Quimiosmosis
Definición de quimiosmosis
La quimiosmosis ocurre cuando los iones se mueven por difusión a través de una membrana semipermeable, como la membrana dentro de las mitocondrias. Los iones son moléculas con carga eléctrica neta, como Na +, Cl –, o específicamente en quimiosmosis que genera energía, H +. Durante la quimiosmosis, los iones descienden por un gradiente electroquímico, que es un gradiente de potencial electroquímico (una forma de energía potencial). Dado que la quimiosmosis es un tipo de difusión, los iones se moverán a través de una membrana desde áreas de alta concentración a áreas de baja concentración. Los iones también se mueven para equilibrar la carga eléctrica a través de una membrana.
Función de la quimiosmosis
La quimiosmosis está involucrada en la producción de trifosfato de adenosina (ATP), que es la principal molécula que la célula utiliza para producir energía. En eucariotas, el ATP se produce a través del proceso de respiración celular en las mitocondrias. Primero, las moléculas NADH y FADH 2, obtenidas del ciclo del ácido cítrico, pasan electrones por una cadena de transporte de electrones, que libera energía. Esta energía permite que los protones (H + ) viajen por un gradiente de protones a través de la quimiosmosis. Esto a su vez proporciona la energía para que la enzima ATP sintasa produzca ATP. El flujo de estos protones por el gradiente hace girar el rotor y el tallo de la ATP sintasa, lo que hace posible unagrupo fosfato para unirse con el difosfato de adenosina (ADP), formando ATP. La producción de ATP durante la respiración se denomina fosforilación oxidativa. A través del oxígeno y la glucosa, el ATP se crea en última instancia mediante la fosforilación del ADP. En la respiración aeróbica, se forman 38 moléculas de ATP por molécula de glucosa. Dado que la quimiosmosis juega un papel en la creación de ATP durante este proceso, sin la quimiosmosis, los organismos no podrían producir la energía que necesitan para vivir.
La idea de que el ATP se sintetiza mediante quimiosmosis fue propuesta por primera vez en 1961 por el Dr. Peter D. Mitchell. En ese momento, esto fue controvertido, porque se aceptó más ampliamente que había alguna molécula intermedia que almacenaba energía de la cadena de transporte de electrones. Sin embargo, nunca se encontró una molécula intermedia y, finalmente, la investigación mostró que la teoría de la quimiosmosis era correcta. Mitchell luego ganaría el Premio Nobel de Química en 1976 por sus contribuciones a la ciencia.
Esta imagen muestra, de manera muy general, iones que se mueven de alta a baja concentración durante la quimiosmosis.
Ejemplos de quimiosmosis
Aunque la quimiosmosis a menudo se define como el movimiento de iones a través de una membrana, en realidad solo se usa en el contexto de hablar sobre el movimiento de iones H + durante la producción de ATP. El método más común que involucra la quimiosmosis en la producción de ATP es la respiración celular en las mitocondrias, cuyo proceso se discutió anteriormente. Todos los organismos eucariotas tienen mitocondrias, por lo que la quimiosmosis está involucrada en la producción de ATP a través de la respiración celular en la gran mayoría de los diferentes tipos de organismos, desde animales hasta plantas, hongos y protistas. Sin embargo, aunque las arqueas y las bacterias no tienen mitocondrias, también utilizan la quimiosmosis para producir ATP a través de la fotofosforilación. Este proceso también involucra una cadena de transporte de electrones, gradiente de protones y quimiosmosis de H +, pero tiene lugar a través de la membrana interna de la bacteria o arqueona, ya que no tienen mitocondrias.
Las plantas producen ATP durante la fotosíntesis en el cloroplasto además del ATP que generan a través de la respiración celular en las mitocondrias. El proceso es nuevamente similar: durante la fotosíntesis, la energía de la luz excita los electrones, que fluyen por una cadena de transporte de electrones, lo que a su vez permite que los iones H + viajen a través de una membrana en el cloroplasto. Algunas bacterias, como las cianobacterias, también utilizan la fotosíntesis.
Las similitudes entre estos métodos de producción de ATP son más que una mera coincidencia; Se cree que tanto las mitocondrias como los cloroplastos han evolucionado a partir de bacterias de vida libre. Esta teoría se llama teoría endosimbiótica. Esta teoría plantea la hipótesis de que tenía relaciones simbióticas con otras células, ayudándolas a producir energía a cambio de un lugar para vivir dentro de la célula. Con el tiempo, estas bacterias se volvieron inseparables de las células en las que residían. El hecho de que las mitocondrias y los cloroplastos tengan su propio ADN separado apoya esta idea. Esta es la razón por la que la quimiosmosis se usa generalmente de la misma manera si el ATP se produce en una mitocondria, cloroplasto o bacteria.
Términos de biología relacionados
- Glucosa: un azúcar simple que tiene un papel importante en el metabolismo y la producción de energía.
- Trifosfato de adenosina (ATP): la principal molécula utilizada para producir energía en las células.
- Ion: una molécula con una carga eléctrica neta debido a la ganancia o pérdida de un electrón.
- Difusión: movimiento de moléculas desde un área de alta concentración a un área de baja concentración.
