Johdanto
elävissä soluissa, solukalvon tai solun kalvo on valikoivasti läpäisevä este, joka mahdollistaa valikoivan aineiden läpi. Näin se ylläpitää erilaisia pitoisuuksia kalvon molemmin puolin. Tämä aiheuttaa eri sähkö-ja kemiallinen pitoisuus kaltevuudet kalvo pinnalla, jotka yhdessä muodostavat sähkökemiallisen gradientin.
Mikä on Sähkökemiallinen Gradientti?,
sillä tarkoitetaan sen selektiivisen läpäisevyyden aiheuttamaa varauksen ja kemiallisen pitoisuuden eroa plasmakalvon poikki. Yhdistelmä pitoisuus kaltevuus ja sähkövaraus kaltevuus, joka vaikuttaa liikkeen tietyn ionin koko plasman kalvo on tunnettu pitoisuus kaltevuus.
Yksinkertainen pitoisuus kaltevuudet eivät ole niin monimutkainen kuin ne ovat olemassa, koska ero pitoisuus aineen koko kalvo., Mutta elävien organismien tapauksessa gradientit eivät ole niin yksinkertaisia. Lisäksi pitoisuus kaltevuus, sähköinen gradientti on myös läsnä sisällä eläviä soluja, koska se ei ole vain ioneja, jotka liikkuvat sisällä ja ulkopuolella soluissa, mutta solujen solunsisäinen tila sisältää joitakin proteiineja sekä. Useimmat näistä proteiineista muuttuvat negatiivisesti eivätkä liiku ulkona. Seurauksena tästä, sisällä kalvo on enemmän negatiivisesti varautuneita joka aiheuttaa sähköinen gradientti olemassa koko solukalvon lisäksi pitoisuus kaltevuus johtuu ioneja., Sekä näitä sähkö – että pitoisuusgradientteja tutkitaan sähkökemiallisella gradientilla.
tämän ymmärtämiseksi kannattaa harkita natrium-ja kaliumionien liikettä kalvon poikki. Solun sisällä olevien negatiivisesti varautuneiden proteiinien lisäksi soluissa on suurempi kaliumpitoisuus solun sisällä ja suurempi natriumpitoisuus solun ulkopuolella., Pitoisuus kaltevuus pumput natriumia solun sisällä (korkeampi pitoisuus alhaisempi pitoisuus) ja sähkö-gradient myös ajaa natriumia solun sisällä, koska negatiivisesti varautuneet sisätilojen solun. Tilanne on kuitenkin kaliumin kannalta monimutkaisempi. Sähkö-kaltevuus kaliumia (positiivinen ioni) aiheuttaa sen liikkua solun sisällä, koska negatiivisesti varautuneet sisustus, mutta pitoisuus kaltevuus kalium liikkuu sen solun ulkopuolella (johtuen pienempi pitoisuus kaliumia ulkopuolella)., Tämän prosessin liikettä, koska pitoisuus kaltevuus ja sähkövarausta kutsutaan sähkökemiallinen gradientti.
Komponentit Sähkökemiallinen Gradientti
On olemassa kaksi komponenttia sähkökemiallinen gradientti:
- Sähkö-komponentti
- Kemiallinen komponentti
sähkö-komponentti tuloksia, koska ero sähkövaraus koko solukalvon. Ja kemiallinen komponentti johtuu ionien pitoisuuserosta kalvon poikki., Näiden kahden ennustaa termodynaamisesti edullisin suunta ionien liikkumisen kautta valikoivasti läpäisevä plasma-kalvo.
Tyyppisiä Aktiivisia kuljetusmekanismeja vuonna Sähkökemiallinen Gradientti
On olemassa kahdenlaisia aktiivisia kuljetusmekanismeja liikkeen ioneja ja aineet:
- Primaarinen aktiivinen kuljetus
- Sekundaarinen aktiivinen kuljetus
Ensisijainen aktiivisen kuljetuksen avulla ionien liikkumisen koko kalvo ja vahvistetaan ero kaltevuus, joka riippuu ATP suoraan., Kun taas toissijainen aktiivinen liikenne on aineiden liikkumista seurauksena sähkökemiallinen gradientti luotu ensisijainen aktiivinen kuljetus ja näin ei riipu ATP suoraan.
