भव्य और रहस्यमय इलेक्ट्रिक ईल। इलेक्ट्रोकेमिकल प्रोटॉन ग्रेडिएंट इलेक्ट्रोकेमिकल ग्रेडिएंट में वृद्धि के कारण होगा

डिनिट्रोफेनॉल जैसे अनकप्लर्स, झिल्ली में एच के रिसाव का कारण बनते हैं, इलेक्ट्रोकेमिकल प्रोटॉन ढाल को बहुत कम करते हैं। ओलिगोमाइसिन विशेष रूप से आरसी . के माध्यम से प्रोटॉन के प्रवाह को रोकता है

चावल। 7-53. पौधों और साइनोबैक्टीरिया के एनएडीपीएच और एटीपी के गठन के साथ प्रकाश संश्लेषण के दौरान इलेक्ट्रॉनों के पारित होने के दौरान रेडॉक्स क्षमता में परिवर्तन। फोटोसिस्टम II बैंगनी बैक्टीरिया के प्रतिक्रिया केंद्र के समान है (चित्र 7-50 देखें), जिसके साथ यह क्रमिक रूप से संबंधित है। फोटोसिस्टम I इन दो प्रणालियों से अलग है और माना जाता है कि यह प्रोकैरियोट्स के एक अन्य समूह - हरे बैक्टीरिया के फोटो सिस्टम से क्रमिक रूप से संबंधित है। फोटोसिस्टम I में, उत्तेजित क्लोरोफिल इलेक्ट्रॉन कसकर बंधे हुए लौह-सल्फर केंद्रों की एक श्रृंखला से गुजरते हैं। दो श्रृंखला-जुड़े फोटो सिस्टम एनएडीपीएच बनाने के लिए पानी से एनएडीपी तक इलेक्ट्रॉनों का शुद्ध प्रवाह प्रदान करते हैं। इसके अलावा, एटीपी का निर्माण एटीपी सिंथेटेस (दिखाया नहीं गया) द्वारा इलेक्ट्रोकेमिकल प्रोटॉन ग्रेडिएंट की ऊर्जा के कारण होता है, जो फोटोसिस्टम II को फोटोसिस्टम I से जोड़ने वाली इलेक्ट्रॉन ट्रांसपोर्ट चेन द्वारा बनाया गया है। एटीपी गठन की इस जेड-स्कीम को गैर-चक्रीय कहा जाता है। चक्रीय योजना चावल के विपरीत फास्फारिलीकरण। 7-54 (अंजीर भी देखें। 7-52)।

जब डिनिट्रोफेनॉल जैसे एक अनप्लगिंग एजेंट को कोशिकाओं में जोड़ा जाता है, तो माइटोकॉन्ड्रिया द्वारा ऑक्सीजन का अवशोषण बहुत बढ़ जाता है क्योंकि इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण की दर बढ़ जाती है। यह त्वरण श्वसन नियंत्रण के अस्तित्व के कारण है। माना जाता है कि यह नियंत्रण इलेक्ट्रॉन परिवहन पर इलेक्ट्रोकेमिकल प्रोटॉन ढाल के प्रत्यक्ष निरोधात्मक प्रभाव पर आधारित है। जब एक अयुग्मक की उपस्थिति में विद्युत रासायनिक प्रवणता गायब हो जाती है, तो अनियंत्रित इलेक्ट्रॉन परिवहन सब्सट्रेट की दी गई मात्रा के साथ अधिकतम संभव दर तक पहुंच जाता है। इसके विपरीत, प्रोटॉन ढाल में वृद्धि इलेक्ट्रॉन परिवहन को धीमा कर देती है, और प्रक्रिया धीमी हो जाती है। इसके अलावा, यदि आंतरिक झिल्ली पर प्रयोग में असामान्य रूप से उच्च विद्युत रासायनिक ढाल कृत्रिम रूप से बनाई गई है, तो सामान्य इलेक्ट्रॉन परिवहन पूरी तरह से बंद हो जाएगा, और श्वसन श्रृंखला के कुछ हिस्सों में इलेक्ट्रॉनों के रिवर्स प्रवाह का पता लगाना संभव होगा। यह अंतिम अवलोकन बताता है वह श्वसन नियंत्रण केवल इलेक्ट्रॉन परिवहन के साथ युग्मित प्रोटॉन को पंप करने के लिए और स्वयं इलेक्ट्रॉन परिवहन के लिए मुक्त ऊर्जा के मूल्यों के बीच संतुलन को दर्शाता है या, दूसरे शब्दों में, कि इलेक्ट्रोकेमिकल प्रोटॉन ढाल का परिमाण इलेक्ट्रॉन की दर और दिशा दोनों को प्रभावित करता है एटीपी सिंथेटेस (धारा 9.2.3) की कार्रवाई की दिशा के रूप में उसी तरह सिद्धांत रूप में परिवहन।

श्वसन श्रृंखला के साथ इलेक्ट्रॉन परिवहन की प्रक्रिया में जारी ऊर्जा माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली पर एक इलेक्ट्रोकेमिकल प्रोटॉन ग्रेडिएंट के रूप में संग्रहीत होती है।

pP (ArP) ग्रेडिएंट P आयनों को मैट्रिक्स में वापस ले जाने का कारण बनता है, और OP आयन मैट्रिक्स से, जो झिल्ली क्षमता (AP) के प्रभाव को बढ़ाता है, जिसके प्रभाव में कोई भी सकारात्मक चार्ज मैट्रिक्स की ओर आकर्षित होता है, और कोई भी नकारात्मक इससे बाहर धकेल दिया जाता है। इन दोनों बलों की संयुक्त क्रिया के परिणामस्वरूप इलेक्ट्रोकेमिकल प्रोटॉन ग्रेडिएंट (चित्र 7-19) होता है।

सख्त अवायवीय जीवों सहित लगभग सभी बैक्टीरिया, अपनी झिल्ली पर एक प्रोटॉन प्रेरक बल बनाए रखते हैं। विद्युत रासायनिक प्रोटॉन ढाल की ऊर्जा का उपयोग उनमें जीवाणु फ्लैगेलम को घुमाने के लिए किया जाता है, जो कोशिका को गति करने की अनुमति देता है (सेक। 12.5.4), और इसके लिए

इलेक्ट्रोकेमिकल प्रोटॉन ग्रेडिएंट की ऊर्जा का उपयोग एटीपी संश्लेषण और मेटाबोलाइट्स और अकार्बनिक आयनों के मैट्रिक्स में परिवहन के लिए किया जाता है।

अंजीर पर। 7-34 श्वसन श्रृंखला के विभिन्न भागों में रेडॉक्स क्षमता के स्तर को दर्शाता है। तीन प्रमुख श्वसन परिसरों में से प्रत्येक के भीतर एक तेज गिरावट होती है। किन्हीं दो इलेक्ट्रॉन वाहकों के बीच विभवांतर उस समय निर्मुक्त ऊर्जा के समानुपाती होता है जब एक इलेक्ट्रॉन एक वाहक से दूसरे वाहक में जाता है (चित्र 7-34)। प्रत्येक कॉम्प्लेक्स एक ऊर्जा-परिवर्तित उपकरण के रूप में कार्य करता है, इस मुक्त ऊर्जा को झिल्ली में प्रोटॉन को स्थानांतरित करने के लिए निर्देशित करता है, जिसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रोकेमिकल प्रोटॉन ग्रेडिएंट का निर्माण होता है क्योंकि इलेक्ट्रॉन सर्किट से गुजरते हैं। इस ऊर्जा रूपांतरण को किसी भी पृथक श्वसन श्रृंखला परिसर को व्यक्तिगत रूप से लिपोसोम में शामिल करके सीधे प्रदर्शित किया जा सकता है (चित्र 7-25 देखें)। एक उपयुक्त इलेक्ट्रॉन दाता और स्वीकर्ता की उपस्थिति में, ऐसा कॉम्प्लेक्स इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित कर देगा, जिसके परिणामस्वरूप लिपोसोम झिल्ली में प्रोटॉन पंप हो जाएंगे।

