Gradiente electroquímico
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Gradiente electroquímico. En Biología celular, el gradiente electroquímico hace referencia a las propiedades eléctricas y químicas de la membrana celular. Un gradiente electroquímico tiene dos componentes, uno eléctrico y otro químico.
Sumario
Características
Un gradiente electroquímico es un gradiente de potencial electroquímico, por lo general para un ión que puede moverse a través de una membrana. El gradiente consta de dos partes, el potencial eléctrico y una diferencia en la concentración de productos químicos a través de una membrana. La diferencia de potenciales electroquímicos puede ser interpretada como un tipo de energía potencial disponible para el trabajo en una célula. La energía se almacena en forma de potencial químico, que representa el gradiente de concentración de un ion a través de una membrana celular, y la energía electrostática, que representa la tendencia de un ion a moverse bajo la influencia del potencial transmembrana.
El potencial electroquímico es importante en la química electroanalítica y aplicaciones industriales, tales como baterías y pilas de combustible. Representa una de las muchas formas intercambiables de energía potencial a través del cual se pueden conservar energía.
En los procesos biológicos, la dirección de un ion mueve por difusión o el transporte activo a través de una membrana se determina por el gradiente electroquímico. En las mitocondrias y los cloroplastos, los gradientes de protones se utilizan para generar un potencial quimiosmótica que también se conoce como una fuerza motriz de protones. Esta energía potencial se utiliza para la síntesis de ATP por la fosforilación oxidativa.
Propiedades
En biología celular, el gradiente electroquímico hace referencia a las propiedades eléctricas y químicas de la membrana celular. Tales propiedades se deben a los gradientes iónicos y pueden representar un tipo de energía potencial disponible para llevar a cabo trabajo en la célula. Un gradiente electroquímico tiene dos componentes, uno eléctrico y otro químico. El componente eléctrico es resultado de la diferencia de carga a través de la membrana lipídica; el componente químico es resultado de la concentración diferencial de iones a través de la membrana. La combinación de ambos factores determina la dirección termodinámica favorable para el movimiento de un ión a través de la membrana.
Membrana celular
La membrana está constituida de lípidos y proteínas. La parte lipídica de la membrana está formada por una película bimolecular que le da estructura y constituye una barrera que impide el paso de substancias hidrosolubles. Las proteínas de la membrana están suspendidas en forma individual o en grupos dentro de la estructura lipídica, formando los canales por los cuales entran a las células, en forma selectiva, ciertas substancias.
La selectividad de los canales de proteínas le permite a la célula controlar la salida y entrada de substancias así como los transportes entre compartimentos celulares. Las proteínas de la membrana no solo hacen que el transporte a través de ella sea selectivo, sino que también son capaces de llevar a cabo transporte activo (transferencia en contra del gradiente de concentración).
Componentes
Un gradiente electroquímico tiene dos componentes. En primer lugar, el componente eléctrico es causado por una diferencia de carga a través de la membrana lipídica. En segundo lugar, un componente químico es causado por una concentración diferencial de iones a través de la membrana. La combinación de estos dos factores determina la dirección termodinámicamente favorable para el movimiento de un ion a través de una membrana.
Química y Biología
Química
El término se aplica generalmente en contextos donde una reacción química que se llevará a cabo, como uno que implica la transferencia de un electrón en un electrodo de batería. En una batería, un potencial electroquímico que surge a partir del movimiento de los iones equilibra la energía de reacción de los electrodos. El voltaje máximo que una reacción de la batería puede producir a veces se llama el potencial electroquímica estándar de esa reacción. En las instancias que pertenecen específicamente para el movimiento de solutos cargados eléctricamente, el potencial se expresa a menudo en unidades de voltios.
Contexto biológico
En la biología, el término se utiliza a veces en el contexto de una reacción química, en particular para describir la fuente de energía para la síntesis química de ATP. En términos más generales, sin embargo, que se utiliza para caracterizar la tendencia de los solutos para difundir simplemente a través de una membrana, un proceso que no implica transformación química.
