¿Por qué los iones H+ son bombeados hacia afuera en lugar de hacia adentro durante la respiración celular?

Durante la respiración celular tanto en las mitocondrias como en los procariotas aeróbicos, la cadena de transporte de electrones bombea iones H+ fuera de la matriz o el citoplasma para crear un gradiente de concentración de H+. Esto obliga a los iones H+ a volver a la matriz o al citoplasma, lo que obliga a la ATP sintasa a entrar en acción.

Sin embargo, me preguntaba por qué los iones H+ se bombean fuera de la matriz o el citoplasma, en lugar de entrar en ellos. Para los procariotas aeróbicos y las primeras mitocondrias (que eran procariotas que vivían por sí mismos), bombear los iones H+ fuera de la matriz o el citoplasma significa bombearlos al mundo exterior, un entorno muy descontrolado. No hay nada que impida que los iones H+ se dispersen, lo que hace que el bombeo sea completamente ineficiente, si no inútil. ¿No tendría más sentido bombear los iones H+ hacia la matriz o el citoplasma, donde los iones H+ no pueden difundirse, lo que daría como resultado una eficiencia mucho mayor?

¿Pero no se bombean en el entorno, se bombean entre la membrana interna y externa? Agregue algunas referencias sobre sus declaraciones
@KingBoomie, el OP está hablando de cuando las mitocondrias aún eran bacterias de vida libre

Respuestas (4)

La mitocondria bombea el H + tal vez solo porque no tiene ninguna desventaja. Una vez que hayan desarrollado una maquinaria de este tipo con una red compleja; no fueron amenazados con desarrollar ningún sistema opuesto.

Cualquier sistema opuesto también; no plausiblemente desventajoso; y realmente sucede en el caso del cloroplasto ; otro tipo de célula-orgánulo.

  1. de Heldt

  2. entero

1: imagen de Plant Biochemistry, de Hans Walter Heldt, 3.ª edición.

2: imagen que incluye todas las membranas de cloroplasto.

Pero si algún orgánulo usara citosol como reserva de H+; probablemente eso haría que el citosol fuera ácido y también alteraría los procesos metabólicos en el citosol. (por lo general, el citosol tiene un pH ligeramente alcalino).

Referencia: Bioquímica vegetal por Hans Walter Heldt, 3.ª edición, Academic Press.

Probablemente alguien pueda encontrar una respuesta que responda a esta pregunta, pero la repetiré aquí en breve:

Obtendrá el mismo gradiente si bombea protones hacia afuera o hacia adentro. No está disminuyendo específicamente el pH exterior cuando bombea protones, principalmente está aumentando el pH interno. Siempre que haya un gradiente que pueda usarse para lograr otras cosas para la célula, fundamentalmente no importa si los protones quieren fluir hacia adentro o hacia afuera de la célula, siempre que quieran fluir a través de la membrana.

Si los protones fluyeran hacia la celda, el pH aumentaría aquí, esto podría ser un problema para las proteínas presentes aquí.
@RickBeeloo lo contrario también es cierto, por lo que su declaración no es un argumento válido.
pero lo contrario está sucediendo en las mitocondrias... y todos seguimos vivos, ¿a qué te refieres? @LiuTianyi?
¿Porque las proteínas en las mitocondrias se han adaptado por esa razón? La evolución podría muy bien ocurrir de tal manera que las proteínas en la célula sean adecuadas para trabajar en niveles bajos de ph (el ph disminuye cuando los protones fluyen hacia la célula, no aumentan), como es el caso, por ejemplo, de los lisosomas. Rechaza su declaración hipotética sobre la base de que no ocurre en el mundo real, exactamente porque es hipotética. Esa línea de argumentación no tiene sentido. @RickBeeloo
¿Podría citar su referencia sobre "Porque las proteínas en las mitocondrias se han adaptado por esa razón"?
Aquí está mi referencia, buen señor.but the reverse is happening in the mitochondria.... and we all still live
Me refiero a un artículo sobre dónde encontrar eso. Tienes un buen punto, así que me interesa saber por qué la evolución debería preferir la adaptación de las proteínas en la matriz en lugar del interior de la célula. @LiuTianyi. Esto podría ser útil para el autor de esta pregunta.
Ese es exactamente el punto a discutir. ¿Por qué "la evolución debería preferir que las proteínas se adapten a ambientes básicos sobre ambientes ácidos"? Eso responde la pregunta. No agregué contenido adicional sobre este tema. Simplemente dije que esa this could be a problem for the protiens present hereno es una razón válida, ya que la presencia de proteínas que se adaptan a un pH alto está inherentemente vinculada a la premisa de que "hay un pH alto en los entornos intracelulares". Estoy señalando una falacia lógica, no una falla de contenido. @RickBeeloo
Solo publicaré un ejemplo más con la esperanza de que lo entiendas. Digamos que las sillas tienen 4 patas. "¿Por qué las sillas no tienen 3 patas?" “Porque si lo hacen, no tendrían 4 patas”. La respuesta es parte de la premisa, no responde nada. Si necesita más explicaciones, siéntase libre de hablar por chat. No estoy interesado en discutir esta pregunta per se, pero me siento obligado a explicar por qué su punto no ayuda a OP.