रेस्पिरेटरी एंजाइम मैट्रिक्स से प्रोटॉन के पंपिंग के साथ, ऊर्जा की रिहाई के साथ, इलेक्ट्रॉनों के परिवहन को जटिल करता है। इस मामले में निर्मित इलेक्ट्रोकेमिकल प्रोटॉन ग्रेडिएंट एक अन्य ट्रांसमेम्ब्रेन प्रोटीन कॉम्प्लेक्स, एटीपी सिंथेटेस द्वारा एटीपी संश्लेषण के लिए ऊर्जा प्रदान करता है, जिसके माध्यम से प्रोटॉन मैट्रिक्स में वापस आ जाते हैं। एटीपी सिंथेटेस एक प्रतिवर्ती युग्मन परिसर है जो आमतौर पर मैट्रिक्स में निर्देशित प्रोटॉन फ्लक्स की ऊर्जा को एटीपी फॉस्फेट बांड की ऊर्जा में परिवर्तित करता है, लेकिन जब इलेक्ट्रोकेमिकल प्रोटॉन ग्रेडिएंट कम हो जाता है, तो यह प्रोटॉन को स्थानांतरित करने के लिए एटीपी हाइड्रोलिसिस की ऊर्जा का उपयोग करने में भी सक्षम होता है। मैट्रिक्स से बाहर। केमियोस्मोटिक तंत्र माइटोकॉन्ड्रिया और क्लोरोप्लास्ट और बैक्टीरिया दोनों की विशेषता है, जो सभी कोशिकाओं के लिए उनके असाधारण महत्व को इंगित करता है।

जैसे ही उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन श्वसन श्रृंखला से गुजरते हैं, प्रोटॉन को इसके तीन ऊर्जा-भंडारण क्षेत्रों में से प्रत्येक में मैट्रिक्स से बाहर पंप किया जाता है। नतीजतन, आंतरिक झिल्ली के दोनों किनारों के बीच एक इलेक्ट्रोकेमिकल प्रोटॉन ग्रेडिएंट उत्पन्न होता है, जिसके प्रभाव में प्रोटॉन एटीपी सिंथेटेस के माध्यम से मैट्रिक्स में वापस लौटते हैं, एक ट्रांसमेम्ब्रेन एंजाइम कॉम्प्लेक्स जो एडीपी से एटीपी को संश्लेषित करने के लिए प्रोटॉन करंट की ऊर्जा का उपयोग करता है। और पी.

चावल। 9-36. जीवाणु प्लाज्मा झिल्ली पर उत्पन्न प्रोटॉन प्रेरक शक्ति कोशिका में पोषक तत्वों की आवाजाही और सोडियम को बाहर की ओर निकालना सुनिश्चित करती है। ऑक्सीजन (ए) की उपस्थिति में, एरोबिक बैक्टीरिया की श्वसन श्रृंखला एक इलेक्ट्रोकेमिकल प्रोटॉन ग्रेडिएंट बनाती है, जिसका उपयोग एटीपी सिंथेटेस द्वारा एटीपी को संश्लेषित करने के लिए किया जाता है। अवायवीय स्थितियों (बी) के तहत, वही बैक्टीरिया ग्लाइकोलाइसिस के परिणामस्वरूप एटीपी प्राप्त करते हैं। एटीपी सिंथेटेस की कार्रवाई के तहत इस एटीपी के एक हिस्से के हाइड्रोलिसिस के कारण, एक ट्रांसमेम्ब्रेन प्रोटॉन-प्रेरक बल उत्पन्न होता है, जो परिवहन प्रक्रियाओं को पूरा करता है। (जैसा कि पाठ में वर्णित है, ऐसे बैक्टीरिया हैं जिनमें इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला प्रोटॉन को पंप करती है और, अवायवीय परिस्थितियों में, इस मामले में अंतिम इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता ऑक्सीजन नहीं है, बल्कि अन्य अणु हैं।)

इस कार्य को पूरा करने के लिए, कोशिकाओं में सीपीएम में स्थानीयकृत एटीपी-आश्रित प्रोटॉन पंप का गठन किया गया था। ATPase द्वारा किए गए ATP हाइड्रोलिसिस की ऊर्जा का उपयोग प्रोटॉन को कोशिका से बाहरी वातावरण में धकेलने के लिए किया गया था। एक एटीपी अणु के हाइड्रोलिसिस से 2 प्रोटॉन का स्थानांतरण होता है और इस प्रकार एक ट्रांसमेम्ब्रेन इलेक्ट्रोकेमिकल प्रोटॉन ग्रेडिएंट का निर्माण होता है। यह प्रयोगात्मक रूप से लैक्टिक एसिड बैक्टीरिया और क्लोस्ट्रीडिया के लिए दिखाया गया था, जिसमें श्वसन नहीं होता है, लेकिन एटीपीस सीपीएम में स्थानीयकृत होते हैं, जो किण्वन के दौरान बनने वाले एटीपी अणुओं को तोड़ते हैं।

इलेक्ट्रोकेमिकल प्रोटॉन ग्रेडिएंट एक प्रोटॉन ड्राइविंग बल बनाता है, जिसे मिलीवोल्ट (एमवी) में मापा जाता है। चूँकि 1 pH इकाई का pP (ArH) प्रवणता लगभग 60 mV की झिल्ली क्षमता के बराबर है, प्रोटॉन प्रेरक बल A - 60 (ArH) के बराबर होगा। एक विशिष्ट कोशिका में, श्वसन माइटोकॉन्ड्रियन की आंतरिक झिल्ली पर यह बल लगभग 220 mV होता है और यह लगभग 160 mV की झिल्ली क्षमता और एक pH प्रवणता का योग होता है। करीब - ] पीएच इकाई।

लेकिन एटीपी का संश्लेषण एकमात्र ऐसी प्रक्रिया नहीं है जो विद्युत रासायनिक ढाल की ऊर्जा के कारण होती है। मैट्रिक्स में, जहां साइट्रिक एसिड चक्र और अन्य चयापचय प्रतिक्रियाओं में शामिल एंजाइम स्थित हैं, विभिन्न सबस्ट्रेट्स की उच्च सांद्रता बनाए रखना आवश्यक है, विशेष रूप से, एटीपी सिंथेटेस के लिए एडीपी और फॉस्फेट की आवश्यकता होती है। इसलिए, विभिन्न प्रकार के चार्ज-ले जाने वाले सबस्ट्रेट्स को आंतरिक झिल्ली में ले जाया जाना चाहिए। यह झिल्ली में एम्बेडेड विभिन्न वाहक प्रोटीनों द्वारा प्राप्त किया जाता है (देखें धारा 6.4.4)। जिनमें से कई सक्रिय रूप से कुछ अणुओं को उनके इलेक्ट्रोकेमिकल ग्रेडिएंट के खिलाफ पंप करते हैं, यानी एक ऐसी प्रक्रिया को अंजाम देते हैं जिसमें ऊर्जा के खर्च की आवश्यकता होती है। अधिकांश मेटाबोलाइट्स के लिए, इस ऊर्जा का स्रोत कुछ अन्य अणुओं के उनके विद्युत रासायनिक ढाल के नीचे की गति के साथ संयुग्मन है (देखें खंड 6.4.9)। उदाहरण के लिए, एडीपी-एटीपी एंटीपोर्ट सिस्टम एडीपी परिवहन में भाग लेता है; जब प्रत्येक एडीपी अणु मैट्रिक्स में प्रवेश करता है, तो एक एटीपी अणु इसे अपने विद्युत रासायनिक ढाल के साथ छोड़ देता है। उसी समय, सिम्पोर्ट सिस्टम फॉस्फेट के संक्रमण को माइटोकॉन्ड्रिया में पी के प्रवाह के साथ जोड़ता है, प्रोटॉन अपने ढाल के साथ मैट्रिक्स में प्रवेश करते हैं और साथ ही, फॉस्फेट को उनके साथ खींचते हैं। यह समान रूप से मैट्रिक्स और पाइरूवेट (चित्र 7-21) में स्थानांतरित हो जाता है। इलेक्ट्रोकेमिकल प्रोटॉन ग्रेडिएंट की ऊर्जा का उपयोग सीए आयनों को मैट्रिक्स में स्थानांतरित करने के लिए भी किया जाता है, जो स्पष्ट रूप से, कुछ माइटोकॉन्ड्रियल एंजाइमों की गतिविधि के नियमन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, इन आयनों को माइटोकॉन्ड्रिया द्वारा साइटोसोल से हटाने के लिए अवशोषित करते हैं। जब बाद में Ca की सांद्रता खतरनाक हो जाती है, तो इसका भी बहुत महत्व हो सकता है।उच्च (देखें खंड 12.3.7)।

