Definizione di Chemiosmosi

La chemiosmosi è quando gli ioni si muovono per diffusione attraverso una membrana semipermeabile, come la membrana all’interno dei mitocondri. Gli ioni sono molecole con una carica elettrica netta, come Na+, Cl -, o specificamente in chemiosmosi che genera energia, H+. Durante la chemiosmosi, gli ioni si muovono lungo un gradiente elettrochimico, che è un gradiente di potenziale elettrochimico (una forma di energia potenziale)., Poiché la chemiosmosi è un tipo di diffusione, gli ioni si muoveranno attraverso una membrana dalle aree di alta concentrazione alle aree di bassa concentrazione. Gli ioni si muovono anche per bilanciare la carica elettrica attraverso una membrana.

Funzione della chemiosmosi

La chemiosmosi è coinvolta nella produzione di adenosina trifosfato (ATP), che è la principale molecola utilizzata per l’energia dalla cellula. Negli eucarioti, l’ATP viene prodotto attraverso il processo di respirazione cellulare nei mitocondri., Innanzitutto, le molecole NADH e FADH2, ottenute dal ciclo dell’acido citrico, passano elettroni lungo una catena di trasporto di elettroni, che rilascia energia. Questa energia consente ai protoni (H+) di viaggiare lungo un gradiente protonico tramite chemiosmosi. Questo a sua volta fornisce l’energia per l’enzima ATP sintasi per fare ATP. Il flusso di questi protoni lungo il gradiente gira il rotore e il gambo dell’ATP sintasi, il che rende possibile che un gruppo fosfato si unisca all’adenosina difosfato (ADP), formando ATP. La produzione di ATP durante la respirazione è chiamata fosforilazione ossidativa., Attraverso l’ossigeno e il glucosio, l’ATP viene infine creato attraverso la fosforilazione dell’ADP. Nella respirazione aerobica si formano 38 molecole di ATP per molecola di glucosio. Poiché la chemiosmosi svolge un ruolo nella creazione di ATP durante questo processo, senza la chemiosmosi, gli organismi non sarebbero in grado di produrre l’energia di cui hanno bisogno per vivere.

L’idea che l’ATP sia sintetizzato attraverso la chemiosmosi fu proposta per la prima volta nel 1961 dal Dr. Peter D. Mitchell., A quel tempo, questo era controverso, perché era più ampiamente accettato che esistesse una molecola intermedia che immagazzinava energia dalla catena di trasporto degli elettroni. Tuttavia, una molecola intermedia non è mai stata trovata, e alla fine la ricerca ha dimostrato che la teoria della chemiosmosi era corretta. Mitchell avrebbe poi continuato a vincere il Premio Nobel per la Chimica nel 1976 per i suoi contributi alla scienza.


Questa immagine mostra, molto generalmente, gli ioni che si muovono da alta a bassa concentrazione durante la chemiosmosi.,

Esempi di Chemiosmosi

Sebbene la chemiosmosi sia spesso generalmente definita come il movimento di ioni attraverso una membrana, in realtà viene utilizzata solo nel contesto di parlare del movimento degli ioni H+ durante la produzione di ATP. Il metodo più comune che coinvolge la chemiosmosi nella produzione di ATP è la respirazione cellulare nei mitocondri, il cui processo è discusso sopra., Tutti gli organismi eucariotici hanno mitocondri, quindi la chemiosmosi è coinvolta nella produzione di ATP attraverso la respirazione cellulare nella stragrande maggioranza dei diversi tipi di organismi, dagli animali alle piante ai funghi ai protisti. Tuttavia, anche se archaea e batteri non hanno mitocondri, usano anche la chemiosmosi per produrre ATP attraverso la fotofosforilazione. Questo processo coinvolge anche una catena di trasporto di elettroni, un gradiente protonico e una chemiosmosi di H+, ma avviene attraverso la membrana interna del batterio o archaeon, poiché non hanno mitocondri.,

Le piante producono ATP durante la fotosintesi nel cloroplasto oltre all’ATP che generano attraverso la respirazione cellulare nei mitocondri. Il processo è ancora simile: durante la fotosintesi, l’energia luminosa eccita gli elettroni, che scorrono lungo una catena di trasporto di elettroni, che a sua volta consente agli ioni H+ di viaggiare attraverso una membrana nel cloroplasto. Alcuni batteri, come i cianobatteri, usano anche la fotosintesi.,

Le somiglianze tra questi metodi di produzione di ATP sono più di una semplice coincidenza; si pensa che sia i mitocondri che i cloroplasti si siano evoluti da batteri viventi liberi. Questa teoria è chiamata teoria endosimbiotica. Questa teoria ipotizza che abbia avuto relazioni simbiotiche con altre cellule, aiutandole producendo energia in cambio di un posto dove vivere all’interno della cellula. Nel corso del tempo, questi batteri sono diventati inestricabili dalle cellule in cui risiedevano., Il fatto che i mitocondri e i cloroplasti abbiano il loro DNA separato supporta questa idea. Questo è il motivo per cui la chemiosmosi viene utilizzata generalmente allo stesso modo se l’ATP viene prodotto in un mitocondrio, cloroplasto o batterio.

  • Glucosio-Uno zucchero semplice che ha un ruolo importante nel metabolismo e nella produzione di energia.
  • Adenosina trifosfato (ATP) – La principale molecola utilizzata per l’energia nelle cellule.
  • Ion-Una molecola con una carica elettrica netta dovuta al guadagno o alla perdita di un elettrone.,
  • Diffusione-Movimento di molecole da un’area di alta concentrazione ad un’area di bassa concentrazione.

Quiz

1. Quale organismo non ha mitocondri?
A. Human
B. Mushroom
C. Bacteria
D. Fern

La risposta alla domanda #1
C è corretta. I batteri non hanno mitocondri. Tuttavia, producono ancora energia attraverso un processo simile che coinvolge la chemiosmosi. Si pensa che i mitocondri si siano effettivamente evoluti da batteri che una volta erano liberi; questa teoria è chiamata teoria endosimbiotica.

2., Chemiosmosi che coinvolge quale ion fa parte del processo di generazione di ATP?
A. Na+
B. H+
C. Cl–
D. H–

La risposta alla domanda n.2
B è corretta. Durante la respirazione cellulare, i protoni (H+) viaggiano lungo un gradiente protonico per chemiosmosi. Questo fa sì che l’enzima ATP sintasi a girare e unirsi a un gruppo fosfato di adenosina difosfato (ADP), formando ATP. La scelta D, H -, si riferisce agli elettroni, che sono anche coinvolti nella produzione di ATP ma viaggiano lungo la catena di trasporto degli elettroni, non attraverso la chemiosmosi.

3., Chemiosmosi può verificarsi in quale organello cellulare?
A. Mitochondrion
B. Chloroplast
C. Nucleus
D. Scelte A e B

La risposta alla domanda #3
D è corretta. La chemiosmosi si verifica nei mitocondri durante la respirazione cellulare e nei cloroplasti durante la fotosintesi. Entrambi questi processi generano ATP.