Informace

Proč během chemiosmózy nedifundují protony z mitochondrií?


Pokud je vnější membrána mitochondrií velmi propustná, jak mitochondrie udržují protonový gradient čerpáním protonů do mezimembránového prostoru? Nedifundovaly by jen do cytosolu?


Difúze je podle definice (Ficksův zákon) popisující pohyb podél nebo proti nějakému gradientu (zde jeho koncentrace), i když se mechanismus transportu liší: aktivní, pasivní, usnadněný. Nastavení elektrochemického gradientu přes membránu, jako každý termodynamický proces není dokonalé, vždy existují ztráty entropie. V tomto případě se to projevuje difuzí protonů pryč od membrány (jeden zdroj, existují další). Všimněte si souvislosti mezi entropií systému (Mitochondrie) a difúzí (neefektivní proces) v tomto procesu pozitivní zpětné vazby. Myslím, že je zajímavé, když se někdo dozví o těchto věcech, aby vytvořil tato spojení.

Připomínající protony jsou dodávány volně do prostředí (mezimembránový prostor) pomocí Electron Transport Chain. Některé protony budou difundovat pryč od povrchu membrány, než mohou být čerpány zpět, protože tyto vysoce nabité druhy nemohou pasivně difundovat zpět dovnitř. Proces chemiosmózy, který je udržován vstupem energie k pohonu ATP syntázy, závisí na udržování silného koncentračního gradientu ( separace) H+ na obou stranách membrány. Vzhledem k tomu, že vnější membrána mitochondrií je porézní, znamená to, že protony mohou volně difundovat ven, a budou tak činit, protože jsou entropicky příznivé. Tento vztah nejlépe popisuje $ ce { Delta G = RTln (K)} $. Kde $ ce {K = cfrac {[B]} {[A]}} $ za proces $ ce {A rightleftharpoons B} $

Kde A= Protony poblíž membrány, B= protony rozptýlené ven. Poté, co to termodynamicky zjistíme, budou (protony) difundovat ven[3]. Nabízí se otázka, zda se skutečně dostanou na vnější membránu v rozumném čase.

Samozřejmě, že dost dlouho. Ale v nějakém smysluplném měřítku, jako je 1 sekunda, rychlost protonové pumpy ATP syntázy, 100 s-1 [5]„Jak daleko se může proton ideálně dostat ?. Zpět k výpočtu obálky (ignorování jakýchkoli účinků odporu rozpouštědla, cesty atd.) A použití některých přibližných hodnot (pro kvasinkové proteiny a mitochondrie):

Z Fickova zákona o sazbách, R., $ sqrt [3] {R} = sqrt [3] {D A cfrac {[H^+] _ c - [H^+] _ m} {d}} = 14 mu m $

Průměrný proton tedy ideálně může za 1 s difundovat 14 mikrometrů z vnitřní membrány, poháněno rozdílem v pH mezi membránou a cytosolem. Myslím, že bych mohl být spravedlivý předpokládat, že na základě toho mitochondrie neustále prosakují protony do svého blízkého okolí. (pro měřítko jsou mitochondrie asi 100 nm).

Doufám, že to bylo užitečné

HODNOTY:

Tloušťka mitochondrií, $ d $, rovná se 0,014 $ mu m $ [4]

$ ce {[H^+] _ m} $ na membráně = $ ce {-log [H+] = 10^(-6,8), [H+] = 10^(-6,8)} $ [6]

$ ce {[H^+] _ c} $ at v cytosolu = $ ce {[H+] = 10^(-7,40)} $

Difúzní koeficient H+ ve vodném médiu $ D $ = 7000 $ mu m^2 $ [2]

A (povrchová plocha, ze které probíhá difúze) jsem nastavil na 0,025 $ mu m^2 $ (odhad z průměrné jednotkové buňky krystalizované struktury komplexu ETC II v kvasinkách).