Ion gradientes
Con respecto a una célula, orgánulo, o de otro compartimento subcelular, la tendencia de un soluto cargado eléctricamente, tal como un ión de potasio, para moverse a través de la membrana se decide por la diferencia de su potencial electroquímico a ambos lados de la membrana, que surge a partir de tres factores:
- La diferencia en la concentración del soluto entre los dos lados de la membrana.
- La carga o "valencia" de la molécula de soluto.
- La diferencia de voltaje entre los dos lados de la membrana.
Diferencia de potencial electroquímico de un soluto es cero en su "potencial de inversión", el voltaje de transmembrana en el que el flujo neto de soluto a través de la membrana también es cero. Este potencial se predijo, en teoría, ya sea por la ecuación de Nernst o por la ecuación de Goldman-Hodgkin-Katz. Potencial electroquímico se mide en el laboratorio y sobre el terreno usando electrodos de referencia.
ATPasas transmembrana o proteínas transmembrana con dominios ATPasa se utilizan a menudo para la fabricación y la utilización de gradientes iónicos. La enzima Na +/K + ATPasa utiliza ATP para hacer un gradiente de iones de sodio y un gradiente de iones de potasio. El potencial electroquímico se utiliza como almacenamiento de energía. Acoplamiento quimiosmótica es una de varias maneras una reacción termodinámicamente desfavorable puede ser impulsado por un ser termodinámicamente favorable. Cotransporte de iones por symporters y portadores antiporter se utiliza comúnmente para mover activamente iones a través de membranas biológicas.
Gradientes de protones
El gradiente de protones puede ser utilizado como almacenamiento de energía intermedio para la producción de calor y la rotación flagelar. Además, es una forma interconvertibles de energía en el transporte activo, el potencial de generación de electrones, la síntesis de NADPH, y la síntesis de ATP/hidrólisis. La diferencia de potencial electroquímico entre los dos lados de la membrana de las mitocondrias, los cloroplastos, bacterias y otros compartimentos membranosos que participan en el transporte activo que implica bombas de protones, es a veces llamado un potencial quimiosmótica o fuerza motriz de protones. En este contexto, los protones son a menudo considerados por separado utilizando unidades de concentración o pH.
Fuerza motriz de protones
Dos protones son expulsados en cada sitio de acoplamiento, la generación de la fuerza motriz de protones. ATP se realiza indirectamente mediante el PMF como fuente de energía.
Algunas arqueas, las más notables son halobacterias, hacer gradientes de protones mediante el bombeo de protones en el medio ambiente con la ayuda de la enzima solar impulsada por bacteriorrodopsina, que se utiliza aquí para la conducción de la enzima ATP sintetasa motor molecular para hacer los cambios conformacionales necesarios requeridos para sintetizar ATP.
Gradientes de protones también se hacen por las bacterias mediante la ejecución de la ATP sintasa en sentido inverso, y se utilizan para conducir flagelos. La ATP sintasa es una enzima F1FO reversible. Suficientes cantidades grandes de ATP hacen que se crea un gradiente de protones transmembrana. Esto es utilizado por las bacterias fermentadoras - que no tienen una cadena de transporte de electrones, e hidrolizar ATP para hacer un gradiente de protones - para flagelos y el transporte de nutrientes a la célula.
En respiran las bacterias en condiciones fisiológicas, la ATP sintasa, en general, se ejecuta en la dirección opuesta, la creación de ATP durante el uso de la fuerza motriz de protones creado por la cadena de transporte de electrones como fuente de energía. El proceso general de la creación de la energía de esta manera se denomina fosforilación oxidativa. El mismo proceso tiene lugar en las mitocondrias, donde se encuentra la ATP sintasa en la membrana mitocondrial interna, de modo que parte palos F1 en la matriz mitocondrial, donde tiene lugar la síntesis de ATP.
Fuentes
- Características. Visitado el 9 de abril de 2014.
- Propiedades. Visitado el 9 de abril de 2014.
