Mitokondrite ja kloroplastide kemiosmoosi peamine erinevus seisneb selles, et mitokondriaalse kemosmoosi korral on energiaallikaks toidumolekulid, samas kui kloroplasti kemiosmoosi energiaallikaks saab valgusallikas.
Kemiosmoos on ioonide liikumine bioloogilise poolläbilaskva membraani ühelt küljelt teisele üle elektrokeemilise gradiendi. Gradient võimaldab ioonidel passiivselt läbida membraani sisestatud valkude abil. See aitab ioonidel liikuda kõrgema kontsentratsiooniga piirkonnast madalama kontsentratsiooniga piirkonda. See protsess on sarnane osmoosiga, kuid see hõlmab ioonide liikumist läbi membraanide gradiendi kaudu.
Mis on kemiosmoos mitokondrites?
Kemiosmoos mitokondrites on prootonite pumpamine spetsiaalsete kanalite kaudu mitokondrite membraanides sisemembraanilt välismembraanile. Selle protsessi käigus loovutavad elektronide kandjad NADH ja FADH elektrone elektronide transpordiahelasse. Need elektronid muudavad valkudes konformatsioonilisi muutusi, et pumbata H+ ioone läbi selektiivselt läbilaskva membraani. H+ ioonide ebaühtlane jaotumine läbi membraani põhjustab erinevusi kontsentratsioonis ja elektrokeemilises gradiendis. Seetõttu liiguvad ja agregeeruvad positiivselt laetud vesinikuioonid membraani ühel küljel. Paljud ioonid liiguvad ioonikanalite abil läbi fosfolipiidmembraanide mittepolaarsete piirkondade. See põhjustab maatriksis olevate vesiniku ioonide läbimist mitokondri sisemembraanist membraanivalgu, mida nimetatakse ATP süntaasiks, abil. See valk kasutab vesinikioonide gradiendis olevat potentsiaalset energiat, et lisada ADP-le fosfaat, moodustades ATP.
Joonis 01: Kemiosmoos mitokondrites
Kemiosmoos tekitab aeroobse glükoosi katabolismi käigus suurema osa ATP-st. ATP tootmist mitokondrites kemiosmoosi abil nimetatakse oksüdatiivseks fosforüülimiseks. Selle protsessi lõpus aitavad elektronid redutseerida hapnikumolekulid hapnikuioonideks. Hapniku lisaelektronid interakteeruvad H+ ioonidega, moodustades vett.
Mis on kloroplasti kemiosmoos?
Kemosmoos kloroplastides on prootonite liikumine taimedes ATP tootmiseks. Kloroplastis toimub tülakoidis kemosmoos. Tylakoid kogub valgust ja toimib fotosünteesi ajal valgusreaktsioonide asukohana. Valgusreaktsioonid tekitavad kemiosmoosi teel ATP-d. Fotosüsteemi II antennikompleks võtab footonid vastu päikesevalguses. See ergastab elektronid kõrgemale energiatasemele. Seejärel liiguvad elektronid alla elektronide transpordiahela kaudu, pumbates prootoneid aktiivselt läbi tülakoidmembraani tülakoidi luumenisse.
Joonis 02: kemiosmoos kloroplastis
Ensüümi ATP süntaasi abil voolavad prootonid mööda elektrokeemilist gradienti alla. See tekitab ATP ADP fosforüülimise teel ATP-ks. Need esimesest valgusreaktsioonist pärinevad elektronid jõuavad fotosüsteemi I ja jõuavad seejärel valgusenergiaga kõrgemale energiatasemele ning võetakse vastu elektroni aktseptori poolt. See vähendab NADP+ NADPH-ks. Vee oksüdatsioon, mis jaguneb prootoniteks ja hapnikuks, asendab fotosüsteemist II kadunud elektronid. Ühe hapnikumolekuli tekitamiseks neelavad fotosüsteemid I ja II vähem alt kümme footoni. Siin liiguvad neli elektroni läbi fotosüsteemide ja genereerivad kaks NAPDH molekuli.
Mis sarnasused erinevad mitokondrites esineva kemiosmoosi ja kloroplasti vahel?
- Kemiosmoos mitokondrites ja kloroplastides on sama teooria – ioonide liigutamine läbi poolläbilaskva membraani mööda elektrokeemilist gradienti allapoole.
- Mõlemad kasutavad kemosmoosiprotsessis kõrgeid energiaallikaid.
- Vesinikuioonid või prootonid difundeeruvad läbi membraanide.
- Mõlemad genereerivad ATP-d.
- Pealegi kasutavad mõlemad membraanivalke ja ensüümi ATP süntaasi.
Mis vahe on mitokondrites esineva kemiosmoosi ja kloroplasti vahel?
Mitokondrite kemiosmoosi korral on energiaallikaks toidumolekulid, samas kui kloroplasti kemosmoosi energiaallikaks on päikesevalgus. Seega on see peamine erinevus mitokondrites esineva kemiosmoosi ja kloroplasti vahel. Veelgi enam, mitokondrites toimub kemiosmoos üle sisemise mitokondriaalse membraani, samas kui kloroplastis toimub kemosmoos tülakoidi valendikul. Samuti tekib mitokondrites ATP mitokondrite maatriksis, samas kui kloroplastis tekib ATP väljaspool tülakoidi.
Allpool olev infograafik esitab kõrvuti võrdlemiseks tabelina erinevusi mitokondrites esineva kemiosmoosi ja kloroplasti vahel.
Kokkuvõte – kemiosmoos mitokondrites vs kloroplast
Kemiosmoos on ioonide liikumine bioloogilise poolläbilaskva membraani ühelt küljelt teisele üle elektrokeemilise gradiendi. Kemiosmoos mitokondrites on prootonite pumpamine spetsiaalsete kanalite kaudu mitokondrite membraanides sisemembraanilt välismembraanile. Kemiosmoos kloroplastides on prootonite liikumine taimedes ATP tootmiseks. Kloroplastis toimub tülakoidis kemosmoos. Mõlemad protsessid hõlmavad ATP genereerimist energia abil. Mitokondrites on energiaallikaks toidumolekulide metabolismi käigus tekkiv redoksreaktsioon, kloroplastis on energiaallikaks valgus. Niisiis, see võtab kokku erinevuse mitokondrites esineva kemiosmoosi ja kloroplasti vahel.