REFERENCE:

  1. D. Nelson & Cox (2012). Lehninger, Principles of Biochemistry, 6. vydání
  2. https://esc.fnwi.uva.nl/thesis/centraal/files/f1163457446.pdf
  3. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBKhttp://www.atpsynthase.info/FAQ.html
  4. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9245766
  5. http://www.atpsynthase.info/FAQ.html
  6. http://jgp.rupress.org/content/139/6/415.full

Cena [1] pro každou strukturu jasně nakreslené a správně označené.

buněčná stěna & ndash s určitou tloušťkou

plazmatická membrána & ndash zobrazena jako jednořádková nebo velmi tenká

cytoplazmatický pilus/pilíř a ndash zobrazen jako jednotlivé řádky

flagellum/flagella & ndash zobrazené jako silnější a delší struktury než pili a vložené do buněčné stěny

Nukleoid / nahá DNA 70S ribozomů

přibližná šířka 0,5 & m / přibližná délka 2,0 & m

Cena [4 max] pokud nakreslená bakterie nemá tvar bacila (obdélník se zaobleným rohem s délkou přibližně dvojnásobnou šířkou).

Cena [4 max] pokud jsou zahrnuty nějaké eukaryotické struktury.

Aby bylo možné získat známku, musí být pasivní i aktivní pohyby porovnány. Cena [3 max] pokud nejsou uvedeny žádné příklady. Odpovědi není nutné zobrazovat ve formátu tabulky.

dochází při aerobním dýchání

během transportního řetězce elektronů dochází k oxidativní fosforylaci

mezi nosiči prochází vodík/elektrony

konečně se spojte s kyslíkem (k výrobě vody)

vyskytuje se v cristae mitochondrií

chemiosmóza je pohyb protonů/vodíkových iontů

protony se pohybují/jsou pohybovány proti jejich koncentračnímu gradientu

do prostoru mezi oběma membránami

protony proudí zpět do matrice

prostřednictvím ATP syntázy/syntetázy (enzymu)

uvolňuje se energie, která produkuje více ATP/kombinuje ADP a Pi


Jak chemiosmóza generuje ATP?

Během chemiosmóza, je volná energie ze série reakcí, které tvoří elektronový transportní řetězec použitý pumpovat vodíkové ionty přes membránu, čímž se vytvoří elektrochemický gradient. Výroba ATP pomocí procesu chemiosmóza v mitochondriích se nazývá oxidační fosforylace.

Kromě toho, jak se vyrábí 32 ATP? Z cytoplazmy jde do Krebsova cyklu s acetyl CoA. Poté se mísí s CO2 a dělá 2 ATP, NADH a FADH. Odtud NADH a FADH jdou do NADH reduktázy, která produkuje enzym. Z řetězce přenosu elektronů propuštěn vodíkové ionty vytvářejí ADP pro konečný výsledek 32 ATP.

Také vědět, jak funguje chemiosmóza?

Chemiosmóza je metoda, kterou buňky používají k vytváření ATP pro energii. Elektrony se pohybují elektronovým transportním řetězcem do kyslíku, kde generují energii, která pumpuje vodíkové ionty proti jejich koncentračnímu gradientu z matice do mezičlenného prostoru, takže mohou proudit zpět dolů.

Jaký je proces syntézy ATP?

Syntéza ATP zahrnuje přenos elektronů z mezimembránového prostoru přes vnitřní membránu zpět do matrice. Kombinace těchto dvou složek poskytuje dostatek energie pro ATP má být vyroben multienzymovým komplexem V mitochondrií, obecněji známým jako ATP syntáza.


Postgenomický pohled na ekofyziologii, katabolizmus a biotechnologický význam prokaryot redukujících sírany

