Gradiente protonico elettrochimico transmembrana

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Il gradiente protonico elettrochimico transmembrana (gpet) è la forza che permette di formare ATP, garantendone il distacco dall'ATPsintetasi, all'interno del mitocondrio e del cloroplasto. È una forma di energia potenziale generata dalla catena respiratoria che viene trasformata in una forma di energia spendibile dall'organismo mettendo in moto la catalisi rotazionale dell'ATP sintetasi: i protoni, infatti, rientrando nella matrice mitocondriale da cui sono stati allontanati, la fanno ruotare permettendo la sintesi di ATP. Rappresenta un elemento vitale fondamentale.

Per comprendere il gpet è utile soffermarsi sulle singole definizioni delle quattro parole che compongono questo nome.

  • Gradiente di concentrazione: (compare nella legge di Fick);
  • Protonico: indica che il gradiente si riferisce ai protoni (H+);
  • Elettrochimico: parola composta dei termini elettrico e chimico, rispettivamente riferiti alla carica elettrica (+1) e alla concentrazione degli ioni H+ (protoni);
  • Transmembrana: indica che il gradiente si instaura ai due lati di una membrana, nel mitocondrio all'interfaccia della membrana mitocondriale interna (mmi).

Ricomponendo queste definizioni possiamo dire che il gpet è una forza dovuta ad una differenza di concentrazione (e quindi di carica) dei protoni ai due lati della membrana mitocondriale interna. Affinché il gpet possa mantenere il suo importante ruolo è necessario che la membrana non sia permeabile ai protoni e che siano in funzione la catena respiratoria e l'ATP sintetasi, tra di loro accoppiate funzionalmente. Quando si aggiunge un disaccoppiante si osserva consumo di ossigeno senza fosforilazione dell'ADP, in questo caso il gpet viene formato e dissipato attraverso la membrana non permettendo il passaggio degli ioni H+ attraverso la pompa protonica.

Mitochondrial electron transport chain short PL.svg

Il gpet è una forma di energia e per questo compare nella formula del sia come differenza di concentrazione, sia come differenza di potenziale elettrico:

oppure utilizzando il fattore di conversione da a e ricordando che il è un logaritmo decimale scriviamo:

in cui:

  • è l'energia libera di trasporto associata al passaggio dei protoni, espressa in [Joule mol-1];
  • è la costante universale dei gas espressa in [Joule K-1 mol-1];
  • è la temperatura assoluta misurata in Kelvin [K];
  • è il rapporto tra la concentrazione dei protoni all'esterno e all'interno della membrana mitocondriale interna;
  • è la quantità di cariche elementari dello ione [adimensionale];
  • è la carica elementare;
  • è il potenziale elettrico transmembrana misurato in Volt [V];