एटीपी सिंथेटेस की क्रिया प्रतिवर्ती है; यह आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली के माध्यम से प्रोटॉन पंप करने के लिए एटीपी हाइड्रोलिसिस की ऊर्जा और एटीपी संश्लेषण के लिए इलेक्ट्रोकेमिकल ढाल के साथ प्रोटॉन प्रवाह की ऊर्जा (छवि 7-26) दोनों का उपयोग करने में सक्षम है। इस प्रकार, एटीपी सिंथेटेस एक प्रतिवर्ती संयुग्मन प्रणाली है जो विद्युत रासायनिक प्रोटॉन ढाल और रासायनिक बंधों की ऊर्जा के अंतर-रूपांतरण को करती है। इसके संचालन की दिशा प्रोटॉन ढाल की स्थिरता और एटीपी हाइड्रोलिसिस के लिए एजी के स्थानीय मूल्य के बीच संबंध पर निर्भर करती है।

हमने पहले दिखाया है कि एटीपी हाइड्रोलिसिस की मुक्त ऊर्जा तीन अभिकारकों - एटीपी, एडीपी और पाई की सांद्रता पर निर्भर करती है (चित्र 7-22 देखें)। एटीपी संश्लेषण के लिए एजी माइनस के साथ लिया गया समान मान है। झिल्ली के माध्यम से घूमने वाले प्रोटॉन की मुक्त ऊर्जा के योग के बराबर है (1) AG किसी भी आयन के एक मोल को संभावित AV में अंतर वाले क्षेत्रों के बीच स्थानांतरित करने के लिए और (2) AG अलग-अलग क्षेत्रों के बीच किसी भी अणु के एक मोल को स्थानांतरित करने के लिए सांद्रता। सेक में दिए गए प्रोटॉन प्रेरक बल के लिए समीकरण। 7.1.7, समान घटकों को जोड़ती है, लेकिन केवल एकाग्रता अंतर को झिल्ली क्षमता में एक समान वृद्धि द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, ताकि प्रोटॉन की विद्युत रासायनिक क्षमता के लिए एक अभिव्यक्ति प्राप्त की जा सके। इस प्रकार, प्रोटॉन की गति के लिए एजी और प्रोटॉन-प्रेरक बल समान क्षमता को ध्यान में रखते हैं, केवल पहले मामले में इसे किलोकलरीज में मापा जाता है, और दूसरे में - मिलीवोल्ट में। एक इकाई से दूसरी इकाई में बदलने का गुणांक फैराडे संख्या है। इस प्रकार, AGh = -0.023 (प्रोटॉन प्रेरक बल), जहाँ AGh + को किलोकैलोरी प्रति 1 mol (kcal / mol), और प्रोटॉन प्रेरक बल - मिलीवोल्ट (mV) में व्यक्त किया जाता है। यदि विद्युत रासायनिक प्रोटॉन प्रवणता 220 mV है, तो AGh = 5.06

यदि एटीपी सिंथेटेस सामान्य रूप से मैट्रिक्स से पी को परिवहन नहीं करता है, तो आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली में स्थित श्वसन श्रृंखला, सामान्य परिस्थितियों में, इस झिल्ली के माध्यम से प्रोटॉन को स्थानांतरित करती है, इस प्रकार एक इलेक्ट्रोकेमिकल प्रोटॉन ढाल बनाती है जो एटीपी संश्लेषण के लिए ऊर्जा प्रदान करती है। कुछ शर्तों के तहत, मैट्रिक्स से प्रोटॉन पंप करने के लिए श्वसन श्रृंखला की क्षमता को प्रयोगात्मक रूप से प्रदर्शित करना संभव है। उदाहरण के लिए, ऑक्सीकरण के लिए उपयुक्त सब्सट्रेट के साथ पृथक माइटोकॉन्ड्रिया का निलंबन प्रदान करना और एटीपी सिंथेटेस के माध्यम से प्रोटॉन के प्रवाह को अवरुद्ध करना संभव है। माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स से पी आयनों के निष्कासन के परिणामस्वरूप आरपी इलेक्ट्रोड।

चावल। 7-36. आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली के माध्यम से प्रोटॉन का स्थानांतरण, अनप्लगिंग एजेंट 2,4-डाइनिट्रोफेनॉल (डीएनपी) की भागीदारी के साथ डीएनपी का चार्ज (प्रोटोनेटेड) रूप स्वतंत्र रूप से हो सकता है

टीको अबे

विद्युत-रासायनिक प्रवणता के ह्रास से ऊष्मा उत्पन्न कैसे होती है?

यह मेरी समझ है कि प्रोटॉन प्रवाह और एटीपी सिंथेज़ का डिकूपिंग माइटोकॉन्ड्रिया के बाहरी और आंतरिक झिल्ली के बीच प्रोटॉन के लिए एक बाईपास प्रदान करता है, ताकि प्रोटॉन को मैट्रिक्स के रास्ते में एटीपी सिंथेज़ से गुजरना न पड़े। मैं देखता हूं कि इसका परिणाम विद्युत रासायनिक ढाल के नुकसान में कैसे होता है। लेकिन गर्मी क्यों उत्पन्न होती है?

ऐलिस डी

उसी कारण से जब बैटरी शॉर्ट-सर्किट होती है :) वही सिद्धांत, वही प्रभाव।

जवाब

सात्विक पासानी

ALICD की टिप्पणी पूरी तरह से सच है। (हालांकि वास्तविक जीवन के मामलों में, शॉर्ट सर्किट शायद ही कभी पूर्ण होता है, क्योंकि आमतौर पर शॉर्ट सर्किट तार में कुछ सीमित प्रतिरोध होता है।)

इसे आप दो तरह से समझ सकते हैं।

सहज ज्ञान युक्त कि decoupling बिना किसी काम के अपने विद्युत रासायनिक ढाल की दिशा में झिल्ली के पार हाइड्रोजन आयनों की आवाजाही के लिए एक चैनल प्रदान करता है। इसलिए, संभावित अंतर को पार करके प्राप्त होने वाली ऊर्जा को गतिज ऊर्जा में परिवर्तित माना जा सकता है, अर्थात हाइड्रोजन आयनों को संभावित अंतर से त्वरित किया जाता है, जिसके कारण वे गति पकड़ते हैं और इसलिए औसत से अधिक गति से चलते हैं अंतिम कम्पार्टमेंट। इससे आसपास के अणुओं के साथ अधिक टकराव (और अधिक ऊर्जावान वाले) होंगे, जिससे उनकी गतिज ऊर्जा भी थोड़ी बढ़ जाएगी, जो अंततः औसत गतिज ऊर्जा को बढ़ाएगी, जिसके एक उपाय को तापमान कहा जाता है। यदि यह बाध्य होता, तो हाइड्रोजन आयनों को गतिज ऊर्जा प्राप्त नहीं होती, क्योंकि संभावित अंतर को पार करके वे जो ऊर्जा प्राप्त करते हैं, उसका उपयोग एटीपी सिंथेज़ तंत्र में काम करने के लिए किया जाएगा।

सच पूछिये तो , आप इसे रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी का उपयोग करके दिखा सकते हैं, जिसमें उपयोग करना शामिल है Δ जी "भूमिका = "प्रस्तुति" शैली = "स्थिति: सापेक्ष;"> जी Δ जी "भूमिका = "प्रस्तुति" शैली = "स्थिति: सापेक्ष;"> Δ जी "भूमिका = "प्रस्तुति" शैली = "स्थिति: सापेक्ष;">Δ Δ जी "भूमिका = "प्रस्तुति" शैली = "स्थिति: सापेक्ष;"> जीकार्य, μ "भूमिका = "प्रस्तुति" शैली = "स्थिति: सापेक्ष;"> μ μ "भूमिका = "प्रस्तुति" शैली = "स्थिति: सापेक्ष;"> μ "भूमिका = "प्रस्तुति" शैली = "स्थिति: सापेक्ष;"> μकार्य और कुछ संबंधित थर्मोडायनामिक चर। मुझे बताएं कि क्या आप यह स्पष्टीकरण चाहते हैं (हालांकि मुझे थर्मोडायनामिक्स के गणितीय पहलू से संपर्क खोने का जोखिम है)