Ralf Rabus,. Inês A.C. Pereira, v Advances in Microbial Physiology, 2015

4.2.2.4 Ech a Coo

Alternativou k Rnf pro spojování oxidace/redukce ferredoxinu s chemiosmózou jsou na membránu vázané energie šetřící hydrogenázy Ech a Coo. Tyto úzce související hydrogenázy patří do podskupiny multisubunitových membránově vázaných [NiFe] hydrogenáz, které mají podjednotky související s podjednotkami komplexu I, ale neinteragují s chinony (Fox, He, Shelver, Roberts, & amp Ludden, 1996 Hedderich & amp Forzi, 2005 Vignais & amp Billoud, 2007). Katalyzují redukci H + ferredoxinem spojeným se zachováním chemiosmotické energie nebo redukci ferredoxinu pomocí H2 poháněno reverzním transportem elektronů (Meuer, Kuettner, Zhang, Hedderich, & amp Metcalf, 2002). V SRP jsou tyto hydrogenázy většinou přítomny v Desulfovibrionaceae (Pereira et al., 2011 Rodrigues, Valente, Pereira, Oliveira, & amp Rodrigues-Pousada, 2003). v D. vulgaris, Coo hydrogenase není regulována CO (Rajeev et al., 2012), jak uvádí enzym z Rhodospirillum rubrum (Fox et al., 1996), a vykazuje značnou expresi během růstu s laktátem/síranem, na rozdíl od Ech (Keller & amp Wall, 2011). Během růstu s vodíkem/síranem dochází k expresi ech geny jsou upregulované, zatímco u genů vrkat geny jsou downregulované (vzhledem k podmínkám laktát/sulfát) (Pereira, He, Valente, et al., 2008). Ukázalo se, že Coo hydrogenase je nezbytná pro syntrofický růst D. vulgaris s methanogenem v přítomnosti laktátu, ale ne pro růst s laktátem/síranem (Walker, Stolyar, et al., 2009). v D. gigas, který obsahuje pouze periplazmatické NiFe hydrogenázy Ech a HynAB, ΔechBC kmen nebyl ovlivněn v růstu laktátem, H2 nebo pyruvát síranem nebo fermentací (Morais-Silva, Santos, Rodrigues, Pereira, & amp Rodrigues-Pousada, 2013).


Integrální biomatika 2017: Nezbytná konjunkce západních a východních myšlenkových tradic pro zkoumání podstaty mysli a života

John S. Torday, William B. Miller Jr., in Progress in Biophysics and Molecular Biology, 2017

Abstraktní

Okrajové podmínky umožňují buněčný život pomocí negentropie, chemiosmózy a homeostázy jako identifikovatelné první principy fyziologie. Z tohoto organizovaného stavu vychází sebereferenční povědomí o statusu, aby udrželo homeostatické imperativy. Preferovaný homeostatický stav závisí na hodnocení informací a jejich komunikaci. Mezi živými bytostmi jsou však zdroje informací a jejich šíření vždy nepřesné. V důsledku toho existují živé systémy vrozeném stavu nejednoznačnosti. Je prezentováno, že buněčný život a evoluční vývoj jsou samoorganizující se buněčnou reakcí na nejistotu v iterativní shodě s jejími základními iniciačními parametry. Pohled na životní okolnosti tímto způsobem umožňuje rozumné sjednocení mezi západním racionálním redukcionismem a východním holismem.


Jaké je použití protonové hybné síly?

To je platnost s níž protony pohybovat se v acidobazických reakcích. To je platnost což má za následek vytvoření (syntézu) molekuly s vysokou energií. Je to forma energie, která vzniká v důsledku rozdílů v pH napříč biologický membrány.

Navíc, co je to kvizlet protonové hybné síly? Proton-hybná síla. Energeticky bohaté, nerovnoměrné rozdělení protony usazené přes membránu. Dvě složky proton-hybná síla. 1. chemický gradient- koncentrační gradient protony stanoví rozdíly pH napříč membránou.

Je také důležité vědět, jaké jsou dvě složky protonové hybné síly?

Protonmotivní síla přes vnitřní mitochondriální membrána (& Deltap) má dvě složky: membránový potenciál (& Delta & Psi) a gradient koncentrace protonů (& DeltapH).

Jak se liší chemiosmóza a protonová hybná síla?

Jak je definováno, chemiosmóza je proces difúze iontů (obvykle ionty H +, také známé jako protony) přes selektivně propustnou membránu. Tento koncentrační gradient je tvořen migrací iontů, které lze použít pro mechanickou práci, tento jev se nazývá hybná síla protonu.


Abstraktní

Před 50 lety navrhl Peter Mitchell chemiosmotickou hypotézu, za kterou mu byla v roce 1978 udělena Nobelova cena za chemii. Jeho komplexní přehled o chemiosmotické vazbě známý jako první „Šedá kniha“ zde byl se souhlasem přetištěn, aby nabídl elektronický záznam a snadný přístup k tomuto důležitému příspěvku do biochemické literatury. Tento pozoruhodný popis myšlenek Petera Mitchella původně publikovaných v roce 1966 je mezníkem a publikací, kterou si musíte přečíst, pro každého vědce v oblasti bioenergetiky. Pokud to bylo možné, znění a formát původní publikace byly zachovány. Některé konzistence s formáty BBA vyžadovaly některé změny, ačkoli tyto neovlivňují vědecký význam. Naskenovaná verze původní publikace je také poskytována jako soubor ke stažení v Doplňkových informacích. Viz také Úvodník v tomto čísle od Petera R. Riche. Originální název: CHEMIOSMOTIC COUPLING IN OXIDATIVE AND PHOTOSYNTHETIC PHOSPHORYLATION, Peter Mitchell, Glynn Research Laboratories, Bodmin, Cornwall, England.


