Bioenergetik: Offener Zugang  

Abstrakt

Experimenteller Nachweis von lokalisiertem Protonenüberschuss an einer Wasser-Membran-Grenzfläche

Haitham A. Saeed und James W. Lee

Die weit verbreitete Mitchellsche Gleichung der Protonenmotorkraft wurde kürzlich mithilfe der Hypothese der Protonenelektrostatik-Lokalisierung überarbeitet, mit der erstmals das seit 30 Jahren bestehende energetische Rätsel der ATP-Synthese in alkalophilen Bakterien gelöst werden kann. Um das grundsätzliche Verhalten lokalisierter Protonen in einem reinen Wasser-Membran-Wasser-System in Bezug auf die neu abgeleitete pmf-Gleichung zu demonstrieren, wurden mithilfe eines Wasserelektrolysesystems mit offenem Kreislauf überschüssige Protonen und Hydroxylanionen erzeugt und ihre Verteilung mithilfe einer protonenempfindlichen Aluminiummembran getestet. Der an der Membran-Wasser-Grenzfläche platzierte protonenempfindliche Film zeigte eine dramatische lokalisierte Protonenaktivität, während der in der Wasserphase platzierte Film während des gesamten Experiments keine überschüssige Protonenaktivität aufwies. Diese Beobachtungen stimmen eindeutig mit der Vorhersage der Hypothese der Protonenelektrostatik-Lokalisierung überein, dass überschüssige Protonen nicht in der Wasserphase verbleiben. Sie lokalisieren sich an der Wasser-Membran-Grenzfläche auf eine Weise, die dem Verhalten überschüssiger Elektronen in einem Leiter ähnelt. Diese Entdeckung ist nicht nur für die Wissenschaft der Bioenergetik von Bedeutung, sondern auch für das grundlegende Verständnis der Bedeutung von Wasser für das Leben, da es als Protonenleiter für die Energieübertragung in lebenden Organismen dient.