Liikkuvat Vastaan Sähkökemiallisen Gradientin
liikkuminen aineita vastaan sähkökemiallisen gradientin tapahtuu, kun läsnä on energiaa. Energia tulee adenosiinitrifosfaatista (ATP), joka syntyy solun aineenvaihdunnan aikana. Aktiivisia kuljetusmekanismeja, joista käytetään nimitystä pumput, auttaa liikkeen aineita vastaan sähkökemiallisen kaltevuudet., Solukalvon läpi kulkee jatkuvasti monia pieniä aineita. Ionien ja aineiden pitoisuus säilyy aktiivisella kuljetuksella. Siksi suuri osa solun metabolisesta energiasta käytetään näiden prosessien ylläpitämiseen.
Koska nämä aktiivisia kuljetusmekanismeja ovat riippuvaisia energian, jonka solujen aineenvaihduntaa, myrkkyä, joka voi häiritä aineenvaihduntaa ja estää ATP: n tarjontaa, vaikuttaa näihin mekanismeihin.,
Harjoittaja Proteiinien Aktiivinen Kuljetus
aktiivinen kuljetus-aineiden koko kalvo helpottaa läsnäolo erityisiä harjoittaja proteiinien tai pumput. Seuraavat kolme ovat eri proteiinia harjoittajien tai kuljettajille, jotka ovat läsnä:
- Uniporters
- Symporters
- Antiporters
uniporter on mukana kuljetus yksi erityinen ioni tai molekyyli. Symporteri kuljettaa kahta eri Ionia tai molekyyliä ja molempia samaan suuntaan., Antiporteri toimii kantajaproteiinina kahdelle tai useammalle eri Ionille tai molekyylille, mutta eri suuntiin. Nämä proteiininkantajat ovat myös vastuussa pienten, kartoittamattomien molekyylien, kuten glukoosin, kuljetuksesta. Nämä kolme kantajaproteiineihin on rooli myös helpotetun diffuusion avulla, mutta tällöin ATP: tä ei tarvita., Jotkut näistä pumput tai proteiinia harjoittajien aktiivinen kuljetus ovat alla:
Na+-K+ – Atpaasi: Se kuljettaa natrium ja kalium-ionit
H+-K+ – Atpaasi: Se kuljettaa vety-ja kalium-ioneja
Ca+ Atp: Se kuljettaa vain kalsium-ioneja
H+ – Atpaasi: Se kuljettaa vain vetyioneja
kaksi ensimmäistä edellä mainitut pumput ovat antiporter kantajaproteiineihin.,
Sähkökemiallinen Gradientti Natrium ja Kalium Pumppu
sähkökemiallinen gradientti Na+/K+ – pumppu, joka on perustettu aktiivinen kuljetusmekanismi on esimerkki sähkökemiallisen gradientin elävissä soluissa.
Primaarinen Aktiivinen Kuljetus
Ensisijainen aktiivinen kuljetus luo sähkökemiallisen gradientin koko kalvo liikenne-ioneja. Prosessi perustuu ATP: n käyttöön., Natrium – ja kaliumpumppu ovat yksi tärkeimmistä elävien organismien pumpuista, joka ylläpitää sähkökemiallista gradienttia kalvon poikki. Tämä pumppu suosii kahden kaliumionin liikettä soluun ja kolmen natriumionin liikettä solun ulkopuolella. Riippuen suunta sisustus tai ulkoa solu-ja affiniteetti sekä ioneja Na+-K+ – Atpaasi (natrium-ja kalium-pumppu) on läsnä kahdessa muodossa.
prosessi on valmis seuraavasti:
- Aluksi, harjoittaja-entsyymin pumppu on suuntautunut kohti sisätilojen solun., Kantajalla on suuri affiniteetti natriumionien kuljetukseen ja kolme Ionia voi sitoutua siihen kerrallaan.
- kuljetettava proteiini katalysoi ATP: n hydrolyysiä ja liittää siihen vähäenergisen fosfaattiryhmän.