Glykolýza a buněčné dýchání - oxidační fosforylace

Jsme zpět v arkádě a stále v mitochondrii. Prostě se nemůžeme nabažit. Toto je naše bonusová hra, ale také nejdůležitější kolo, protože nyní převedeme naše tokeny z cyklu kyseliny citrónové (NADH a FADH2) do jízdenek (ATP). Zde pochází většina ATP z buněčného dýchání - nikoli glykolýza ani cyklus kyseliny citrónové, ale oxidační fosforylace.

Pokud to rozdělíme, není příliš těžké zjistit, co tato dlouhá fráze znamená. „Oxidační“ musí mít něco společného s oxidací, která zahrnuje přenos elektronů. „Fosforylace“ je termín, který jsme viděli dříve, a znamená přidání fosfátových skupin. Když je dáme dohromady, musíme mluvit o redoxních reakcích a přídavcích fosfátů, které se neliší od toho, co jsme řešili v glykolýze a cyklu kyseliny citrónové.

Hlavním účelem oxidativní fosforylace je přenos elektronů z NADH a FADH2 a použít je k napájení produkce ATP. Podobně hlavním bodem hraní arkádových her je vyhrát lístky na ceny (v pořádku a možná se pobavit a získat vysoké skóre, abyste zapůsobili na naše přátele).

Oxidační fosforylace probíhá ve dvou krocích: řetězec transportu elektronů a chemiosmóza. Udělejme tyto kroky jeden po druhém a rozdělíme je.

ABC ETC

Rádi nazýváme řetězec přenosu elektronů ETC. Je to něco jako EAC (East Australian Current) v Hledá se Nemo, kromě toho, že ETC přepravuje elektrony místo ryb a mořských želv surfařů.

Všechny podrobnosti o ETC, o kterých se chystáme diskutovat, jsou specifické pro buněčné dýchání a vyskytují se v mitochondriích. Existují další řetězce přenosu elektronů, které fungují v chloroplastech a přes plazmatickou membránu v prokaryotech, a přestože jsou podobné, nejsou tím, o co jde.

Do vnitřní membrány mitochondrií jsou vloženy proteinové komplexy, což jsou v podstatě bloby bílkovin. Tyto objekty blob jsou očíslovány I, II, III a IV (opět s kreativním pojmenováním). Některé z proteinů jsou nosiči elektronů a jiné jsou proteinové pumpy. Připomeňme, že během cyklu kyseliny citrónové NADH a FADH2 byly naše výstupy. Tito lidé se jen motají v mitochondriální matici a čekají, až načtou své malé elektrony do ETC.

Elektrony skákající po ETC vedou k oxidaci NADH. Tyto elektrony proudí z jednoho proteinového komplexu do druhého v sekvenčním blob pořadí (I, II, III a poté IV). Na konci ETC osamocený atom kyslíku trpělivě čeká na redukci. Elektrony z proteinového komplexu IV se spojí s kyslíkem a popadnou pár protonů za vzniku vody (H.2Ó). Kyslík je poslední zastávkou v tomto divokém řetězci událostí, a proto tomu říkáme koncový akceptor elektronů.

Proteinové komplexy I a II jsou nosiči elektronů, ale komplexy III a IV mají dvojí povinnost. Nejenže přenášejí elektrony po ETC, ale fungují také jako protonová čerpadla. Blob III využívá energii elektronů (aka elektřinu) k pumpování vodíkových iontů (alias protonů) přes membránu do mezimembránového prostoru.

FADH2 chce se také zapojit do akce, ale NADH si do značné míry hýbe ETC pro sebe. To proto, že jsme během Krebsova cyklu vygenerovali mnohem více NADH (deset NADH ve srovnání se dvěma FADH2). FADH2 musí nastoupit na druhé zastávce, proteinový komplex II, ale následuje stejné kroky poté. Kyslík je stále koncovým akceptorem elektronů a stále se vyrábí voda. Nicméně, protože mnohem méně FADH2 molekuly visí ven, do řetězce se dostává méně elektronů, takže z FADH lze vyrobit méně ATP2. Promiň kámo.


