<< Молекулярная биология

Протонный градиент и синтез АТФ

Описание (перевод).
Концентрационный градиент играет важную роль в биологическом мире. Потенциальная энергия этих градиентов часто используется для совершения работы. Рассмотрим подробнее градиент концентрации ионов водорода. Ионы водорода также называются протонами.

Градиент – это наличие разницы в концентрации молекул одного типа между двумя областями. Это видео объясняет, как потенциальная энергия протонного градиента используется для соединения АДФ и фосфата в молекулу АТФ. В процессе этого синтеза участвует ферментативный комплекс – АТФ-синтаза.

Синтез АТФ за счет протонного градиента происходит в митохондриях. АТФ производится АТФ-синтазой – большим комплексом белков, связанных с мембраной. Здесь мы видим АТФ-синтазу вместе с другими мембранными белками. Обратите внимание на разницу в концентрации протонов между двумя сторонами мембраны. Эта разница называется градиентом концентрации протонов, или протонным градиентом. Энергия градиента используется для синтеза АТФ из АДФ и фосфата. Это происходит в АТФ-синтазе.

Один протон входит в АТФ-синтазу из межмембранного пространства, а второй покидает ее, уходя в матрикс. Мембранная часть АТФ-синтазы проворачивается, когда приходит новый протон. При прохождении трех протонов, в матрикс высвобождается достаточно энергии для синтеза одной молекулы АТФ. Так энергия протонного градиента используется для синтеза АТФ. Посмотрим на процесс еще раз. Обратите внимание, как протон входит в АТФ-синтазу, а затем покидает ее с другой стороны. Когда три протона перенесутся через мембрану будет синтезирована еще одна молекула АТФ. В этом примере протонный градиент достаточен для синтеза 6 молекул АТФ. Посмотрим, как будут синтезированы оставшиеся молекулы АТФ. Процесс завершился. Он привел к выравниванию концентрации протонов по обе стороны мембраны. В отсутствии градиента – нет больше энергии для синтеза АТФ.

В биологических системах градиент постоянно поддерживается. Градиент протонов в митохондриях генерируется при прохождении электронов по трем мембранным комплексам. Этот процесс показан на видео «Цепь переноса электронов».