Электрохимический градиент
Электрохими́ческий градиéнт, или градиéнт электрохимического потенциáла, — совокупность градиента концентрации и мембранного потенциала, которая определяет направление движения ионов через мембрану. Состоит из двух составляющих: химического градиента (градиента концентрации), или разницы в концентрациях растворённого вещества по обе стороны мембраны, и электрического градиента (мембранного потенциала), или разницы зарядов, расположенных на противоположных сторонах мембраны. Градиент возникает вследствие неодинаковой концентрации ионов на противоположных сторонах водопроницаемой мембраны. Ионы двигаются через мембрану из области, имеющую более высокую концентрацию в область с более низкой концентрацией путём простой диффузии. Также ионы несут электрический заряд, который формирует электрический потенциал на мембране (мембранный потенциал). Если существует неравномерное распределение зарядов по обе стороны мембраны, то разница в электрическом потенциале порождает силу, которая приводит к ионной диффузии, пока заряды по обе стороны не будут сбалансированы[1].
Электрохимический потенциал используется в электроаналитической химии, а в промышленности применяется при изготовлении батареек и топливных элементов. Он представляет собой одну из многих взаимозаменяемых форм потенциальной энергии, в форме которых возможно сохранение энергии.
В биологических процессах ионы проходят через мембрану путём диффузии или активного транспорта, определяемую электрохимическим градиентом. В митохондриях и хлоропластах протонные градиенты используются для генерации хемиосмотического потенциала, который также известен как протон-движущая сила Δp или ΔμH+. Эта потенциальная энергия используется для синтеза АТФ посредством окислительного фосфорилирования или фотофосфорилирования[2]. Протон-движущая сила согласно хемиосмотической теории Митчелла является общим продуктом сопряжённых процессов дыхания и окислительного фосфорилирования. Она складывается из двух факторов: химического (или осмотического) — разности концентраций ионов H+, в митохондриальном матриксе и межмембранном пространстве, и электрического — обусловленного разностью электрических зарядов, расположенных на противоположных сторонах мембраны. Разность концентраций ионов H+, измеряемая в единицах pH, обозначается ΔpH. Разность электрических потенциалов обозначается символом Δψ. Следовательно, уравнение принимает вид[3]:
[4],