Zatímco elektrony jezdí ETC, protony jsou čerpány do mezimembránového prostoru.

Chemiosmóza a máme hotovo

Dobře. Některé elektrony se svezly po ETC. No a co? Proteinové kuličky pumpující protony přes membránu způsobily trochu kerfuffle. Mimo membránu máme vysokou koncentraci protonů a všichni víme, že buňky rády udržují rovnováhu. Protony jsou rozrušené a chtějí zpět přes membránu. Ale žádné kostky. Protonová čerpadla jsou jednosměrná ulice. Budou muset jít kolem. Naštěstí je tu ulička.

V membráně existují specializované kanály, kterými protony mohou protékat. Tyto kanály jsou tvořeny enzymem zvaným ATP syntáza. A co dělá ATP syntáza? Udělejte ATP, samozřejmě. Nazývá se tok protonů kanálem ATP syntázy a přes vnitřní membránu chemiosmóza.

Slovo chemiosmóza je spojením „chemikálií“ a „osmózy“ a je to jen fantastický způsob, jak říci, že se ionty pohybují přes membránu. Když voda proudí přes membránu, nazývá se to osmóza a chemiosmóza je velmi podobný proces. V obou případech částice difundují z oblasti s vysokou koncentrací do oblasti s nižší koncentrací. Gradient vysoké až nízké koncentrace protonu má potenciální energii a lze jej použít k napájení ATP syntázy.

ATP syntáza vytváří ATP kombinací ADP a fosfátové skupiny. Představte si ATP syntázu jako motor poháněný protony. Stálý proud protonů protékajících kanálem poskytuje sílu k výrobě ATP. Stejným způsobem, jakým může proudící voda pohybovat vodním kolem, protony pohybují kolem syntázy ATP.


ATP syntáza si vytváří vlastní protonový kanál, aby získala protony potřebné pro syntézu ATP.

Sečteme skóre. Z cyklu kyseliny citronové jsme získali deset molekul NADH a dvě FADH2. Oxidace jedné molekuly NADH během OP vedla ke vzniku tří ATP. To nám dává 30 ATP. FADH2 oxidace vedla ke dvěma ATP (celkem čtyři). V tomto kole pinballu jsme vyhráli 34 vstupenek. Páni! Vysoké skóre! To znamená, že proces oxidační fosforylace produkuje 34 molekul ATP na molekulu glukózy.

Třicet čtyři molekul ATP ... jsme si jisti? Raději zpomalte svůj hod. Mnoho zdrojů bude uvádět rozsah pro ATP generovaný během OP spíše než konkrétní číslo. Důvodem je, že NADH produkovaný během glykolýzy je zaseknutý v cytoplazmě buňky, zatímco Krebsův cyklus i OP se vyskytují v mitochondriích. Mitochondriální membrána je pro NADH nepropustná - ta věc je zablokovaná.

Někdy může NADH stopovat a najít si cestu do mitochondrií, které mají být oxidovány pro syntézu ATP, a někdy zmešká autobus. Protože každá molekula NADH je schopná produkovat tři molekuly ATP, pokud nejsou započítány dvě kapsy z glykolýzy, bude vyrobeno šest méně molekul ATP.

V ideálním případě je cílem 34 ATP (a číslo, které si musíte zapamatovat pro test). Navzdory dobře namazaným strojům tyto buňky nejsou, nejsou dokonalé.

Svačina mozku

Buňky rakoviny rostou a způsobují nádory, částečně mutací mitochondrií, takže buňky jsou odolné vůči apoptóze nebo buněčné smrti. Pokud buňky nezemřou, když jsou určeny, hromadí se v hromadách tkáně a způsobují nádory.

Vědci zjistili, že tyto mutace mitochondrií mají často nezamýšlený vedlejší účinek: buňka není schopna provádět oxidační fosforylaci a produkovat těchto 34 ATP 9. Bez energetické elektrárny OP se rakovinné buňky musí spoléhat pouze na glykolýzu, aby získaly energii. Vědci se začínají soustředit na mutace mitochondrií, aby našli novou léčbu rakoviny.