पुनश्च:- यद्यपि थर्मोडायनामिक स्पष्टीकरण भी मिटाए गए एकाग्रता ढाल के कारण तापमान में वृद्धि को ध्यान में रखता है, पिछले मॉडल के साथ इसे समझाना मुश्किल है। आप इसके बारे में सोच सकते हैं क्योंकि एकाग्रता ढाल को निष्क्रिय करने से प्रति इकाई मात्रा (और समय) में टकराव की संख्या में परिवर्तन होता है, और इसलिए मनाया तापमान परिवर्तन में भी योगदान देता है।

WYSIWYG

जिस तरह से आपने तंत्र को समझाया वह बहुत अच्छा है +1

टीको अबे

आपके जवाब के लिए धन्यवाद। अब मैं सहज दृष्टिकोण से काफी खुश हूं। मुझे यकीन नहीं है कि मैं इस बिंदु पर कठोर गणित स्पष्टीकरण को पूरी तरह से समझ सकता हूं, मुझे लगता है कि मुझे पहले कुछ पढ़ने की जरूरत है।

विद्युत रासायनिक ढाल, या विद्युत रासायनिक संभावित ढाल- एकाग्रता ढाल और झिल्ली क्षमता का एक सेट, जो झिल्ली के माध्यम से आयनों की गति की दिशा निर्धारित करता है। इसमें दो घटक होते हैं: एक रासायनिक ढाल (एकाग्रता ढाल), या झिल्ली के दोनों किनारों पर एक विलेय की सांद्रता में अंतर, और एक विद्युत ढाल (झिल्ली क्षमता), या झिल्ली के विपरीत किनारों पर स्थित आवेशों में अंतर . पारगम्य झिल्ली के विपरीत पक्षों पर आयनों की असमान सांद्रता के कारण प्रवणता उत्पन्न होती है। आयन झिल्ली के आर-पार उच्च सांद्रता वाले क्षेत्र से साधारण विसरण द्वारा कम सांद्रता वाले क्षेत्र में चले जाते हैं। आयनों में एक विद्युत आवेश भी होता है, जो झिल्ली (झिल्ली क्षमता) पर एक विद्युत क्षमता बनाता है। यदि झिल्ली के दोनों किनारों पर आवेशों का असमान वितरण होता है, तो विद्युत क्षमता में अंतर एक बल उत्पन्न करता है जिसके परिणामस्वरूप आयनिक प्रसार होता है जब तक कि दोनों तरफ के आवेश संतुलित नहीं हो जाते।

