Chimiosmose - Définition

La force proton motrice

Dans toute cellule, la chimiosmose implique la force proton motrice (FPM) à chaque étape. Ceci peut-être décrit comme le stockage d'énergie par combinaison d'un gradient de protons et d'une différence de potentiel de part et d'autre d'une membrane. L'énergie chimique potentielle se réfère à la différence de concentration de protons et à l'énergie potentielle électrique résultant d'une séparation de charge (lorsque le proton se déplace sans un contre-ion).

Dans la plupart des cas, la force proton motrice est générée par la chaîne de transport d'électrons qui agit à la fois comme une pompe à électrons et une pompe à protons, pompant les électrons en sens inverse de celui des protons, créant ainsi une séparation de charge. Dans les mitochondries, l'énergie libre provenant de la chaîne de transport d'électrons est utilisée pour transférer un proton de la matrice mitochondriale vers l'espace intermembranaire. Ce déplacement de protons crée une forte concentration de particules chargées positivement, entraînant au niveau de la membrane interne un côté légèrement positif et un autre légèrement négatif (la différence de potentielle étant à peu près de -200 mV du côté négatif). Cette différence de charge conduit à un gradient électrochimique. Ce gradient est composé à la fois d'un gradient de pH et d'un gradient électrique. Le gradient de pH est le résultat de la concentration différentielle d'ions H⁺. Ce gradient électrochimique de protons est souvent appelé force proton motrice (FPM). Au sein des mitochondries, la FPM est presque entièrement constituée de la composante électrique mais, dans les chloroplastes, cette FPM se compose principalement du gradient de pH. Dans tous les cas, la FPM doit être de 50 KJ.mol^-1 pour que l'ATP synthase puisse produire de l'ATP.

Chez les procaryotes

Bactéries et archaea utilisent aussi la chimiosmose pour générer de l'ATP. Les cyanobactéries, les bactéries sulfureuses vertes, et les bactéries pourpres sulfureuses créent de l'énergie par un processus appelé photophosphorylation. Ces bactéries utilisent l'énergie de la lumière pour créer un gradient de protons avec une chaîne de transport d'électrons photosynthétique. Des bactéries non-photosynthétiques comme E. coli possèdent aussi une ATP synthase.

En fait, mitochondries et chloroplastes sont sans doute des bactéries ingérées par les premières cellules eucaryotes afin de produire de l'énergie par chimiosmose. Ceci fait référence à la théorie endosymbiotique.

Chez les plantes

Les réactions photochimiques durant la photosynthèse génèrent de l'énergie par chimiosmose. La chlorophylle perd un électron lorsqu'elle est excitée par la lumière. Cet électron parcourt la chaîne de transport de l'électron photosynthétique et finit par être récupéré par une molécule de NADPH. Le gradient électrochimique créé au travers des membranes des thylakoïdes permet la production d'ATP via l'ATP synthase. Ce processus est appelé photophosphorylation.