Chemiosmotická teorie

Královská švédská akademie věd se rozhodla udělit Nobelovu cenu za chemii z roku 1978
Dr Peter Mitchell, Glynn Research Laboratories, Bodmin, Cornwall, Velká Británie, za jeho příspěvek k porozumění přenos biologické energie prostřednictvím formulace chemiosmotické teorie.

Chemiosmotická teorie přenosu energie

Peter Mitchell se narodil v Mitchamu v hrabství Surrey v Anglii 29. září 1920. Jeho rodiče Christopher Gibbs Mitchell a Kate Beatrice Dorothy (rozená) Taplin se od sebe povahově velmi lišili. Jeho matka byla plachá a jemná osoba velmi nezávislého myšlení a jednání se silnou uměleckou vnímavostí. Jelikož byla racionalistkou a ateistkou, naučila ho, že musí přijmout odpovědnost za svůj vlastní osud, a zejména za své životní selhání. Tento raný vliv jej mohl dobře vést k přijetí náboženské ateistické osobní filozofie, k níž se hlásí od r. věk asi patnáct. Jeho otec byl mnohem konvenčnější než jeho matka a byl oceněn O.B.E. za jeho úspěch jako státní úředník.

Peter Mitchell byl vzděláván na Queens College v Tauntonu a na Jesus College v Cambridgi. V Queensu těžil zejména z vlivu ředitele C. L. Wisemana, který byl vynikajícím učitelem matematiky a vynikajícím amatérským hudebníkem. Výsledek stipendijního testu, který absolvoval na Jesus College v Cambridgi, byl tak žalostně špatný, že byl na univerzitu přijat pouze na základě osobního dopisu, který napsal C. L. Wiseman. Vstoupil do Jesus College těsně po zahájení války s Německem v roce 1939. V části I triposu přírodních věd studoval fyziku, chemii, fyziologii, matematiku a biochemii a získal výsledek třídy III. V části II studoval biochemii a získal titul II-I za titul Honors.

V roce 1942 přijal výzkumné místo na katedře biochemie v Cambridgi na pozvání J. F. Danielliho. Měl velké štěstí, že byl Danielli a byl pouze Ph.D. student v té době, a velmi si užil a těžil z Danieliho přátelského a neoprávněného stylu dohledu nad výzkumem. Danielli ho seznámil s Davidem Keilinem, kterého si zamiloval a respektoval více než kterýkoli jiný vědec jeho známosti.

Získal titul Ph.D. na počátku roku 1951 za práci na způsobu účinku penicilinu a v letech 1950 až 1955 zastával funkci demonstrátora na katedře biochemie v Cambridgi. V roce 1955 byl pozván profesorem Michaelem Swannem na zřízení a řízení jednotky biochemického výzkumu , zvaná jednotka chemické biologie, na katedře zoologie na univerzitě v Edinburghu, kde byl v roce 1961 jmenován do vyššího lektorátu, v roce 1962 do Readership a kde setrval, dokud akutní žaludeční vředy nevedly k jeho rezignaci po době dovolené v roce 1963.

V letech 1963 až 1965 se zcela stáhl z vědeckého výzkumu a působil jako architekt a mistr děl a přímo dohlížel na obnovu atraktivního sídla v Regency, známého jako Glynn House, v krásném zalesněném údolí Glynn, poblíž Bodminu, Cornwallu a #8211 přizpůsobení a vybavení jeho hlavní části pro použití jako výzkumná laboratoř. V tom měl štěstí na nadšenou podporu své kolegyně z výzkumu fornlerů Jennifer Moyle. On a Jennifer Moyle založili charitativní společnost, známou jako Glynn Research Ltd., na podporu základního biologického výzkumu a financování práce Glynn Research Laboratories v Glynn House. Původní dar ve výši přibližně 250 000 liber věnoval Peter Mitchell a jeho starší bratr Christopher John Mitchell přibližně stejným dílem.

