Innledning
I levende celler, plasma membran eller cellemembranen er et selektivt permeable barriere som tillater selektiv stoffer for å passere gjennom den. Dermed har ulike konsentrasjoner på begge sider av membranen. Dette gir opphav til ulike elektriske og kjemiske konsentrasjonen graderinger på membranen overflate som samlet danner den elektrokjemiske gradienten.
Hva er en Elektrokjemisk Gradient?,
Det er definert som forskjellen i kostnad og den kjemiske konsentrasjonen over plasma membran på grunn av sin selektiv permeabilitet. Kombinasjonen av konsentrasjon gradient og elektrisk ladning gradient som påvirker bevegelsene til en bestemt ion over plasma membran er kjent som en konsentrasjon gradient.
Enkel konsentrasjon graderinger er ikke så komplisert som de eksisterer på grunn av differensial konsentrasjon av et stoff på tvers av en membran., Men i tilfelle av levende organismer, graderinger er ikke så enkelt. I tillegg til en konsentrasjon gradient, en elektrisk gradient er også til stede inne i levende celler fordi det er ikke bare ioner som beveger seg inne i og utenfor cellene, men celler’ intracellulære plass inneholde noen proteiner som godt. De fleste av disse proteinene er negativt endret, og ikke bevege seg utenfor. Som et resultat av dette, innsiden av membranen er mer negativt ladet, noe som fører til en elektrisk gradient å eksistere på tvers av plasma membran i tillegg til en konsentrasjon gradient på grunn av ioner., Begge disse elektriske og konsentrasjon graderinger er studert under en elektrokjemisk gradient.
for Å forstå dette, bør du vurdere flytting av natrium og kalium ioner over membranen. I tillegg til de negativt ladede proteiner til stede inne i cellen, cellene som har en høyere konsentrasjon av kalium inne i cellen og en høyere konsentrasjon av natrium utenfor cellen., Konsentrasjonen gradient pumper sodium inne i cellen (fra høyere konsentrasjon til lavere konsentrasjon) og den elektriske gradienten også driver sodium inne i cellen på grunn av de negativt ladede indre av cellen. Men, situasjonen er mer komplisert for kalium. Den elektriske gradienten av kalium (et positivt ion) som får den til å bevege seg inne i cellen på grunn av et negativt ladet interiør, men konsentrasjonen gradient av kalium beveger seg utenfor cellen (på grunn av en lavere konsentrasjon av kalium utenfor)., Denne prosessen av bevegelse på grunn av konsentrasjon gradient og elektrisk ladning, som er referert til som elektrokjemisk gradient.
Komponenter av Elektrokjemisk Gradient
Det er to komponenter i en elektrokjemisk gradient:
- Elektrisk komponent
- Kjemisk komponent
Den elektriske komponenten resultater på grunn av forskjellen i elektrisk ladning over plasma membran. Og den kjemiske komponenten er på grunn av forskjellen i konsentrasjon av ioner over membranen., Kombinasjonen av disse to spår thermodynamically gunstig retning for bevegelse av ionene gjennom selektivt permeable plasma membran.
Typer av Aktiv Transport Mekanismer i Elektrokjemisk Gradient
Det er to typer av aktiv transport mekanismer for bevegelse av ionene og stoffer:
- Primære aktiv transport
- aktiv Sekundær transport
Primære aktiv transport bidrar i bevegelse av ioner over en membran og etablerer en forskjell i stigning som avhenger av ATP direkte., Mens aktiv sekundær transport for flytting av stoffer som et resultat av elektrokjemisk gradient opprettet av primære aktiv transport og dermed ikke er avhengig av ATP direkte.
Beveger seg Mot Elektrokjemisk Gradient
bevegelse av stoffer mot den elektrokjemiske gradienten skjer i nærvær av energi. Energien kommer fra adenosin trifosfat (ATP) som er generert i løpet av celle metabolismen. Aktiv transport mekanismer, som er kollektivt kjent som pumper, hjelp i bevegelse av stoffer mot den elektrokjemiske graderinger., Mange små stoffer kontinuerlig passere gjennom cellemembranen. Konsentrasjonen av ioner og stoffer er opprettholdt ved aktiv transport. Derfor en stor del av cellens metabolsk energi brukes til å opprettholde disse prosessene.
