7.12: Fosforilación Oxidativa - Quimósmosis y Fosforilación

Objetivos de aprendizaje

• Describir cómo la energía obtenida de la cadena de transporte de electrones potencia la quimiósmosis y discutir el papel de los iones hidrógeno en la síntesis de ATP

Durante la quimiósmosis, los portadores de electrones como NADH y FADH donan electrones a la cadena de transporte de electrones. Los electrones causan cambios de conformación en las formas de las proteínas para bombear H+ a través de una membrana celular selectivamente permeable. La distribución desigual de iones H ⁺ a través de la membrana establece gradientes tanto de concentración como eléctricos (por lo tanto, un gradiente electroquímico) debido a la carga positiva de los iones de hidrógeno y su agregación en un lado de la membrana.

Figura\(\PageIndex{1}\): Quimósmosis: En la fosforilación oxidativa, el gradiente de iones hidrógeno formado por la cadena de transporte de electrones es utilizado por la ATP sintasa para formar ATP.

Si la membrana estuviera abierta a la difusión por los iones hidrógeno, los iones tenderían a difundirse espontáneamente de nuevo a través de la matriz, impulsados por su gradiente electroquímico. Sin embargo, muchos iones no pueden difundirse a través de las regiones no polares de las membranas de fosfolípidos sin la ayuda de canales iónicos. De manera similar, los iones de hidrógeno en el espacio de la matriz solo pueden pasar a través de la membrana mitocondrial interna a través de una proteína de membrana llamada ATP sintasa. Esta proteína actúa como un pequeño generador girado por la fuerza de los iones de hidrógeno que se difunden a través de ella, bajando por su gradiente electroquímico. El giro de esta máquina molecular aprovecha la energía potencial almacenada en el gradiente de iones hidrógeno para agregar un fosfato al ADP, formando ATP.

Figura\(\PageIndex{1}\): ATP sintasa: La ATP sintasa es una máquina molecular compleja que utiliza un gradiente de protones (H+) para formar ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico (Pi).

La quimiósmosis se utiliza para generar 90 por ciento del ATP producido durante el catabolismo de glucosa aeróbica. La producción de ATP mediante el proceso de quimiósmosis en las mitocondrias se denomina fosforilación oxidativa. También es el método utilizado en las reacciones lumínicas de la fotosíntesis para aprovechar la energía de la luz solar en el proceso de fotofosforilación. El resultado global de estas reacciones es la producción de ATP a partir de la energía de los electrones retirados de los átomos de hidrógeno. Estos átomos eran originalmente parte de una molécula de glucosa. Al final de la ruta, los electrones se utilizan para reducir una molécula de oxígeno a iones de oxígeno. Los electrones adicionales en el oxígeno atraen iones de hidrógeno (protones) del medio circundante y se forma agua.

Puntos Clave

• Durante la quimiósmosis, la energía libre de la serie de reacciones que componen la cadena de transporte de electrones se utiliza para bombear iones de hidrógeno a través de la membrana, estableciendo un gradiente electroquímico.
• Los iones de hidrógeno en el espacio de la matriz solo pueden pasar a través de la membrana mitocondrial interna a través de una proteína de membrana llamada ATP sintasa.
• A medida que los protones se mueven a través de ATP sintasa, ADP se convierte en ATP.
• La producción de ATP mediante el proceso de quimiósmosis en las mitocondrias se denomina fosforilación oxidativa.

Términos Clave

• ATP sintasa: Una enzima importante que proporciona energía para que la célula utilice a través de la síntesis de trifosfato de adenosina (ATP).
• Fosforilación oxidativa: Una vía metabólica que utiliza la energía liberada por la oxidación de nutrientes para producir trifosfato de adenosina (ATP).
• quimiósmosis: El movimiento de iones a través de una membrana selectivamente permeable, por su gradiente electroquímico.