V roce 1965 se Peter Mitchell a Jennifer Moyle s praktickou pomocí jednoho technika Roye Mitchella (nesouvisejícího s Peterem Mitchellem) a s administrativní pomocí jejich tajemníka společnosti pustili do programu výzkumu chemiosmotických reakcí a reakčních systémů, pro které se stal známý Glynnův výzkumný ústav. Od svého vzniku nemá Glynnův výzkumný ústav dostatečné finanční prostředky na to, aby zaměstnával více než tři výzkumné pracovníky, včetně ředitele pro výzkum, ve svých stálých zaměstnancích. Až do současnosti působí jako ředitel výzkumu ve Výzkumném ústavu Glynn. Akutní nedostatek finančních prostředků v poslední době vedl k možnosti, že Glynn Research Institute možná bude muset zavřít.

Mitchell studoval mitochondrii, organelu, která produkuje energii pro buňku. ATP se vyrábí v mitochondriích přidáním fosfátové skupiny k ADP v procesu známém jako oxidační fosforylace. Mitchell byl schopen určit, jak jsou různé enzymy zahrnuté v přeměně ADP na ATP distribuovány v membránách, které rozdělují vnitřek mitochondrií. Ukázal, jak tyto uspořádání enzymů a#8217 usnadňuje jejich použití vodíkových iontů jako zdroje energie při přeměně ADP na ATP.

Peter Mitchell ’s 1961 paper Introducing the chemiosmotic hypothesis started a revolution that has echoed beyond bioenergetics to all biology, and format our Naši chápání základních mechanismů biologické zachování energie, transport iontů a metabolitů, pohyblivost bakterií, struktura organel a biosyntéza, struktura membrány a funkce, homeostáza, evoluce eukaryotické buňky a vlastně každý aspekt života, ve kterém tyto procesy hrají roli. Nobelova cena za chemii v roce 1978, udělený Peteru Mitchellovi jako jedinému příjemci, uznal jeho převládající příspěvek k stanovení platnosti chemiosmotické hypotézy a ipso facto, dlouhého boje o přesvědčení původně nepřátelského establishmentu.

CENA NOBELA V CHEMII ZA PŘENOS BIOLOGICKÉ ENERGIE

Výzkum společnosti Mitchell byl prováděn v oblasti biochemie, která je v posledních letech často označována jako ‘bioenergetics ’, což je studium chemických procesů odpovědných za zásobování živých buněk energií. Životní procesy, jako všechny události, které zahrnují práci, vyžadují energii, a je zcela přirozené, že takové činnosti, jako je svalová kontrakce, nervové vedení, aktivní transport, růst, reprodukce, stejně jako syntéza všech látek, které jsou nezbytné pro provádění a regulaci těchto činností, by nemohlo proběhnout bez adekvátního přísunu energie.

Nyní je dobře prokázáno, že buňka je nejmenší biologickou entitou schopnou zvládat energii. Společná všem živým buňkám je schopnost pomocí vhodných enzymů získávat energii ze svého prostředí, převádět ji do biologicky užitečné formy a využívat ji k řízení různých procesů vyžadujících energii. Buňky zelených rostlin a také určité bakterie a řasy mohou zachytávat energii pomocí chlorofylu přímo ze slunečního světla na organické sloučeniny. Jiné buňky, včetně buněk všech zvířat a mnoha bakterií, jsou svou existencí zcela závislé na organických sloučeninách, které přijímají jako živiny ze svého prostředí. Prostřednictvím procesu nazývaného buněčné dýchání jsou tyto sloučeniny oxidovány atmosférickým kyslíkem na oxid uhličitý a vodu.

Během fotosyntézy i dýchání je energie konzervována ve sloučenině zvané adenosintrifosfát, zkráceně ATP. Když je ATP rozdělen na adenosindifosfát (ADP) a anorganický fosfát (Pi), uvolní se relativně velké množství energie, kterou lze v přítomnosti specifických enzymů využít k řízení různých procesů vyžadujících energii. ATP lze tedy považovat za univerzální ‘energetickou měnu ’ živých buněk. Procesy, kterými se ATP tvoří z ADP a Pi během fotosyntézy a dýchání, se obvykle nazývají ‘ fotofosforylace ’, respektive ‘ oxidační fosforylace ’, v daném pořadí. Tyto dva procesy mají několik společných rysů, oba ve svém enzymatickém složení – oba zahrnují interakci mezi oxidujícími (přenos elektronů) a fosforylačními enzymy – a v jejich spojení s buněčnými membránami. Ve vyšších buňkách dochází k fotofosforylaci a oxidační fosforylaci ve specifických membránově uzavřených organelách, chloroplastech a mitochondriích, respektive v bakteriích, oba tyto procesy jsou spojeny s buněčnou membránou.

