Gradiente electroquímico
Ungradiente electroquímicoé ungradientedepotencial electroquímico,xeralmente creado por uniónque se move a través dunhamembrana.Cando os ións son protóns (H+) é ungradiente de protóns.O gradiente consta de dúas partes: unpotencial eléctricoe unha diferenza naconcentraciónquímica a través da membrana. A diferenza depotenciais electroquímicospode ser interpretada como un tipo deenerxía potencialquímica que está dispoñible para funcionar nunha célula. A enerxía almacénase en forma depotencial químico,que se debe a ungradiente de concentraciónde ións a través dunha membrana da célula, e áenerxía electrostática,que se debe á tendencia dos ións a moverse baixo a influencia dopotencial transmembrana.
Introdución
[editar|editar a fonte]O potencial electroquímico é importante enquímica electroanalíticae en aplicacións industriais como asbateríasecelas de combustible.Representa unha das moitas formas intercambiables de enerxía potencial por medio das cales a enerxía podeconservarse.
En procesos biolóxicos, a dirección en que se move un ión pordifusiónoutransporte activoa través dunha membrana está determinada polo gadiente electroquímico. Nasmitocondriasecloroplastose nas membranas bacterianas, os gradientes de protóns utilízanse para xerar unpotencial quimiosmóticoque se coñece tamén comoforza protón motriz.Esta enerxía potencial utilízase para a síntese deATPporfosforilación oxidativa.
Un gradiente electroquímico ten dous compoñentes. Primeiro, o compoñente eléctrico do gradiente está causado por unha diferenza de cargas a través da membrana lipídica. Segundo, o compoñente químico está causado por unha diferenza de concentración dunha substancia (ións) a través da membrana. A combinación destes dous factores determina a dirección electroquímica favorable para que se produza o movemento dun ión a través da membrana.
Un gradiente electroquímico é análogo á presión exercida pola auga a través dunhapresa hidroeléctrica.Asproteínas de transporte de membranacomo abomba de sodio-potasiosituada dentro da membrana son equivalentes ás turbinas que converten na presa a enerxía potencial da auga noutras formas de enerxía, e os ións que pasan a través da membrana equivalen á auga que sae da presa. Ademais, a enerxía pode utilizarse nalgúns casos para bombear auga de regreso ao encoro. De maneira similar, a enerxía química das células pode ser utilizada para crear gradientes electroquímicos.
En química
[editar|editar a fonte]En química o termo aplícase normalmente en contextos nos que ten lugar unhareacción química,como cando está implicada a transferencia dun electrón a uneléctrododunhabatería.Nunha batería, o potencial electroquímico orixinado polo movemento dos ións equilibra a enerxía de reacción dos eléctrodos. Avoltaxemáxima que pode producir a reacción dunha batería chámase ás vecespotencial electrodinámico estándardesa reacción (ver taménpotencial de eléctrodo). En casos que teñen que ver especificamente co movemento de solutos electricamente cargados, o potencial exprésase con frecuencia envoltios.
En bioloxía
[editar|editar a fonte]En bioloxía, o termo úsase ás veces no contexto dunha reacción química, especialmente para describir a fonte de enerxía para a síntese química deATP.Porén, en xeral, utilízase para caracterizar a tendencia dos solutos dedifundir(difusión simple) a través da membrana da célula, un proceso que non implica unha transformación química.
Gradiente iónico
[editar|editar a fonte]Nunhacélula,orgánulo,ou outro compartimento subcelular, a tendencia dun soluto cargado electricamente, como por exemplo o ión potasio (K+), a moverse a través da membrana está determinada pola diferenza no seu potencial electroquímico a cada lado da membrana, a cal se orixina por tres factores:
- a diferenza naconcentracióndo soluto entre os dous lados da membrana;
- a carga ou "valencia" das moléculas de soluto;
- a diferenza en voltaxe entre ambos os lados da membrana (é dicir, opotencial transmembrana).
A diferenza de potencial electroquímico dun soluto é cero no seu "potencial inverso",que é a voltaxe transmembrana á cal o fluxo neto de solutos a través da membrana é tamén cero. Este potencial pode predicirse, en teoría, aplicando aecuación de Nernst(para sistemas cunha especie iónica permeante) ou polaecuación de Goldman-Hodgkin-Katz(para máis dunha especie iónica permeante). O potencial electroquímico mídese no laboratorio e no campo utilizandoeléctrodos de referencia.