Som disse aktive transport mekanismer som er avhengig av tilførsel av energi ved cellens metabolisme, alle gift som kan forstyrre stoffskiftet å stoppe tilførselen av ATP vil påvirke disse mekanismene.,
Transportøren Proteiner for Aktiv Transport
Den aktive transporten av stoffer over membranen er tilrettelagt av tilstedeværelsen av spesifikke carrier protein, eller pumper. Følgende tre typer protein bærere eller transportører som er til stede:
- Uniporters
- Symporters
- Antiporters
En uniporter er involvert i transport av en bestemt ion-eller molekyl. En symporter transporterer to forskjellige ioner eller molekyler og begge i samme retning., En antiporter fungerer som en carrier protein for to eller flere forskjellige ioner eller molekyler, men i forskjellige retninger. Disse protein bærere er også ansvarlig for transport av små, ladet molekyler slik som glukose. Disse tre transportøren proteiner har også en rolle i fasilitert diffusjon, men i dette tilfellet, ATP er ikke nødvendig., Noen av disse pumper eller protein bærere for aktiv transport er nedenfor:
Na+-K+ ATPase: Det bærer natrium og kalium ioner
H+-K+ ATPase: Det transporterer hydrogen og kalium ioner
Ca+ ATPase: Det tar bare kalsium ioner
H+ ATPase: Det tar bare hydrogen ioner
De to første fra ovennevnte pumper er antiporter transportøren proteiner.,
Elektrokjemisk Gradient av Natrium og Kalium Pumpe
Den elektrokjemiske gradienten Na+/K+ – pumpen som er etablert ved aktiv transport mekanisme er et eksempel på en elektrokjemisk gradient i levende celler.
Primære Aktiv Transport
Primære aktiv transport skaper en elektrokjemisk gradient over membranen ved transport av ioner. Prosessen drives ved hjelp av ATP., Natrium og kalium pumpen er en av de viktigste pumper i levende organismer som opprettholder en elektrokjemisk gradient over membranen. Denne pumpen favoriserer bevegelse av to kalium-ioner inn i cellen og tre natrium ioner utenfor cellen. Avhengig av retningen til innsiden eller utsiden av cellen og affinitet for både ionene, Na+-K+ ATPase (natrium og kalium pumpe) er til stede i to former.
prosessen er gjennomført i følgende trinn:
- første omgang, transportøren enzym pumpen er orientert mot det indre av cellen., Transportøren har en høy affinitet for natrium ioner transport og tre ioner kan binde seg til det på en gang.
- protein gjennomført catalyzes hydrolyse av ATP og legger en lav energi fosfat-gruppen til det.
- Etter phosphorylation, i form av transportøren er endret, og retningen er forskjøvet mot utsiden. Som et resultat, affinitet for natrium er redusert og tre natrium ioner la pumpen.
- endre i form av transportøren også favoriserer tilknytning av to kalium-ioner på grunn av økt affinitet for kalium-ioner., På grunn av dette, lav-energi fosfat gruppe forlater transportøren.
- Etter fjerning av fosfat gruppe og feste av kalium-ioner, carrier protein skifter posisjon mot det indre av cellen.
- på Grunn av den endrede konfigurasjonen affinitet for kalium reduserer og det utgivelser, to ioner i den intracellulære plass. Igjen, protein i sin opprinnelige tilstand, har en høyere affinitet for natrium ioner og prosessen starter på nytt.
Mange endringer oppstår som et resultat av denne prosessen., På denne posisjonen, natrium ioner er i en høyere konsentrasjon utenfor cellen enn på innsiden og kalium ioner er mer i den intracellulære plass i cellen. Som et resultat av to kalium-ioner beveger seg inne i cellen, tre kalium-ioner beveger deg utenfor. Dette gjør det indre av cellen litt mer negativ enn den ytre. Denne forskjellen er ansvarlig for å skape de nødvendige betingelsene for den sekundære mekanisme. Natrium-kalium pumpe dermed fungerer som en Elektrokjemisk pumpe og bidrar til membranen potensialet ved å etablere en elektrisk ubalanse.,
Aktiv Sekundær Transport
I aktiv sekundær transport prosessen, for ett molekyl som beveger seg nedover den elektrokjemiske gradienten, et annet molekyl beveger seg opp sin konsentrasjon gradient. I denne prosessen, ATP er ikke direkte knyttet til carrier protein. I stedet, molekyl eller ion beveger seg mot sin konsentrasjon gradient som etablerer en elektrokjemisk gradient. Det kreves molekylet går nedover den elektrokjemiske gradienten. ATP brukes i denne prosessen, samt for å generere gradient og energi er ikke brukt for flytting av et molekyl over membranen., Det er derfor det er kjent som aktiv sekundær transport.