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उपशीर्षक

मैं एक छोटा पिंजरा खींचूंगा। यह एक विशिष्ट कोशिका होगी, और यह पोटेशियम से भरी हुई है। हम जानते हैं कि कोशिकाएं इसे अपने अंदर जमा करना पसंद करती हैं। बहुत सारे पोटेशियम। इसकी सांद्रता लगभग 150 मिलीमोल प्रति लीटर होने दें। पोटेशियम की भारी मात्रा। आइए इसे कोष्ठकों में रखें, क्योंकि कोष्ठक एकाग्रता को दर्शाते हैं। बाहर कुछ पोटेशियम भी है। यहां सांद्रण लगभग 5 मिलीमोल प्रति लीटर होगा। मैं आपको दिखाऊंगा कि एकाग्रता प्रवणता कैसे निर्धारित की जाएगी। यह अपने आप नहीं होता है। इसके लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है। दो पोटेशियम आयनों को पंप किया जाता है, और एक ही समय में तीन सोडियम आयन कोशिका छोड़ देते हैं। इसलिए पोटेशियम आयन शुरू में अंदर आ जाते हैं। अब जबकि वे अंदर हैं, तो क्या उन्हें यहां अकेले रखा जाएगा? बिल्कुल नहीं। वे ऋणात्मक आवेश वाले ऋणायन, छोटे अणु या परमाणु पाते हैं, और अपने आप को उनके पास रखते हैं। इस प्रकार कुल आवेश उदासीन हो जाता है। प्रत्येक कटियन का अपना आयन होता है। और आमतौर पर ये आयन प्रोटीन होते हैं, कुछ संरचनाएं जिनमें एक नकारात्मक पक्ष श्रृंखला होती है। यह क्लोराइड हो सकता है, या, उदाहरण के लिए, फॉस्फेट। कुछ भी। इनमें से कोई भी आयन करेगा। मैं कुछ और आयन खींचूंगा। तो यहाँ दो पोटेशियम आयन हैं जो अभी-अभी कोशिका के अंदर मिले हैं, यह अब जैसा दिखता है। अगर सब कुछ अच्छा और स्थिर है, तो वे इस तरह दिखते हैं। और वास्तव में, पूरी तरह से निष्पक्ष होने के लिए, यहां छोटे आयन भी हैं, जो यहां पोटेशियम आयनों के बराबर हैं। कोशिका में छोटे-छोटे छिद्र होते हैं जिनसे पोटैशियम बाहर निकल सकता है। आइए देखें कि यह कैसा दिखेगा और यहां क्या होता है, इसे कैसे प्रभावित करेगा। तो हमारे पास ये छोटे चैनल हैं। उनमें से केवल पोटेशियम ही गुजर सकता है। यानी ये चैनल पोटैशियम के लिए बेहद खास हैं। उनके बीच से और कुछ नहीं गुजर सकता। कोई आयन नहीं, कोई प्रोटीन नहीं। पोटेशियम आयन, जैसा कि थे, इन चैनलों की तलाश कर रहे हैं और तर्क दे रहे हैं: "वाह, कितना दिलचस्प है! यहाँ इतना पोटेशियम! हमें बाहर जाना चाहिए।" और ये सभी पोटेशियम आयन कोशिका को छोड़ देते हैं। वे बाहर जाते हैं। और नतीजतन, एक दिलचस्प बात होती है। उनमें से ज्यादातर बाहर चले गए हैं। लेकिन बाहर पहले से ही कुछ पोटेशियम आयन हैं। मैंने कहा कि यहाँ यह छोटा सा आयन है, और यह सैद्धांतिक रूप से अंदर जा सकता है। वह चाहे तो इस पिंजरे में जा सकता है। लेकिन तथ्य यह है कि कुल मिलाकर, आपके पास भीतर की तुलना में बाहर की ओर अधिक गति होती है। अब मैं इस पथ को मिटा रहा हूं क्योंकि मैं चाहता हूं कि आप याद रखें कि हमारे पास अधिक पोटेशियम आयन हैं जो एक सांद्रता प्रवणता की उपस्थिति के कारण बच जाते हैं। यह पहला चरण है। मुझे इसे लिखने दो। सांद्रता प्रवणता पोटेशियम को बाहर की ओर ले जाने का कारण बनती है। पोटेशियम बाहर निकलने लगता है। सेल से बाहर आता है। और फिर क्या? मुझे इसे बाहर जाने की प्रक्रिया में चित्रित करने दें। यह पोटेशियम आयन अभी यहाँ है, और यह यहाँ है। केवल आयन ही बचे हैं। वे पोटेशियम के जाने के बाद बने रहे। और ये आयन ऋणात्मक आवेश उत्पन्न करने लगते हैं। बहुत बड़ा ऋणात्मक आवेश। आगे-पीछे घूमने वाले कुछ ही आयन ऋणात्मक आवेश उत्पन्न करते हैं। और बाहर के पोटेशियम आयनों को लगता है कि यह सब बहुत दिलचस्प है। यहां एक नकारात्मक चार्ज है। और चूंकि यह वहां है, इसलिए वे इसके प्रति आकर्षित होते हैं, क्योंकि उनके पास स्वयं एक सकारात्मक चार्ज होता है। वे एक नकारात्मक चार्ज के लिए तैयार हैं। वे लौटना चाहते हैं। अब सोचो। आपके पास एक सांद्रता प्रवणता है जो पोटेशियम को बाहर धकेलती है। लेकिन, दूसरी ओर, वहाँ है झिल्ली क्षमता, - इस मामले में नकारात्मक - जो इस तथ्य के कारण होता है कि पोटेशियम एक आयन को पीछे छोड़ देता है। यह क्षमता पोटेशियम को वापस आने के लिए उत्तेजित करती है। एक बल, एकाग्रता, पोटेशियम आयन को बाहर धकेलता है, दूसरा बल, झिल्ली क्षमता, जो पोटेशियम द्वारा निर्मित होती है, इसे वापस अंदर ले जाती है। मैं कुछ जगह खाली कर दूँगा। अब मैं आपको कुछ दिलचस्प दिखाऊंगा। आइए दो वक्र बनाएं। मैं इस स्लाइड पर कुछ भी याद नहीं करने की कोशिश करूंगा। मैं यहां सब कुछ ड्रा करूंगा और फिर उसका एक छोटा सा टुकड़ा दिखाई देगा। हम दो वक्र बनाते हैं। उनमें से एक एकाग्रता ढाल के लिए होगा, और दूसरा झिल्ली क्षमता के लिए होगा। यह बाहर पोटेशियम आयन होगा। यदि आप समय के लिए उनका अनुसरण करते हैं - इस बार - आपको कुछ ऐसा मिलता है। पोटेशियम आयन बाहर जाते हैं और एक निश्चित बिंदु पर संतुलन तक पहुंच जाते हैं। आइए इस धुरी पर समय के साथ भी ऐसा ही करें। यह हमारी झिल्ली क्षमता है। हम शून्य समय बिंदु से शुरू करते हैं और नकारात्मक परिणाम प्राप्त करते हैं। नकारात्मक चार्ज बड़ा और बड़ा होता जाएगा। हम झिल्ली क्षमता के शून्य बिंदु पर शुरू करते हैं, और यह उस बिंदु पर होता है जहां पोटेशियम आयन बाहर आना शुरू होते हैं कि निम्नलिखित होता है। वी सामान्य शब्दों मेंसब कुछ बहुत समान है, लेकिन ऐसा होता है जैसे परिवर्तनों के समानांतर एकाग्रता ढाल. और जब ये दोनों मान एक दूसरे के बराबर हो जाते हैं, जब बाहर जाने वाले पोटेशियम आयनों की संख्या वापस आने वाले पोटेशियम आयनों की संख्या के बराबर होती है, तो आपको ऐसा पठार मिलता है। और यह पता चला है कि इस मामले में चार्ज माइनस 92 मिलीवोल्ट है। इस बिंदु पर, जहां पोटेशियम आयनों की कुल गति के संदर्भ में व्यावहारिक रूप से कोई अंतर नहीं है, संतुलन देखा जाता है। इसका अपना नाम भी है - "पोटेशियम के लिए संतुलन क्षमता।" माइनस 92 के मान तक पहुंचने पर - और यह आयनों के प्रकार के आधार पर भिन्न होता है - पोटेशियम के लिए माइनस 92 तक पहुंचने पर, क्षमता का एक संतुलन बनाया जाता है। मैं लिखूंगा कि पोटेशियम का चार्ज माइनस 92 है। यह तभी होता है जब सेल केवल एक तत्व के लिए पारगम्य हो, उदाहरण के लिए, पोटेशियम आयनों के लिए। और फिर भी सवाल उठ सकता है। आप सोच रहे होंगे, "एक सेकंड रुको! यदि पोटेशियम आयन बाहर की ओर बढ़ते हैं - जो वे करते हैं - तो क्या हमारे पास एक निश्चित बिंदु पर कम सांद्रता नहीं है, क्योंकि पोटेशियम पहले ही यहां से निकल चुका है, और पोटेशियम को बाहर की ओर ले जाने से यहां उच्च सांद्रता प्रदान की जाती है? तकनीकी रूप से यह है। यहां, बाहर, अधिक पोटेशियम आयन होते हैं। और मैंने यह उल्लेख नहीं किया कि वॉल्यूम भी बदलता है। इससे एकाग्रता अधिक होती है। और सेल के लिए भी यही सच है। तकनीकी रूप से, कम एकाग्रता है। लेकिन वास्तव में मैंने मूल्य नहीं बदला। और कारण निम्न है। इन मूल्यों को देखो, ये पतंगे हैं। और यह एक बड़ी संख्या है, है ना? 6.02 गुना 10 से माइनस 23 पावर कोई छोटी संख्या नहीं है। और यदि आप इसे 5 से गुणा करते हैं, तो यह लगभग निकलेगा - मुझे जल्दी से गणना करने दें कि हमें क्या मिला है। 6 को 5 से गुणा करने पर 30 होता है। और यहाँ मिलिमोल हैं। 10 से 20 तिल। यह आसान है बड़ी राशिपोटेशियम आयन। और ऋणात्मक आवेश उत्पन्न करने के लिए, उन्हें बहुत कम की आवश्यकता होती है। यानी 10 से 20वीं शक्ति की तुलना में आयनों की गति के कारण होने वाले परिवर्तन नगण्य होंगे। यही कारण है कि एकाग्रता परिवर्तन को ध्यान में नहीं रखा जाता है।

अवलोकन

विद्युत रासायनिक क्षमता का उपयोग इलेक्ट्रोएनालिटिकल रसायन विज्ञान में किया जाता है, और उद्योग में इसका उपयोग बैटरी और ईंधन कोशिकाओं के निर्माण में किया जाता है। यह संभावित ऊर्जा के कई विनिमेय रूपों में से एक है जिसमें ऊर्जा का संरक्षण किया जा सकता है।

जैविक प्रक्रियाओं में, आयन एक विद्युत रासायनिक ढाल द्वारा निर्धारित प्रसार या सक्रिय परिवहन द्वारा झिल्ली से गुजरते हैं। माइटोकॉन्ड्रिया और क्लोरोप्लास्ट में, प्रोटॉन ग्रेडिएंट का उपयोग उत्पन्न करने के लिए किया जाता है रसायन परासरणी क्षमता, जिसे . के रूप में भी जाना जाता है प्रोटॉन- प्रेरक शक्ति pया μH+. इस संभावित ऊर्जा का उपयोग एटीपी को या फोटोफॉस्फोराइलेशन के माध्यम से संश्लेषित करने के लिए किया जाता है। मिशेल के रसायन परासरणी सिद्धांत के अनुसार प्रोटॉन-प्रेरक बल श्वसन और ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण की युग्मित प्रक्रियाओं का सामान्य उत्पाद है। इसमें दो कारक होते हैं: रासायनिक (या आसमाटिक) - माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स और इंटरमेम्ब्रेन स्पेस में एच + आयनों की सांद्रता में अंतर, और विद्युत - झिल्ली के विपरीत किनारों पर स्थित विद्युत आवेशों में अंतर के कारण। पीएच की इकाइयों में मापा गया एच + आयनों की सांद्रता में अंतर को ΔpH दर्शाया जाता है। विद्युत विभव में अंतर को चिन्ह द्वारा प्रदर्शित किया जाता है। इसलिए, समीकरण रूप लेता है:

Δ μ H + = Δ + Δ p H (\displaystyle \Delta \mu _(H^(+))=\Delta \psi +\Delta pH) ,

Δ पी एच = पी एच ए - पी एच बी (\displaystyle \डेल्टा पीएच=पीएच_(ए)-पीएच_(बी))

झिल्ली के A(+)-पक्ष और B(-)-पक्ष पर H + आयनों (रासायनिक प्रवणता) की सांद्रता में अंतर।

