Bioenergetik: Offener Zugang  

Abstrakt

Protonen-Elektrostatik-Hypothese für lokalisierte Protonen-Kopplungs-Bioenergetik

James Weifu Lee

Gemäß der in dieser Arbeit vorgestellten Hypothese der Protonenelektrostatiklokalisierung können in ein Thylakoid injizierte Protonen elektrostatisch an der Wasser-Membran-Grenzfläche entlang der Lumenoberfläche lokalisiert werden. Diese Hypothese bietet einen natürlichen Rahmen zur Erklärung einer breiten Palette experimenteller Beobachtungen in der Bioenergetik von Chloroplasten und anderen biologischen Systemen, die seit den 1960er Jahren durchgeführt wurden, einschließlich der seit langem gut charakterisierten energetischen Probleme alkalophiler Bakterien wie Bacillus firmus. Sie kann auch dazu beitragen, die eleganten wissenschaftlichen Beobachtungen sowohl des Dilley-Experiments als auch der Neutralrot-Thylakoid-Protonenerkennung von Junge in Einklang zu bringen. Unsere Analyse zeigt, dass die Mitchellsche Ansicht der delokalisierten Protonenkopplung an ATP-Synthase nur unter besonderen Umständen zutreffen kann, nämlich wenn die elektrische Potentialdifferenz der Membran nahe Null liegt und der pH-Unterschied zwischen den Bulkphasen zum dominierenden Faktor wird. Die Protonenkopplung erfolgt unter den meisten physiologischen Bedingungen der Photosynthese wahrscheinlich in einem gemischten Zustand der elektrostatischen Lokalisierung überschüssiger Ladung durch Protonen an der Membranoberfläche und der Delokalisierung im Hauptmedium. Die Hypothese der Protonenelektrostatiklokalisierung führt zu einer neuen bioenergetischen Gleichung für die Protonenantriebskraft, die einen einheitlichen Rahmen zum Verständnis der Energetik vieler biologischer Systeme bieten könnte.