Antiporters og symporters er involvert i aktiv sekundær transport. Denne prosessen er ansvarlig for bevegelsen av natrium og noen andre stoffer inn i cellen. Den andre stoffer inkluderer mange aminosyrer og glukose som godt. Det er også ansvarlig for å opprettholde en høy hydrogen ioner konsentrasjon i mitokondriene av planter og dyr for å produsere ATP.,
Rolle for Elektrokjemisk Gradient i Biologiske Prosessen
Elektrokjemisk gradient bestemmer retningen på bevegelsen av substanser i biologiske prosesser ved diffusjon og aktiv transport. Diffusjon og aktiv transport generere en elektrokjemisk potensial over membranen. Den elektrokjemiske potensial er på grunn av:
- Ion-Gradient
- Proton Gradient
– Ion-Gradient
Den elektrokjemiske potensial som et resultat av den elektrokjemiske gradienten bestemmer evnen ioner til å krysse membranen., Membranen kan være av cellen eller organell eller andre sub-kjelleren enhet. Dette potensialet er generert i utgangspunktet på grunn av forskjellen i konsentrasjon av ioner i og utenfor membranen, tillegget til stede på ioner eller molekyler, og spenningen forskjellen som eksisterer på tvers av membranen.
en av Verdens ATPases er ofte ansvarlig for å opprettholde ioner graderinger. Natrium og kalium ion-gradienten blir vedlikeholdt av Na+/K+ ATPase.
Proton Gradient
proton gradient er etablert ved aktiv transport av proton pumper., Dette proton elektrokjemiske gradienten er ansvarlig for å generere chemiosmotic potensial (proton drivkraft) i fotosyntesen og cellular respirasjon. Proton gradient er også ansvarlig for å lagre energi for å produsere varme og rotasjon av flagella.
Dette proton gradient er dannet i løpet av elektrontransportkjeden i mitokondriene eller chloroplast ved pumping av protoner over membranen ved aktiv transport mekanisme.
Elektrokjemisk gradient i Bacteriorhodopsin
Elektrokjemisk gradient fører til generering av proton gradient i Bacteriorhodopsin., Ved opptaket av fotoner ved en bølgelengde på 568nm, en proton pumpen er aktivert som fører til bevegelse av hydrogen ioner fra en høyere konsentrasjon til en lavere konsentrasjon. Etter fullført prosessen med proton pumpe på grunn av den conformational skift i retinal, Bacteriorhodopsin gjenoppretter den opprinnelige tilstand.
Elektrokjemisk Gradient i Phosphorylation
Den elektrokjemiske gradienten er også nyttig i å generere en proton gradient i løpet av prosessen med phosphorylation i mitokondriene., I denne prosessen, protoner fraktet fra mitokondrie matrise til en av verdens plass. Protoner, som er overført, inkluderer jeg, III, og IV protoner. For å generere en elektrokjemisk potensial, totalt ti protoner fraktet fra matrisen til en av verdens plass. Den elektrokjemiske potensial er viktig for generering av ATP i nærvær av ATP syntase. Uten proton elektrokjemisk gradient, energiproduksjon ikke skjer i mitokondriene.,
Elektrokjemisk Gradient i Photophosphorylation
Photophosphorylation, Sykliske og Ikke-sykliske, innebærer konvertering av ADP til ATP i nærvær av sollys ved aktivering av PSII. Proton gradient er generert på grunn av absorpsjon av fotonet som i tilfelle av Bacteriorhodopsin. Elektronene beveger seg i elektrontransportkjeden og ATP dannes i nærvær av ATP syntase. Elektronene fraktes fra høy energi molekyler til lav energi molekyler i elektrontransportkjeden., I Photophosphorylation, en av verdens elektrokjemiske potensial gradienten er etablert ved bevegelse av protoner fra stroma til thylakoid plass.
Viktigheten av Elektrokjemisk Gradient
viktigheten av den elektrokjemiske gradienten er markert med følgende punkter:
- Adenosin trifosfat, eller ATP, som er kjent som den primære energikilden i levende celler. Men, i tillegg til ATP energi er også lagret i den elektrokjemiske gradienten av et molekyl eller ion-på tvers av cellemembranen som bidrar til å drive prosesser i levende organismer.,
- Noen av de store biologiske prosesser som er på grunn av den elektrokjemiske potensial eller gradient inkluderer nerve impuls ledningsforstyrrelser, muskel sammentrekning, hormon-sekresjon, og noen sensoriske prosesser.
- prosess av oksidativt phosphorylation i mitokondriene er på grunn av proton gradient som er et resultat av en elektrokjemisk gradient. Fotonet elektrokjemiske gradienten er avgjørende for produksjonen av energi i mitokondriene.
I planter, under lys-avhengige reaksjoner av fotosyntesen, en proton elektrokjemiske gradienten er etablert., Dette er avgjørende for gjennomføring av prosessen. I begge mitokondrier og chloroplast, proton elektrokjemisk gradient genererer chemiosmotic potensial som er også kjent som kalles proton drivkraft. Dette potensiell energi er involvert i syntesen av ATP ved oksidativt phosphorylation og photophosphorylation.