AsATPasestransmembrana ouproteínas transmembranacondominiosde ATPase utilízanse con frecuencia para crear e utilizar gradientes iónicos. O encima aATPase de Na+/K+utiliza o ATP para crear un gradiente iónico de sodio e outro de potasio. O potencial electroquímico utilízase como un almacenamento de enerxía. O acoplamento quimiosmótico é unha das varias formas en que unha reacción termodinamicamente desfavorable pode ser impulsada por outra termodinamicamente favorable. Ocotransportede ións porsimportadoreseantiportadoresutilízase comunmente para mover activamente ións a través de membranas biolóxicas.
Gradiente de protóns
[editar|editar a fonte]Ogradiente de protónspode utilizarse nas células como unha forma de almacenamento de enerxía intermedia para a produción de calor ou a rotaciónflaxelarbacteriana. Ademais, é unha forma interconvertible de enerxía notransporte activo,xeración de potenciais eléctricos, síntese deNADPH,e síntese/hidrólisedeATP.
A diferenza de potencial electroquímico entre os dous lados da membrana nasmitocondrias,cloroplastos,bacterias,e outros compartimentos membranosos que interveñen no transporte activo que implicabombas de protóns,chámase ás veces potencial quimiosmótico ou forza protón motriz (verquimiosmose). Neste contexto, osprotónsson a miúdo considerados separadamente utilizando unidades de concentración ou tamén depH,xa que un gradiente de protóns é un gradiente de pH.
Forza protón motriz
[editar|editar a fonte]- Véxase tamén:Quimiosmose,Fosforilación oxidativaeFotofosforilación.
Nacadea de transporte de electrónsrespiratoria expúlsanse dous protóns en cada sitio de acoplamento, xerando a forza protón motriz. O ATP sintetízase indirectamente aproveitando a forza protón motriz como fonte de enerxía.
AATP sintase F1FOé un encima de funcionamento reversible. Aproveitando esta reversibilidade, con cantidades de ATP o suficientemente grandes faise que este encima xere un gradiente de protóns transmembrana. Isto utilízano as bacterias fermentadoras (que non utilizan unha cadea de transporte de electróns, e hidrolizan o ATP para crear un gradiente de protóns) para mover os flaxelos e o transporte de nutrientes ao interior da célula.
Nas bacterias que realizan arespiración celularen condicións normais, a ATP sintase, en xeral, funciona na dirección oposta, producindo ATP usando como fonte de enerxía a forza protón motriz creada polacadea de transporte de electróns.O proceso conxunto de creación de enerxía desta forma denomínasefosforilación oxidativa.O mesmo proceso ten lugar nasmitocondriasdos eucariotas, nos que a ATP sintase está localizada namembrana mitocondrial interna,de modo que a porción F1da ATP sintase asome á matriz mitocondrial, onde ten lugar a síntese de ATP.
Tamén se producen gradientes de protóns nostilacoidesnafotofosforilacióndafase luminosadafotosíntesepor un mecanismo quimiosmótico similar ao das mitocondrias. Aquí a porción F1da ATP sintase asoma ao interior dos tilacoides.
Algunhasarqueas,principalmente ashalobacterias,crean gradientes protónicos ao bombearen protóns fóra da célula coa axuda do encima impulsado pola luzbacteriorrodopsina,o cal se usa aquí para impulsar o motor molecular encimáticoATP sintaseorixinando os cambios conformacionais necesarios para que se poida sintetizar o ATP.
Tamén crean gradientes protónicos as bacterias ao utilizaren a ATP sintase en sentido inverso, o que utilizan para facer moverse os seus flaxelos.
Notas e referencias
[editar|editar a fonte]- Campbell & Reece (2005).Biology.Pearson Benjamin Cummings.ISBN0-8053-7146-X.
- Stephen T. Abedon, "Important words and concepts from Chapter 8, Campbell & Reece, 2002 (1/14/2005)", for Biology 113 at the Ohio State University
