Kemiosmoosi

Kemiosmoosi on prosessi, jossa kemiallinen gradientti, usein protonigradientti, mahdollistaa kemialliselle energialle potentiaalienergian ja sen vapautuu energiaa, joka muuttuu ATP:ksi. Tämä mekanismi on keskeinen useissa biologisissa prosesseissa, erityisesti solun energiantuotannossa.

Prosessin ytimessä on kalvo, joka erottaa kaksi osastoa, joissa on erilaiset pitoisuudet tiettyjä ioneja, tyypillisesti protoneja (H+). Tämä pitoisuusero luo sähkökemiallisen gradientin, joka edustaa potentiaalista energiaa. Tätä energiaa voidaan hyödyntää, kun ionit virtaavat takaisin korkeamman pitoisuuden alueelta matalamman pitoisuuden alueelle.

Tämä ionien liike tapahtuu erikoistuneiden proteiinikompleksien, kuten ATP-syntaasin, kautta. ATP-syntaasi toimii kuin pieni turbiini. Kun protonit virtaavat sen läpi gradientin mukaisesti, se saa aikaan mekaanista pyörimisliikettä, joka puolestaan katalysoi adenosiinitrifosfaatin (ATP) synteesiä adenosiinidifosfaatista (ADP) ja epäorgaanisesta fosfaatista. ATP on solun ensisijainen energiayksikkö.

Kemiosmoosi on elintärkeä prosessi sekä aerobisessa soluhengityksessä että fotosynteesissä. Soluhengityksessä se tapahtuu mitokondrioiden sisäkalvolla, kun taas fotosynteesissä se tapahtuu kasvien ja levien kloroplastien tylakoidikalvolla. Myös bakteerit hyödyntävät kemiosmoosia energiantuotannossa solukalvonsa kautta. Prosessi on osoitus luonnon tehokkuudesta energian muuntamisessa ja hyödyntämisessä.