No sé si esta es una respuesta adecuada... y esta respuesta es realmente tardía... pero si no recuerdo mal, las mitocondrias bombean H+ para compartimentar mejor las actividades del TCA y otros procesos metabólicos dependientes del oxígeno dentro las mitocondrias Esta compartimentación ayuda a minimizar aún más la posibilidad de que ocurra un proceso o reacción antes de que la celda esté lista. También ayuda a mantener las proteínas que tienen funciones estrechamente relacionadas (como si funcionaran en la misma vía o en vías complementarias) espacialmente cerca unas de otras.

Curiosamente, se ha observado que los procariotas también localizan actividades celulares. Se supone que esto ocurre por la misma razón o una similar a la descrita anteriormente para las células eucariotas, aunque es probable que sea menos eficaz. Esto se logra a través del andamiaje intracelular de algún tipo de citoesqueleto. Supongo que las células procarióticas pueden utilizar este citoesqueleto para localizar sus proteínas, pero no pueden usarlo para localizar H+ debido a la falta de una región de "unión" (especulativa).

Además, la mayoría de los organismos procarióticos bombearán el H+ en su periplasma (espacio intermembranoso, no el entorno externo "caótico") como mencionó Rick Beeloo. Este periplasma es un entorno más pequeño que el citoplasma y también está más densamente lleno de proteínas (y posiblemente de otras moléculas). Creo que el periplasma también es más viscoso, ya sea como resultado de la composición del solvente, la alta concentración de proteínas u otras moléculas, o algo completamente diferente, no estoy seguro (afirmación relativamente infundada). Independientemente, todos estos factores en realidad hacen que sea más difícil que las moléculas H+ se difundan en el periplasma que en el citoplasma.

Otro argumento en contra de por qué el H+ debe ser bombeado hacia el lado opuesto de las proteínas es que el ATP inhibe el TCA y otros procesos metabólicos dependientes del oxígeno. La ATP sintasa crea ATP en el lado al que fluye pasivamente el ion H+. Esto hace que la inhibición por retroalimentación sea mucho más sensible temporalmente ya que la ATP sintasa sintetiza ATP en el mismo lado que las proteínas involucradas en la síntesis de ATP. Creo que la ATP sintasa no puede producir ATP en el mismo lado que los iones H+ porque no hay energía para producir ATP hasta que el ion H+ haya fluido por el gradiente de concentración a través de la membrana; con esto quiero decir que la energía utilizada para crear ATP solo puede aprovecharse en el lado de baja energía de la membrana (supongo que en esta última oración ...).

Como resultado de estas razones y quizás más, creo que estas son algunas de las razones por las que es ventajoso bombear iones H+ fuera del interior de la célula/mitocondria que dentro. Aunque 2 años tarde y de ninguna manera es una respuesta definitiva, Espero que esto agregue algunas nuevas perspectivas o ideas a la discusión sobre por qué este proceso ocurre como lo hace.

¿Puede agregar fuentes a su respuesta para permitir que otros usuarios lean en segundo plano su material? +1 por la respuesta elaborada.
Está bien, trabajaré en eso con el tiempo. Ha pasado un tiempo desde que pasé por la ingeniería bioquímica/bioquímica celular. Puede que me lleve mucho tiempo juntar las cosas, ¡pero espero poder encontrarlo todo!
No tiene que agregar un millón de citas, pero una imagen ayuda mucho y algunos enlaces web aquí y allá que respalden sus afirmaciones principales y expliquen los términos clave harían una publicación más satisfactoria y le darán sus merecidos #votos a favor. también. Vea la respuesta más votada arriba, por ejemplo (no es la mejor respuesta, pero, bueno ... mejor organizada que la suya por ahora :-).

No puedo garantizar completamente la precisión con la que mi respuesta responde a su pregunta. Sin embargo, trataré de explicar lo mejor que pueda.

Aquí hay una imagen: (fuente: els-cdn.com )Acción ATPasa

En primer lugar, en la cadena de transporte de electrones, las reacciones que metabolizan el sustrato son reacciones redox. A medida que los complejos se oxidan por la liberación de electrones, también se liberan protones para equilibrarlos. Estadísticamente, la ruta más efectiva de eyección de los protones es a través de los uniportadores de H+. Existe la necesidad de que los protones catalicen las reacciones para la síntesis de sulfuro de hidrógeno, que se requiere para estimular la ATP sintasa (puede consultar la figura).

Adjunto algunos enlaces por los que puedes pasar. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1043661816304820 (Este documento brinda una descripción general detallada del mecanismo H2S.

También puede consultar este artículo de wiki. https://en.wikipedia.org/wiki/Electron_transport_chain

¡Espero haber podido aclarar tu pregunta!

¡Gracias!

¿Por qué los iones H+ son bombeados hacia afuera en lugar de hacia adentro durante la respiración celular?
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