membrana potencial é determinado tanto por gradientes de concentração como por gradientes de potencial elétrico.

   A energia livre de Gibbs molar Δ G p {\displaystyle \Delta \!,G_{\mathrm {p} }} síntese de ATP

   A D P 4 − + H + + H O P S 3 2 − → A T P 4 − + H 2 O {\displaystyle \mathrm {ADP} ^{4-}+\mathrm {H} ^{+}+\mathrm {HOPO} _{3}^{2-}\rightarrow \mathrm {ATP} ^{4-}+\mathrm {H_{2}O} }

   De fato, a termodinâmica, a eficiência é baixa na sua maioria nas células eucarióticas, porque a ATP deve ser exportada a partir da matriz para o citoplasma, e o ADP e fosfato devem ser importadas do citoplasma. Este” custo “de uma” importação extra ” de prótons por ATP, portanto a eficiência real é de apenas 65% (=2,4/3,67).

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