- fosforylaation jälkeen kantajan muoto muuttuu ja suunta siirtyy ulospäin. Tämän seurauksena affiniteetti natriumiin vähenee ja pumpusta poistuu kolme natriumionia.
- muutos muodon harjoittaja myös suosii kiinnitys kaksi kalium-ioneja, koska lisääntynyt affiniteetti kalium-ionit., Tästä johtuen Matalaenerginen fosfaattiryhmä jättää kantajan.
- poistamisen Jälkeen fosfaatti ryhmä ja kiinnitys kalium-ioneja, harjoittaja proteiini muutoksia kanta sisätilojen solun.
- muuttuneen kokoonpanon vuoksi affiniteetti kaliumiin vähenee ja se vapauttaa solunsisäiseen tilaan kaksi Ionia. Jälleen proteiinilla on alkutilassaan suurempi affiniteetti natriumioneihin ja prosessi alkaa uudelleen.
monet muutokset tapahtuvat tämän prosessin seurauksena., Tässä asennossa, natrium-ionit ovat korkeampi pitoisuus solun ulkopuolella kuin sisäpuolella ja kalium-ionit ovat enemmän solunsisäinen tila solun. Solun sisällä liikkuvien kahden kaliumionin seurauksena kolme kaliumionia siirtyy ulos. Tämä tekee solun sisusta hieman negatiivisemman kuin ulkokuori. Tämä ero on vastuussa toissijaisen mekanismin välttämättömien edellytysten luomisesta. Natrium-kalium pumppu mikä toimii sähkökemialliseksi pumppu ja edistää kalvon potentiaalin luomalla sähköinen epätasapaino.,
Sekundaarinen Aktiivinen Kuljetus
toisen aktiivisen kuljetuksen prosessi, yksi molekyyli, joka liikkuu alas sähkökemiallinen gradientti, toinen molekyyli liikkuu ylös sen pitoisuus kaltevuus. Tässä prosessissa ATP ei ole suoraan kiinnittynyt kantajaproteiiniin. Sen sijaan molekyyli tai ioni liikkuu pitoisuusgradienttiaan vastaan, joka muodostaa sähkökemiallisen gradientin. Tarvittava molekyyli siirtyy sitten alas sähkökemiallista gradienttia. ATP: tä käytetään myös tässä prosessissa gradientin tuottamiseen, eikä energiaa käytetä molekyylin liikuttamiseen kalvon poikki., Siksi se tunnetaan toissijaisena aktiivisena kuljetuksena.
Antiportterit ja symportterit osallistuvat sekundaariseen aktiiviseen kuljetukseen. Tämä prosessi on vastuussa natriumin ja joidenkin muiden aineiden siirtymisestä soluun. Muita aineita ovat myös monet aminohapot ja glukoosi. Se vastaa myös siitä, että kasvien ja eläinten mitokondrioissa säilytetään korkea vetyionipitoisuus ATP: n tuottamiseen.,
Rooli Sähkökemiallinen Gradientti Biologinen Prosessi
Sähkökemiallinen gradientti määrittää suunnan liikkeen aineiden biologisia prosesseja, diffuusio ja aktiivinen kuljetus. Diffuusio ja aktiivinen kuljetus tuottavat sähkökemiallisen potentiaalin kalvon poikki. Sähkökemiallinen potentiaali johtuu:
- Ion Kaltevuus
- Proton Kaltevuus
Ion Kaltevuus
sähkökemiallinen potentiaali seurauksena sähkökemiallinen gradientti määrittää kyky ioneja rajat kalvo., Kalvo voi olla solusta tai organellista tai mistä tahansa muusta alakellarista. Tämä potentiaali on luotu pohjimmiltaan koska ero ionien sisällä ja ulkopuolella kalvo, maksu läsnä ioneja tai molekyylejä, ja jännite-ero, joka on olemassa koko kalvo.
Transmembraanin Atpaasit ovat usein vastuussa ionien gradienttien ylläpidosta. Natrium – ja kaliumionigradienttia ylläpitää Na + / K + ATPaasi.