विद्युत रासायनिक प्रवणता उस दबाव के समान है जो पानी एक जलविद्युत बांध के माध्यम से बहता है। मेम्ब्रेन ट्रांसपोर्ट प्रोटीन, जैसे सोडियम-पोटेशियम एटीपीस, टर्बाइन के समान होते हैं जो पानी की संभावित ऊर्जा को भौतिक या रासायनिक ऊर्जा के अन्य रूपों में परिवर्तित करते हैं, और झिल्ली से गुजरने वाले आयन पानी के समान होते हैं जो एक के नीचे गिरते हैं। बांध इसके अलावा, ऊर्जा का उपयोग बांध के ऊपर की ओर एक झील में पानी पंप करने के लिए किया जा सकता है। इसी तरह, कोशिकाओं में रासायनिक ऊर्जा का उपयोग इलेक्ट्रोकेमिकल ग्रेडिएंट बनाने के लिए किया जा सकता है।

रसायन विज्ञान

शब्द "इलेक्ट्रोकेमिकल पोटेंशिअल" आमतौर पर उन मामलों में उपयोग किया जाता है जहां एक रासायनिक प्रतिक्रिया होनी चाहिए, उदाहरण के लिए, एक इलेक्ट्रिक बैटरी में एक इलेक्ट्रॉन के हस्तांतरण के साथ। बैटरियों में, आयनों की गति से उत्पन्न होने वाली विद्युत रासायनिक क्षमता इलेक्ट्रोड की प्रतिक्रिया ऊर्जा को संतुलित करती है। अधिकतम वोल्टेज जो एक बैटरी प्रतिक्रिया उत्पन्न कर सकती है, उस प्रतिक्रिया के लिए मानक विद्युत रासायनिक क्षमता कहलाती है। मैक्रोर्जिक यौगिकों के साथ, रासायनिक ऊर्जा को जैविक झिल्ली पर संग्रहीत किया जा सकता है जो कैपेसिटर की तरह कार्य करता है, जो आवेशित आयनों के लिए एक इन्सुलेट परत के रूप में कार्य करता है।

जैविक महत्व

आयनों के संचलन के माध्यम से एक ट्रांसमेम्ब्रेन विद्युत क्षमता का निर्माण कोशिका झिल्लीतंत्रिका चालन, मांसपेशियों में संकुचन, हार्मोन स्राव और संवेदी प्रतिक्रियाओं जैसी जैविक प्रक्रियाओं में परिणाम। यह माना जाता है कि एक विशिष्ट पशु कोशिका की झिल्ली में -50 mV से -70 mV तक की एक ट्रांसमेम्ब्रेन विद्युत क्षमता होती है।

इलेक्ट्रोकेमिकल ग्रेडिएंट माइटोकॉन्ड्रिया में ऑक्सीडेटिव-फॉस्फोराइलेशन के प्रोटॉन ग्रेडिएंट्स की स्थापना में भी भूमिका निभाते हैं। कोशिकीय श्वसन का अंतिम चरण इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण श्रृंखला है। इनर-मेम्ब्रेन-माइटोकॉन्ड्रिया (क्राइस्ट) में चार बिल्ट-इन कॉम्प्लेक्स इलेक्ट्रॉन ट्रांसपोर्ट चेन बनाते हैं। हालांकि, केवल I, III और IV कॉम्प्लेक्स प्रोटॉन पंप हैं और मैट्रिक्स से इंटरमेम्ब्रेन स्पेस में प्रोटॉन पंप करते हैं। कुल मिलाकर, दस प्रोटॉन प्राप्त होते हैं, जो मैट्रिक्स से इंटरमेम्ब्रेन स्पेस में चले जाते हैं, जिससे 200 एमवी से अधिक की विद्युत रासायनिक क्षमता उत्पन्न होती है। यह एटीपी सिंथेज़ के माध्यम से प्रोटॉन के प्रवाह को मैट्रिक्स में वापस गति में सेट करता है, जो एक एडीपी अणु के लिए एक अकार्बनिक फॉस्फेट को जोड़कर एटीपी को संश्लेषित करता है। इस प्रकार, माइटोकॉन्ड्रिया में ऊर्जा संश्लेषण के लिए एक प्रोटॉन इलेक्ट्रोकेमिकल ग्रेडिएंट का निर्माण महत्वपूर्ण है। इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के लिए सामान्य समीकरण इस तरह दिखता है:

NADH + 11 H + (मैट्रिक्स) + 1/2 O 2 NAD + + 10 H + (IMS) + H 2 O (\displaystyle NADH+11H^(+)(matrix)+1/2\ O_(2) \longrightarrow NAD^(+)+10H^(+)(IMS)+H_(2)O) .

पौधों में प्रकाश संश्लेषण की इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला इलेक्ट्रॉन परिवहन की श्वसन श्रृंखला के समान कार्य करती है, जहां प्रोटॉन को क्लोरोप्लास्ट (थायलाकोइड लुमेन) के लुमेन में पंप किया जाता है, और परिणामी ढाल का उपयोग एंजाइम एटीपी सिंथेज़ के माध्यम से एटीपी को संश्लेषित करने के लिए किया जाता है। गैर-चक्रीय या चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशन का उपयोग करके प्रोटॉन ढाल उत्पन्न किया जा सकता है। प्रोटीन जो गैर-चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशन, फोटोसिस्टम II (PSII) और साइटोक्रोम b6f कॉम्प्लेक्स में शामिल होते हैं, एक प्रोटॉन ग्रेडिएंट उत्पन्न करने में सीधे सक्षम होते हैं। PSII द्वारा अवशोषित प्रत्येक चार फोटॉन के लिए, आठ प्रोटॉन होते हैं जिन्हें स्ट्रोमा से लुमेन (थायलाकोइड लुमेन) में पंप किया जाता है। फोटोफॉस्फोराइलेशन के लिए सामान्य समीकरण इस प्रकार है:

2 एच 2 ओ + 6 एच + (स्ट्रोमा) + 2 एनएडीपी + ⟶ ओ 2 + 8 एच + (लुमेन) + 2 एनएडीपीएच (\displaystyle 2H_(2)O+6H^(+)(stroma)+2NADP^(+ )\longrightarrow O_(2)+8H^(+)(लुमेन)+2NADPH) .

कई अन्य ट्रांसपोर्टर और आयन चैनल प्रोटॉन इलेक्ट्रोकेमिकल ग्रेडिएंट उत्पन्न करने में भूमिका निभाते हैं। उनमें से एक सीए 2+ आयनों द्वारा सक्रिय टीपीके 3-पोटेशियम आयन चैनल है। यह K+ आयनों को लुमेन से स्ट्रोमा में ले जाता है, जो स्ट्रोमा के भीतर एक pH ग्रेडिएंट (एकाग्रता प्रवणता) स्थापित करने में मदद करता है। दूसरी ओर, विद्युत रूप से तटस्थ एंटीपोर्टर K + (KEA 3) K + आयनों को लुमेन और H + को स्ट्रोमा में स्थानांतरित करता है, आयनों के संतुलन को बनाए रखता है और विद्युत क्षेत्र को परेशान नहीं करता है।

आयनिक ढाल

चूँकि आयनों में आवेश होता है, वे सुगम विसरण द्वारा झिल्ली से नहीं गुजर सकते। सक्रिय या निष्क्रिय परिवहन के माध्यम से झिल्ली के पार आयनों का स्थानांतरण दो तरह से संभव है। सक्रिय आयन परिवहन का एक उदाहरण Na + -K + -ATPase का कार्य है। यह एटीपी हाइड्रोलिसिस की एडीपी और अकार्बनिक फॉस्फेट एफएन की प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करता है। एक एटीपी अणु के हाइड्रोलिसिस से ऊर्जा निकलती है, जो एंजाइम की संरचना को बदल देती है ताकि तीन Na + आयनों को बाहर की ओर ले जाया जाए, और दो K + आयनों को कोशिका में ले जाया जाए। नतीजतन, सेल की सामग्री . की तुलना में अधिक नकारात्मक चार्ज हो जाती है वातावरण, एक विद्युत क्षमता (EMF) V m -60 mV उत्पन्न होती है। निष्क्रिय परिवहन का एक उदाहरण आयन चैनलों के माध्यम से आयनों का प्रवाह है (ना +, के +, सीए 2+ और सीएल के लिए चैनल) एकाग्रता ढाल के साथ, उच्च एकाग्रता के क्षेत्र से निचले क्षेत्र तक। उदाहरण के लिए, चूंकि कोशिका के बाहर Na + की उच्च सांद्रता होती है, Na + आयन सोडियम आयन चैनल के माध्यम से कोशिका में प्रवेश करने की प्रवृत्ति रखते हैं। चूंकि सेल के अंदर विद्युत क्षमता नकारात्मक है, सकारात्मक आयनों का प्रवाह झिल्ली को विध्रुवित करने का कारण बनेगा, जिसके परिणामस्वरूप ट्रांसमेम्ब्रेन विद्युत क्षमता के मूल्य में शून्य के करीब बदलाव होगा। हालाँकि, Na + आयन तब तक सांद्रता प्रवणता को नीचे ले जाना जारी रखेंगे, जब तक कि रासायनिक ढाल की प्रेरक शक्ति विद्युत क्षमता से अधिक हो। दोनों ग्रेडिएंट (रासायनिक और विद्युत) के प्रभाव के बाद एक दूसरे को संतुलित करते हैं (V m के लिए Na + लगभग +70 mV है), Na + आयनों का प्रवाह रुक जाएगा, क्योंकि ड्राइविंग बल (ΔG) शून्य हो जाएगा। ड्राइविंग बल के लिए समीकरण इस प्रकार है:

