Differenza chiave: catena di trasporto degli elettroni nei mitocondri e cloroplasti
La respirazione cellulare e la fotosintesi sono due processi estremamente importanti che assistono gli organismi viventi nella biosfera. Entrambi i processi comportano il trasporto di elettroni che creano un gradiente di elettroni. Ciò provoca la formazione di un gradiente protonico mediante il quale l'energia viene utilizzata per sintetizzare l'ATP con l'assistenza dell'enzima ATP sintasi. La catena di trasporto degli elettroni (ETC), che si svolge nei mitocondri è chiamata "fosforilazione ossidativa", poiché il processo utilizza l'energia chimica delle reazioni redox. Al contrario, nel cloroplasto questo processo è chiamato "fotofosforilazione" poiché utilizza l'energia luminosa. Questa è la differenza chiave tra la catena di trasporto degli elettroni (ETC) nei mitocondri e il cloroplasto.
Cos'è la catena di trasporto degli elettroni nei mitocondri?
La catena di trasporto degli elettroni che si verifica nella membrana interna dei mitocondri è nota come fosforilazione ossidativa in cui gli elettroni vengono trasportati attraverso la membrana interna dei mitocondri con il coinvolgimento di diversi complessi. Questo crea un gradiente protonico che provoca la sintesi di ATP. È nota come fosforilazione ossidativa per la fonte di energia: cioè le reazioni redox che guidano la catena di trasporto degli elettroni.
La catena di trasporto degli elettroni è costituita da molte diverse proteine e molecole organiche che includono diversi complessi, vale a dire il complesso I, II, III, IV e il complesso ATP sintasi. Durante il movimento degli elettroni attraverso la catena di trasporto degli elettroni, si spostano da livelli di energia più elevati a livelli di energia più bassi. Il gradiente elettronico creato durante questo movimento deriva l'energia che viene utilizzata per pompare ioni H+ attraverso la membrana interna dalla matrice nello spazio intermembrana. Questo crea un gradiente di protoni. Gli elettroni che entrano nella catena di trasporto degli elettroni derivano da FADH2 e NADH. Questi sono sintetizzati durante le prime fasi respiratorie cellulari che includono la glicolisi e il ciclo TCA.
Figura 01: Catena di trasporto degli elettroni nei mitocondri
I complessi I, II e IV sono considerati pompe protoniche. Entrambi i complessi I e II passano collettivamente gli elettroni a un vettore di elettroni noto come Ubichinone che trasferisce gli elettroni al complesso III. Durante il movimento degli elettroni attraverso il complesso III, più ioni H+ vengono consegnati attraverso la membrana interna allo spazio intermembrana. Un altro vettore di elettroni mobile noto come citocromo C riceve gli elettroni che vengono poi passati nel complesso IV. Ciò provoca il trasferimento finale degli ioni H+ nello spazio intermembrana. Gli elettroni vengono infine accettati dall'ossigeno che viene poi utilizzato per formare l'acqua. Il gradiente della forza motrice del protone è diretto verso il complesso finale che è l'ATP sintasi che sintetizza l'ATP.
Cos'è la catena di trasporto degli elettroni nei cloroplasti?
La catena di trasporto degli elettroni che avviene all'interno del cloroplasto è comunemente nota come fotofosforilazione. Poiché la fonte di energia è la luce solare, la fosforilazione dell'ADP in ATP è nota come fotofosforilazione. In questo processo, l'energia luminosa viene utilizzata nella creazione di un elettrone donatore ad alta energia che poi fluisce in uno schema unidirezionale verso un accettore di elettroni di energia inferiore. Il movimento degli elettroni dal donatore all'accettore è indicato come catena di trasporto degli elettroni. La fotofosforilazione può essere di due vie; fotofosforilazione ciclica e fotofosforilazione non ciclica.
Figura 02: Catena di trasporto degli elettroni nel cloroplasto
La fotofosforilazione ciclica si verifica fondamentalmente sulla membrana tilacoide dove il flusso di elettroni viene avviato da un complesso di pigmenti noto come fotosistema I. Quando la luce solare cade sul fotosistema; le molecole che assorbono la luce cattureranno la luce e la passeranno a una speciale molecola di clorofilla nel fotosistema. Questo porta all'eccitazione e alla fine al rilascio di un elettrone ad alta energia. Questa energia viene passata da un accettore di elettroni al successivo accettore di elettroni in un gradiente di elettroni che viene infine accettato da un accettore di elettroni di energia inferiore. Il movimento degli elettroni induce una forza motrice protonica che coinvolge il pompaggio di ioni H+ attraverso le membrane. Questo è utilizzato nella produzione di ATP. L'ATP sintasi viene utilizzata come enzima durante questo processo. La fotofosforilazione ciclica non produce ossigeno o NADPH.