Protonigradientti
protonigradientti määritetään aktiivisella kuljetuksella protonipumpuilla., Tämä proton sähkökemiallinen gradientti on vastuussa tuottaa chemiosmotic potentiaali (proton motive force) fotosynteesi ja soluhengitys. Proton gradientin tehtävänä on myös varastoida energiaa lämmön tuottamiseen ja flagellan pyörimiseen.
Tämä proton kaltevuus on muodostunut aikana elektroninsiirtoketju mitokondrioissa tai kloroplastiin, jonka pumppaus protonien koko solukalvon aktiivisen kuljetuksen mekanismi.
Sähkökemiallinen gradientti vuonna Bacteriorhodopsin
Sähkökemiallinen gradientti aiheuttaa sukupolven proton kaltevuus Bacteriorhodopsin., Imeytymistä fotonit aallonpituudella ja 568nm, protonipumpun aktivoituu, mikä aiheuttaa liikkeen vetyioneja korkeammasta pitoisuudesta alempaan pitoisuuteen. Kun koko prosessi proton pumppaus johtuen conformational muutos verkkokalvon, Bacteriorhodopsin palauttaa alkuperäisen lepotilassa.
Sähkökemiallinen Gradientti vuonna Fosforylaation
sähkökemiallinen gradientti on myös hyödyllistä tuottaa protonin kaltevuus prosessin aikana fosforylaatiota mitokondrioissa., Tässä prosessissa protonit kuljetetaan mitokondrioiden matriisista transmembraaniavaruuteen. Siirrettäviä protoneja ovat muun muassa I, III ja IV protonit. Sähkökemiallisen potentiaalin tuottamiseksi matriisista kuljetetaan yhteensä kymmenen protonia transmembraaniavaruuteen. Sähkökemiallinen potentiaali on tärkeä ATP: n syntymiselle ATP-syntaasin läsnä ollessa. Ilman proton sähkökemiallista gradienttia energiantuotanto ei tapahdu mitokondrioissa.,
Sähkökemiallinen Gradientti vuonna Photophosphorylation
Photophosphorylation, Syklinen ja Ei-syklinen, liittyy muuntaminen ADP ATP läsnä auringonvaloa, jonka aktivointi PSII. Protonigradientti syntyy fotonin absorptiosta, kuten Bakteriorhodopsiinin tapauksessa. Elektronit liikkuvat elektroninkuljetusketjussa ja ATP muodostuu ATP-syntaasin läsnä ollessa. Elektronit kuljetetaan korkean energian molekyylien vähän energiaa molekyylien elektroninsiirtoketju., Vuonna Photophosphorylation, jotka toimivat sähkökemiallisen potentiaalin gradientti on perustettu liikkeen protonien alkaen stroomaan, jotta thylakoid tilaa.
Merkitystä Sähkökemiallinen Gradientti
merkitystä sähkökemiallinen gradientti on korostettu seuraavia seikkoja:
- adenosiinitrifosfaatista, tai ATP, tunnetaan ensisijainen energian lähde elävissä soluissa. ATP: n lisäksi energiaa kuitenkin varastoituu myös molekyylin tai ionin sähkökemialliseen gradienttiin solukalvon poikki, mikä auttaa ajamaan elävien organismien prosesseja.,
- Joitakin suuria biologisia prosesseja, jotka johtuvat sähkökemiallinen potentiaali tai kaltevuus ovat hermoimpulssin johtuminen, lihasten supistumisen, hormonin eritys, ja jotkut sensoriset prosessit.
- prosessi oksidatiivista fosforylaatiota mitokondrioissa johtuu proton kaltevuus, joka on seurausta sähkökemiallisen gradientin. Fotonin sähkökemiallinen gradientti on välttämätön mitokondrioiden energiantuotannolle.
kasvit, aikana valo-riippuvainen reaktioita fotosynteesi, protoni sähkökemiallinen gradientti on perustettu., Tämä on ratkaisevaa prosessin loppuun saattamisen kannalta. Sekä mitokondrioita ja kloroplastiin, proton sähkökemiallinen gradientti tuottaa chemiosmotic potentiaalia, joka tunnetaan myös proton motive force. Tämä potentiaalienergia osallistuu ATP: n synteesiin oksidatiivisen fosforylaation ja fotofosforylaation avulla.