Δ G = R T l n (C i n / C e x t) + Z F V m (\displaystyle \Delta G=RTln(C_(in)/C_(ext))+ZFV_(m)).

प्रोटॉन ग्रेडियेंट

कई में ऊर्जा भंडारण के रूप में प्रोटॉन ग्रेडिएंट महत्वपूर्ण हैं विभिन्न प्रकार केकोशिकाएं। ढाल का उपयोग आमतौर पर एटीपी सिंथेज़, फ्लैगेलर रोटेशन, या झिल्ली के पार मेटाबोलाइट्स के परिवहन के लिए किया जाता है। यह खंड तीन प्रक्रियाओं पर ध्यान केंद्रित करेगा जो संबंधित कोशिकाओं में प्रोटॉन ग्रेडिएंट्स को स्थापित करने में मदद करती हैं: बैक्टीरियरहोडॉप्सिन फ़ंक्शन, गैर-चक्रीय फोटोफॉस्फोराइलेशन, और ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन।

बैक्टीरियरहोडॉप्सिन

आर्किया में पाया जाने वाला बैक्टीरियरहोडॉप्सिन, प्रोटॉन पंप के माध्यम से प्रोटॉन ग्रेडिएंट के लिए मार्ग बनाता है। प्रोटॉन पंप का संचालन एक प्रोटॉन वाहक (रोडोप्सिन) पर निर्भर करता है जो झिल्ली के किनारे से एच + आयनों की कम सांद्रता के साथ एच + की उच्च सांद्रता के साथ आगे बढ़ता है। बैक्टीरियरहोडॉप्सिन का प्रोटॉन पंप 568 एनएम की तरंग दैर्ध्य के साथ फोटॉन के अवशोषण द्वारा सक्रिय होता है, इससे रेटिना में शिफ बेस (एसबी) का फोटोइसोमेराइजेशन होता है, जिससे इसका संक्रमण होता है ट्रांस- 13 बजे- सीआईएस-आकार। Photoisomerization बहुत तेज है और केवल 200 femtoseconds लेता है। नतीजतन, रोडोप्सिन तेजी से गठनात्मक पुनर्व्यवस्था की एक श्रृंखला से गुजरता है: शिफ बेस अवशेषों से विस्थापित हो जाता है एएसपी85तथा एएसपी212, शेष के लिए H+ आयनों के स्थानांतरण का कारण बनता है एएसपी85, और राज्य M1 (मेटा-I) बनता है। प्रोटीन तब अवशेषों को अलग करके M2 (मेटा-द्वितीय) अवस्था में परिवर्तित हो जाता है ग्लू204से ग्लू194, जो पर्यावरण में एक प्रोटॉन छोड़ता है। यह अवस्था अपेक्षाकृत दीर्घजीवी होती है। शिफ बेस अवशेषों के ऊपर पुन: स्थापित होता है एएसपी85, राज्य N का निर्माण। यह महत्वपूर्ण है कि दूसरा प्रोटॉन आता है एएसपी96, चूंकि इसकी अवक्षेपित अवस्था अस्थिर होती है और साइटोप्लाज्म से एक प्रोटॉन द्वारा जल्दी से पुन: प्रोटॉन (पुन: प्रोटोनेटेड) हो जाती है। प्रोटोनेशन एएसपी85तथा एएसपी96एसबी के बार-बार आइसोमेराइजेशन की ओर ले जाते हैं, इस प्रकार राज्य ओ बनाते हैं। इसके अलावा, अवशेष एएसपी85अपना प्रोटॉन छोड़ता है ग्लू204और बैक्टीरियरहोडॉप्सिन अपनी विश्राम अवस्था में लौट आता है।

Photophosphorylation

PSII से मुक्त होने पर, कम हुआ प्लास्टोक्विनोन PQH 2 साइटोक्रोम b6f कॉम्प्लेक्स में बदल जाता है, जो दो अलग-अलग प्रतिक्रियाओं में PQH 2 से दो इलेक्ट्रॉनों को प्लास्टोसायनिन y प्रोटीन में स्थानांतरित करता है। यह प्रक्रिया ईटीसी कॉम्प्लेक्स III में होने वाले क्यू-चक्र के समान है। पहली प्रतिक्रिया में, प्लास्टोक्विनॉल PQH 2 लुमेन की ओर से कॉम्प्लेक्स से जुड़ जाता है और एक इलेक्ट्रॉन आयरन-सल्फर सेंटर (Fe-S) में जाता है, जो फिर इसे साइटोक्रोम f में स्थानांतरित करता है, बाद वाला एक इलेक्ट्रॉन को प्लास्टोसायनिन अणु में स्थानांतरित करता है। दूसरा इलेक्ट्रॉन हीम अणु b L में जाता है, जो फिर इसे हीम b H में स्थानांतरित करता है, बाद वाला इलेक्ट्रॉन को दूसरे प्लास्टोक्विनोन अणु PQ में स्थानांतरित करता है। दूसरी प्रतिक्रिया में, दूसरा प्लास्टोक्विनॉल अणु PQH 2 ऑक्सीकृत होता है, एक अन्य प्लास्टोसायनिन अणु को एक इलेक्ट्रॉन दान करता है और PQ को आधा कर देता है, जो PQH 2 तक कम हो जाता है और कॉम्प्लेक्स छोड़ देता है। दोनों प्रतिक्रियाएं प्रति लुमेन में चार प्रोटॉन के हस्तांतरण के साथ होती हैं।

ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण

NADH + H + + UQ + 4 H + (मैट्रिक्स) NAD + + UQH 2 + 4 H + (IMS) (\displaystyle NADH+H^(+)+UQ+4H^(+)(matrix)\longrightarrow NAD ^(+)+UQH_(2)+4H^(+)(IMS))

टिप्पणियाँ

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विद्युत रासायनिक ढालआयन आयनों के प्रवाह के पीछे प्रेरक शक्ति है, जो झिल्ली क्षमता (विद्युत ढाल) और पदार्थों की एकाग्रता ढाल (रासायनिक ढाल) का एक संयोजन है। विद्युत प्रवणता केवल आयनों की गति की विशेषता है और उनके विपरीत आवेश की ओर निर्देशित होती है। रासायनिक प्रवणता उच्च विलेय सांद्रता वाले क्षेत्र से कम सांद्रता वाले क्षेत्र की ओर निर्देशित होती है।

झिल्ली के पार पदार्थों का परिवहन निष्क्रिय और सक्रिय रूप से हो सकता है। सक्रिय ट्रांसपोर्टऊर्जा की आवश्यकता है और निष्क्रियऊर्जा की खपत के बिना किया जाता है। सक्रिय परिवहन हमेशा विद्युत रासायनिक प्रवणता के विरुद्ध जाता है। नकारात्मक परिवहनविलेय केवल अनुकूल विद्युत रासायनिक प्रवणता के साथ ही हो सकते हैं।

विलेय परिवहन प्रणालियों को उपयोग के आधार पर वर्गीकृत किया जा सकता है सेलुलर ऊर्जा।