Nella fotofosforilazione non ciclica, si verifica il coinvolgimento di due fotosistemi. Inizialmente, una molecola d'acqua viene lisata per produrre 2H+ + 1/2O2 + 2e– Fotosistema II mantiene i due elettroni. I pigmenti di clorofilla presenti nel fotosistema assorbono l'energia luminosa sotto forma di fotoni e la trasferiscono a una molecola centrale. Due elettroni vengono potenziati dal fotosistema che è accettato dall'accettore di elettroni primario. A differenza del percorso ciclico, i due elettroni non torneranno al fotosistema. Il deficit di elettroni nel fotosistema sarà fornito dalla lisi di un' altra molecola d'acqua. Gli elettroni dal fotosistema II saranno trasferiti al fotosistema I dove avrà luogo un processo simile. Il flusso di elettroni da un accettore all' altro creerà un gradiente di elettroni che è una forza motrice protonica che viene utilizzata per sintetizzare l'ATP.
Quali sono le somiglianze tra ETC nei mitocondri e nei cloroplasti?
- L'ATP sintasi è utilizzata in ETC sia dai mitocondri che dai cloroplasti.
- In entrambi, 3 molecole di ATP sono sintetizzate da 2 protoni.
Qual è la differenza tra la catena di trasporto degli elettroni nei mitocondri e nei cloroplasti?
ETC nei mitocondri vs ETC nei cloroplasti |
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| La catena di trasporto degli elettroni che si verifica nella membrana interna dei mitocondri è nota come fosforilazione ossidativa o catena di trasporto degli elettroni nei mitocondri. | La catena di trasporto degli elettroni che avviene all'interno del cloroplasto è nota come fotofosforilazione o catena di trasporto degli elettroni nel cloroplasto. |
| Tipo di fosforilazione | |
| La fosforilazione ossidativa si verifica nell'ETC dei mitocondri. | La fotofosforilazione si verifica nell'ETC dei cloroplasti. |
| Fonte di energia | |
| La fonte di energia dell'ETP nei mitocondri è l'energia chimica derivata dalle reazioni redox.. | L'ETC nei cloroplasti utilizza l'energia luminosa. |
| Posizione | |
| L'ETC nei mitocondri ha luogo nelle creste dei mitocondri. | L'ETC nei cloroplasti avviene nella membrana tilacoide del cloroplasto. |
| Coenzima | |
| NAD e FAD coinvolgono nell'ETC dei mitocondri. | NADP coinvolge l'ETC dei cloroplasti. |
| Gradiente di protoni | |
| Il gradiente protonico agisce dallo spazio intermembrana fino alla matrice durante l'ETC dei mitocondri. | Il gradiente protonico agisce dallo spazio tilacoide allo stroma del cloroplasto durante l'ETC dei cloroplasti. |
| Accettatore di elettroni finale | |
| L'ossigeno è l'ultimo accettore di elettroni di ETC nei mitocondri. | La clorofilla nella fotofosforilazione ciclica e il NADPH+ nella fotofosforilazione non ciclica sono gli accettori finali di elettroni nell'ETC nei cloroplasti. |
Riepilogo – Catena di trasporto degli elettroni nei mitocondri rispetto ai cloroplasti
La catena di trasporto degli elettroni che si verifica nella membrana tilacoide del cloroplasto è nota come fotofosforilazione poiché l'energia luminosa viene utilizzata per guidare il processo. Nei mitocondri, la catena di trasporto degli elettroni è nota come fosforilazione ossidativa in cui gli elettroni di NADH e FADH2 derivati dalla glicolisi e dal ciclo TCA vengono convertiti in ATP attraverso un gradiente protonico. Questa è la differenza chiave tra ETC nei mitocondri e ETC nei cloroplasti. Entrambi i processi utilizzano l'ATP sintasi durante la sintesi dell'ATP.
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