Bomba de protones

Si pensamos en una membrana celular como una represa, podemos tener una mejor idea de cómo funcionan los transportadores en las membranas. A medida que el agua se acumula en un lado de la represa, el gradiente de concentración es alto y tiene mucha energía potencial. Si se deja pasar agua por un aliviadero o compuerta, puede hacer girar una turbina y generar energía.

Del mismo modo, las membranas celulares mantienen alto el gradiente de concentración de hidrógeno. Cuando un ion de hidrógeno pasa por el gradiente de concentración a través de un transportador, hace que esa energía potencial esté disponible. Esta energía puede usarse para tomar una molécula del interior de la célula y moverla o puede ayudar a producir ATP en una enzima especializada.

Sin embargo, los iones de hidrógeno también se pueden mover hacia el lado contrario, hacia áreas de alta concentración. Así es como se mantienen los gradientes de concentración. En la represa, esto es como cuando se usan bombas para mantener alto el nivel del agua en un depósito detrás de la represa. Para mover el agua hacia arriba, el gradiente de concentración puede requerir mucha energía. Pero cuando ese nivel de agua (o gradiente de concentración) se mantiene alto, se almacena más energía que puede usarse para otras cosas.

Movimiento del hidrógeno

En las células, es muy similar. Las bombas de protones son un tipo especial de transportador que empuja los iones de hidrógeno desde áreas de baja concentración a áreas con alta concentración. Los iones que se mueven hacia abajo en un gradiente liberan energía, pero cuando se mueven hacia arriba en un gradiente, necesitan energía. La difusión puede usar este gradiente para capturar energía nuevamente, a medida que los iones se mueven hacia baja concentración.

En una célula, usar energía para mover iones en contra del gradiente de concentración cuando ya hay muchos iones parece un poco extraño. Sin embargo, este trabajo brinda muchos beneficios a los organismos, incluidas las plantas. Si las plantas no hicieran esto, eventualmente no habría más gradiente de concentración para liberar energía, y la planta moriría. Las plantas también pueden unir una molécula de azúcar a un ion de hidrógeno para transportarla a través de una membrana. Entonces, cuando las concentraciones de iones de hidrógeno son altas, la planta puede mover más azúcar a los tejidos vegetales.

Hasta ahora, tenemos iones de hidrógeno que se mueven hacia baja concentración a través de transportadores y liberan energía. También tenemos estos iones moviéndose hacia áreas de mayor concentración, usando una bomba de protones. El bombeo contra un gradiente puede ser difícil, por lo que el trabajo de las bombas de protones es un trabajo duro. Hay una bomba que no es tan fuerte y, por lo tanto, actúa un poco fuera de lo común. Se llama la bomba de protones de pirofosfatasa.