Quimiosmosis
La quimiosmosis es la difusión de iones a través de una membrana permeable selectiva. Se refiere de modo específico a la producción de ATP a través del movimiento de iones hidrógeno a través de una membrana interna durante la respiración celular. Los iones hidrógeno se difunden desde un área de elevada concentración de protones a una de menor concentración.
Para la realización de actividades vitales en el día a día, el organismo necesita de la energía. Esta energía proviene de una molécula de almacenamiento que se denomina ATP (trifosfato de adenosina).
Por medio de un conjunto de reacciones que ocurren en el citosol (líquido que recubre el citoplasma), la energía derivada de la oxidación parcial de moléculas de carbohidratos ricas en energía, es utilizada para formar el ATP, la moneda de cambio regular de energía química de las células.
Este proceso está basado en el pasaje de iones por membranas conocido como quimiosmosis o acoplamiento quimiosmótico.
El acoplamiento quimiosmótico sucede en dos etapas interrelacionadas. En la primera, los electrones de alta energía, provenientes del quiebre oxidativo de azúcares, son transferidos a lo largo de una serie de transportadores de electrones en la membrana.
Esa transferencia de electrones libera energía, que es utilizada para bombear protones (H+ derivados del agua), a través de la membrana y así, generar un gradiente electroquímico de protones, una fuerza productora que provoca el desplazamiento de iones a través de la membrana por medio de la diferencia de concentración desde un medio hacia el otro, ( o sea desde el medio hipotónico, hacia el medio hipertónico) y de carga eléctrica, pasando a ser una forma de energía almacenada que puede ser ofrecida para realizar trabajo útil, cuando hay permiso para el reflujo a través de la membrana en favor de su gradiente electroquímico.
En la segunda etapa, el reflujo de los H+ en favor del gradiente electroquímico a través de una enzima que se llama ATP sintasa, que cataliza la síntesis de ATP dependiente de la energía a partir de ADP y fosfato inorgánico. El papel desempeñado por esta enzima es semejante al de una turbina, permitiendo que el gradiente de protones direccione la producción de ATP.
La ATP sintasa es el nombre genérico dado a las proteínas que sintetizan ATP a partir de ADP y de fosfato inorgánico, utilizando para ello alguna forma de energía.
El gradiente electroquímico de protones es también utilizado para direccionar otras máquinas proteicas involucradas en las membranas. En las eucariotas por ejemplo, las proteínas especiales acoplan el flujo favorable de H+ para el transporte de metabolitos específicos para dentro y fuera de los organelos.
En las bacterias el gradiente electroquímico de protones conduce más que solo la síntesis de ATP y los procesos de transporte, como un stock de energía directamente utilizable, el también promueve la rotación rápida del flagelo, posibilitando que la bacteria se movilice.
El mecanismo de transporte de electrones puede ser comparado a una célula eléctrica que direcciona una corriente a través de un conjunto de motores eléctricos. En tanto en los sistemas biológicos, los iones son cargados desde un medio a otro no por hilos conductores, sino por moléculas difundibles que pueden recolectar iones de un lugar y entregarlos en otro.
