Ключевое различие между хемиосмосом в митохондриях и хлоропластах заключается в том, что при митохондриальном хемиосмосе источником энергии являются молекулы пищи, а при хемиосмосе в хлоропластах источником энергии является источник света.
Хемиосмос – это перемещение ионов с одной стороны биологической полупроницаемой мембраны на другую по электрохимическому градиенту. Градиент позволяет ионам проходить пассивно с помощью белков, встроенных в мембрану. Это помогает ионам перемещаться из области с более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией. Этот процесс похож на осмос, но в нем участвуют ионы, движущиеся через мембраны по градиенту.
Что такое хемиосмос в митохондриях?
Хемиосмос в митохондриях – это перекачка протонов по специальным каналам в мембранах митохондрий от внутренней мембраны к внешней мембране. Во время этого процесса переносчики электронов, НАДН и ФАДН, отдают электроны электрон-транспортной цепи. Эти электроны вносят конформационные изменения в белки, чтобы те перекачивали ионы Н+ через избирательно проницаемую мембрану. Неравномерное распределение ионов Н+ через мембрану вызывает разницу в концентрации и электрохимическом градиенте. Поэтому положительно заряженные ионы водорода перемещаются и скапливаются на одной стороне мембраны. Многие ионы перемещаются через неполярные участки фосфолипидных мембран с помощью ионных каналов. Это заставляет ионы водорода в матрице проходить через внутреннюю митохондриальную мембрану с помощью мембранного белка, называемого АТФ-синтазой. Этот белок использует потенциальную энергию градиента ионов водорода для добавления фосфата к АДФ, образуя АТФ.
Рисунок 01: Хемиосмос в митохондриях
Хемиосмос генерирует большую часть АТФ во время аэробного катаболизма глюкозы. Производство АТФ в митохондриях с помощью хемиосмоса известно как окислительное фосфорилирование. В конце этого процесса электроны помогают восстановить молекулы кислорода до ионов кислорода. Дополнительные электроны кислорода взаимодействуют с ионами H+, образуя воду.
Что такое хемиосмос в хлоропластах?
Хемиосмос в хлоропластах – это движение протонов для производства АТФ в растениях. В хлоропластах хемиосмос происходит в тилакоиде. Тилакоиды собирают свет и служат местом для световых реакций во время фотосинтеза. Легкие реакции генерируют АТФ путем хемиосмоса. Антенный комплекс фотосистемы II принимает фотоны солнечного света. Это возбуждает электроны на более высокий энергетический уровень. Затем электроны транспортируются вниз по цепи переноса электронов, активно перекачивая протоны через мембрану тилакоида в просвет тилакоида.
Рисунок 02: Хемиосмос в хлоропластах
С помощью фермента АТФ-синтазы протоны стекают по электрохимическому градиенту. Это генерирует АТФ путем фосфорилирования АДФ в АТФ. Эти электроны из первой световой реакции достигают фотосистемы I, а затем за счет энергии света достигают более высокого энергетического уровня и принимаются акцептором электронов. Это восстанавливает НАДФ+ до НАДФН. Окисление воды, которая расщепляется на протоны и кислород, восполняет потерянные электроны из фотосистемы II. Для генерации одной молекулы кислорода фотосистемы I и II поглощают не менее десяти фотонов. Здесь четыре электрона проходят через фотосистемы и генерируют две молекулы NAPDH.
Каковы сходства и различия между хемиосмосом в митохондриях и хлоропластах?
- Хемиосмос в митохондриях и хлоропластах имеет одну и ту же теорию – перемещение ионов через полупроницаемую мембрану по электрохимическому градиенту.
- В обоих случаях для процесса хемиосмоса используются источники высокой энергии.
- Ионы водорода или протоны диффундируют через мембраны.
- Оба генерируют АТФ.
- Более того, оба используют мембранные белки и фермент АТФ-синтазу.
В чем разница между хемиосмосом в митохондриях и хлоропластах?
При митохондриальном хемиосмосе источником энергии являются молекулы пищи, тогда как источником энергии при хемиосмосе в хлоропластах является солнечный свет. Таким образом, в этом ключевое отличие хемиосмоса в митохондриях и хлоропластах. Более того, в митохондриях хемиосмос происходит через внутреннюю митохондриальную мембрану, тогда как в хлоропластах хемиосмос происходит в просвете тилакоидов. Кроме того, в митохондриях АТФ образуется в матриксе митохондрий, а в хлоропластах АТФ образуется вне тилакоида.
Приведенная ниже инфографика представляет различия между хемиосмосом в митохондриях и хлоропластах в табличной форме для параллельного сравнения.
Резюме – Хемиосмос в митохондриях и хлоропластах
Хемиосмос – это перемещение ионов с одной стороны биологической полупроницаемой мембраны на другую по электрохимическому градиенту. Хемиосмос в митохондриях - это перекачка протонов по специальным каналам в мембранах митохондрий от внутренней мембраны к внешней мембране. Хемиосмос в хлоропластах - это движение протонов для производства АТФ в растениях. В хлоропласте хемиосмос имеет место в тилакоиде. Оба процесса включают выработку АТФ с использованием энергии. В митохондриях источником энергии является окислительно-восстановительная реакция при метаболизме пищевых молекул, а в хлоропластах источником энергии является свет. Итак, это суммирует разницу между хемиосмосом в митохондриях и хлоропластах.