1. निष्क्रिय परिवहन के लिए एटीपी हाइड्रोलिसिस की आवश्यकता नहीं होती हैऔर किसी अन्य विलेय के स्थानांतरण से संबद्ध नहीं है।

वसा में घुलनशील पदार्थों का प्रसार (जैसे ओ 2, सीओ 2, अल्कोहल और एस्टर) हो सकता है सीधे प्लाज्मा झिल्ली के पार।

आयनों और छोटे अणुओं का परिवहन अक्सर होता है ट्रांसमेम्ब्रेन प्रोटीनवह सेवा आयन चैनल(विभिन्न आयनों के लिए) या एक्वापोरस(पानी के अणुओं के लिए)।

आयन चैनलों में निम्नलिखित हैं सामान्य घटक:

1)छिद्र क्षेत्र,जिसके माध्यम से आयन फैलते हैं।

2)छिद्र के अंदर चयनात्मक फिल्टर,जिससे चैनल कुछ आयनों (जैसे Na + चैनल) के लिए अत्यधिक चयनात्मक होता है।

3) नहर का गेट,जो चैनल को खोलते और बंद करते हैं।बंद अवस्था में, आयन चैनल से नहीं गुजरते हैं, लेकिन चैनल सक्रियण के लिए उपलब्ध है। खुली अवस्था में आयन अपने विद्युत-रासायनिक प्रवणता के अनुसार गति करते हैं। चैनल गेट्स को निम्नलिखित में से किसी एक तंत्र द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है: झिल्ली वोल्टेज (वोल्टेज पर निर्भर चैनल);रासायनिक पदार्थ (कीमोडिपेंडेंट चैनल);झिल्ली में यांत्रिक बल (खिंचाव पर निर्भर चैनल)।

प्रसार हो सकता है वाहक प्रोटीन के माध्यम सेबुलाया यूनिपोर्ट,जो चुनिंदा रूप से एक विलेय को झिल्ली के एक तरफ से बांधते हैं और दूसरी तरफ पहुंचाने के लिए एक रूपात्मक परिवर्तन से गुजरते हैं। एक यूनिपोर्ट के माध्यम से विलेय के परिवहन को कहा जाता है सुविधा विसरण,क्योंकि यह साधारण प्रसार से तेज है। इस प्रकार ग्लूकोज और अमीनो एसिड का परिवहन होता है।

परासरण -यह झिल्ली के एक्वा छिद्रों के माध्यम से पानी की गति (प्रसार) है, जो पानी की एकाग्रता ढाल द्वारा संचालित होता है। पानी की एकाग्रता को कुल विलेय एकाग्रता के रूप में व्यक्त किया जाता है; घोल जितना अधिक पतला होगा, उसके विलेय की सांद्रता उतनी ही कम होगी और पानी की सांद्रता उतनी ही अधिक होगी।जब दो घोल अलग हो जाते हैं अर्धपारगम्य झिल्ली(जो पानी के परिवहन की अनुमति देता है लेकिन विलेय नहीं), पानी अधिक तनु विलयन से अधिक सांद्रित विलयन में चला जाता है। परासारितासमाधान के आसमाटिक बल की अभिव्यक्ति है . समान परासरणता के दो विलयन कहलाते हैं समस्थानिकसंदर्भ विलयन की परासरणता से अधिक वाले विलयन कहलाते हैं हाइपरोस्मोटिक,और कम परासरणीयता वाले विलयनों को कहा जाता है: हाइपोऑस्मोटिकएक आइसोटोनिक समाधान में कार्यशील कोशिकाओं के समान ऑस्मोलैरिटी होती है और इससे शुद्ध पानी उनकी झिल्ली के पार नहीं जाता है; एक हाइपोटोनिक समाधान में कार्यशील कोशिका की तुलना में कम ऑस्मोलैरिटी होती है और कोशिकाओं को सूजने का कारण बनती है, एक हाइपरटोनिक समाधान में कोशिकाओं की तुलना में उच्च ऑस्मोलैरिटी होती है और कोशिकाओं को कम करने का कारण बनती है। उदाहरण के लिए, यदि किसी मरीज को अंतःशिरा दिया जाता है हाइपोटोनिक समाधान,बाह्य तरल पदार्थ का स्वर शुरू में कम हो जाता है, और पानी ऑस्मोसिस (कोशिकाओं में सूजन) द्वारा इंट्रासेल्युलर तरल पदार्थ में चला जाता है। इसके विपरीत, यदि आप दर्ज करते हैं हाइपरटोनिक समाधान, बाह्य कोशिकीय द्रव का स्वर बढ़ जाता है, और पानी इंट्रासेल्युलर द्रव (कोशिकाएं सिकुड़ जाती हैं) छोड़ देता है।

जबकि कृत्रिम लिपिड झिल्ली आयनों के लिए व्यावहारिक रूप से अभेद्य है, जैविक झिल्ली में " आयन चैनल ”, जिसके माध्यम से व्यक्तिगत आयन झिल्ली में चुनिंदा रूप से प्रवेश करते हैं (देखें)। झिल्ली की पारगम्यता और ध्रुवता निर्भर करती है विद्युत रासायनिक ढाल, यानी झिल्ली के दोनों किनारों पर आयनों की सांद्रता पर ( एकाग्रता ढाल) और से मतभेदझिल्ली के आंतरिक और बाहरी पक्षों के बीच विद्युत क्षमता ( झिल्ली क्षमता).

कोशिकाओं की विश्राम अवस्था में, झिल्ली विभव ( विराम विभव, देखें) −0.05 से −0.09 V तक होता है, यानी प्लाज्मा झिल्ली के अंदरूनी हिस्से पर नकारात्मक चार्ज की अधिकता होती है। शेष विभव मुख्य रूप से Na + और K + धनायनों, साथ ही साथ कार्बनिक आयनों और Cl - आयन (1) द्वारा प्रदान किया जाता है। सेल के बाहर और अंदर की सांद्रता और इन आयनों के पारगम्यता गुणांक तालिका (2) में दिखाए गए हैं।

बाहरी वातावरण और कोशिका के आंतरिक आयतन के बीच आयनों के वितरण का वर्णन किया गया है नर्नस्ट समीकरण(3) जहां ΔΨ जी ट्रांसमेम्ब्रेन क्षमता (वोल्ट, वी में) है, यानी झिल्ली के माध्यम से आयन परिवहन की अनुपस्थिति में झिल्ली के दोनों किनारों के बीच विद्युत क्षमता में अंतर ( संतुलन क्षमता) 25 डिग्री सेल्सियस पर मोनोवैलेंट आयनों के लिए, कारक आरटी/एफएन 0.026 वी है। साथ ही, यह तालिका (2) से निम्नानुसार है कि के + ΔΨ जी आयनों के लिए लगभग -0.09 वी है, यानी, उसी क्रम का मान आराम करने की क्षमता के रूप में। Na + आयनों के लिए, इसके विपरीत, G +0.07 V, यानी विश्राम क्षमता से अधिक। इसलिए Na + चैनल खोलने पर Na + आयन सेल में प्रवेश करते हैं। Na + और K + आयनों की सांद्रता की असमानता लगातार बनी रहती है ना + / के + -एटीपीसएटीपी खर्च करते समय (देखें)।

"झिल्ली पर ऊर्जा का संरक्षण" खंड के लेख:

• ए विद्युत रासायनिक ढाल

2012-2019। दृश्य जैव रसायन। आणविक जीव विज्ञान। विटामिन और उनके कार्य।

एक दृश्य रूप में संदर्भ पुस्तक - रंग योजनाओं के रूप में - सभी जैव रासायनिक प्रक्रियाओं का वर्णन करती है। जैव रासायनिक रूप से महत्वपूर्ण रासायनिक यौगिक, उनकी संरचना और गुण, उनकी भागीदारी के साथ मुख्य प्रक्रियाएं, साथ ही साथ जीवित प्रकृति में सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं के तंत्र और जैव रसायन पर विचार किया जाता है। रासायनिक, जैविक और चिकित्सा विश्वविद्यालयों के छात्रों और शिक्षकों के लिए, बायोकेमिस्ट, जीवविज्ञानी, चिकित्सक, साथ ही साथ जीवन प्रक्रियाओं में रुचि रखने वाले सभी लोगों के लिए।