Výše uvedené koncepty byly široce nastíněny zhruba na začátku šedesátých let minulého století, ale přesné mechanismy, kterými je přenos elektronů spojen se syntézou ATP v oxidativní fosforylaci a ve fotofosforylaci, zůstaly neznámé. Bylo formulováno mnoho hypotéz, zejména s ohledem na mechanismus oxidační fosforylace, většina z nich předpokládala přímou chemickou interakci mezi oxidujícími a fosforylačními enzymy. Navzdory intenzivnímu výzkumu v mnoha laboratořích však nebylo možné pro žádnou z těchto hypotéz získat experimentální důkazy. V této fázi, v roce 1961, Mitchell navrhl alternativní mechanismus pro spojování přenosu elektronů se syntézou ATP, založený na nepřímé interakci mezi oxidačními a fosforylačními enzymy. Navrhl, aby tok elektronů enzymy respiračních nebo fotosyntetických řetězců přenosu elektronů poháněl kladně nabité vodíkové ionty neboli protony přes membrány mitochondrií, chloroplastů a bakteriálních buněk. Výsledkem je, že přes membránu je vytvořen elektrochemický protonový gradient. Gradient se skládá ze dvou složek: rozdílu v koncentraci vodíkových iontů neboli pH a rozdílu v elektrickém potenciálu, které dohromady tvoří to, co Mitchell nazývá ‘protonmotivní silou ’. Syntéza ATP je řízena zpětným tokem protonů po gradientu. Mitchellův návrh byl nazván ‘chemiosmotická teorie ’.

Tato teorie byla poprvé přijata se skepticismem, ale za posledních 15 let práce v Mitchellově#8217 a mnoha dalších laboratořích ukázala, že základní postuláty jeho teorie jsou správné. I když jsou důležité detaily základních molekulárních mechanismů stále nejasné, chemiosmotická teorie je nyní obecně přijímána jako základní princip v bioenergetice. Tato teorie poskytuje racionální základ pro budoucí práci na podrobných mechanismech oxidativní fosforylace a fotofosforylace. Kromě toho se tento koncept přenosu biologické energie protonmotivní silou (nebo ‘proticitou ’, jak ji nedávno Mitchell nazýval analogií s elektřinou) již ukázal jako použitelný pro jiné buněčné procesy vyžadující energii. Patří sem příjem živin bakteriálními buňkami, buněčný a intracelulární transport iontů a metabolitů, produkce biologického tepla, pohyb bakterií atd. Kromě toho chloroplasty rostlin, které sbírají světelnou energii slunce, a mitochondrie živočišné buňky, které jsou hlavními převaděči energie z dýchání, se nápadně podobají miniaturizovaným systémům solárních a palivových článků. Mitchellovy objevy jsou proto zajímavé a potenciálně cenné nejen pro pochopení biologických systémů přenosu energie, ale také ve vztahu k technologii energetické přeměny.


Co se rozumí hybnou silou protonů?

The hybná síla protonu nastává, když se buněčná membrána nabije energií v důsledku reakcí transportu elektronů elektronovými nosiči v ní zabudovanými. V zásadě to způsobuje, že článek funguje jako malá baterie. Jeho energii lze buď hned použít k práci, jako bičíky, nebo ji uložit na později v ATP.

jaký je kvíz o protonové hybné síle? Proton-hybná síla. Energeticky bohaté, nerovnoměrné rozdělení protony usazené přes membránu. Dvě složky proton-hybná síla. 1. chemický gradient- koncentrační gradient protony stanoví rozdíly pH napříč membránou.

K čemu tedy slouží protonová hybná síla?

The proton-hybná síla vytvořené čerpáním z protony komplexy dýchacího řetězce je v mitochondriích většiny tkání hlavně zvyklý přemístit protony prostřednictvím komplexu ATP syntázy, což vede k tvorbě ATP z adenosindifosfátu (ADP) a fosfátu.

Jaké jsou dvě složky protonové hybné síly?

Protonmotivní síla přes vnitřní mitochondriální membrána (& Deltap) má dvě složky: membránový potenciál (& Delta & Psi) a gradient koncentrace protonů (& DeltapH).